DE2249640C3

DE2249640C3 - DC summing and isolating amplifier

Info

Publication number: DE2249640C3
Application number: DE19722249640
Authority: DE
Inventors: Koosuke Fukuoka Harada (Japan)
Original assignee: Seibu Denki Kogyo Kk Kasuya Fukuoka (japan)
Current assignee: Seibu Denki Kogyo Kk Kasuya Fukuoka (japan)
Priority date: 1971-10-11
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2249640A1; DE2249640B2; JPS5240026B2; FR2158876A5; JPS4844759A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Summier- und Trenn verstärker, bestehend aus mindestens einem Übertrager mit einem sättigbaren Kern, mit mindestens einer Eingangswicklung, mit einer Ausgangswicklung und mit zwei Hüfswicklungen, aus einer Gleichspannungsquelle und aus einer elektronischen Schalteinrichtung, bei dem die elektronische so Schalteinrichtung aus zwei Transistoren und den Hilfswicklungen des Übertragers besteht und bei dem mit Hilfe der elektronischen Schalteinrichtung die Gleichspannungsquelle so wechselnd mit der Ausganp^wirklung des Übertragers verbindbar ist, daß die Durcliflutungsrichtung wechselt.The invention relates to a direct current summing and isolation amplifier, consisting of at least a transformer with a saturable core, with at least one input winding, with an output winding and with two auxiliary windings, from a DC voltage source and from an electronic one Switching device in which the electronic so switching device consists of two transistors and the There is auxiliary windings of the transformer and the with the help of the electronic switching device DC voltage source so alternating with the output of the transmitter is connectable that the flow direction changes.

Bei einem bekannten Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker der eingangs beschriebenen Art (vgl. die DT-AS 1 278 5?2) weist der Übertrager nur eine »einfache« Ausgangswicklung auf. Folglich kann das Merkmal, wonach mit Hilfe der elektronischen Schalteinrichtung die Gleichspannungsquelle so abwechselnd mit der Ausgangswickiung des Übertragers verbindbar ist, daß die Durchflutungsrichtung wechselt, nur dadurch realisiert werden, daß der Strom mal in der einen und mal in der anderen Richtung durch die Ausgangswicklung fließt. Folglich weist der bekannte Gleichstrom-Summier- und Trenn-In a known DC summing and isolating amplifier of the type described above (cf. DT-AS 1 278 5? 2) the transformer only has a "simple" output winding. Consequently can have the feature, according to which the DC voltage source with the help of the electronic switching device so alternately connected to the output winding of the transformer that the direction of flow changes, can only be realized by the current sometimes in one direction and sometimes in the other flows through the output winding. Consequently, the well-known direct current summing and separating

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verstärker, von dem die Erfindung ausgeht, zwe Gieichspannungsquellen (z. B. eine Gleichspannungsquelle nut einer »Mittelanzapfung«) auf und werden unterschiedliche Transistoren benötigt, nämlich ein npa-Transistor und ein pnp-Transistor. Beides istamplifier, from which the invention is based, two DC voltage sources (e.g. a DC voltage source with a "center tap") and become different transistors are required, namely an npa transistor and a pnp transistor. Both is

nachteilig. .„,·,. cdisadvantageous. . ", · ,. c

Im übrigen ist ein Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker bekannt (vgl. die DT-AS 1 293 228), der sich gattungsmäßig von dem eingangs beschriebenen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker unterscheidet, nämlich insoweit, als der bei diesem Gleicbstrom-Summier- und Trennverstärker vorgesehene Übertrager nicht außer mindestens einer Eingangswicklung eine Ausgangs»wicklung und zwei Hilfswicklungen aufweist. Im übrigen werden auch bei diesem Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker, ebenso wie bei dem eingangs beschriebenen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker, unterschiedliche Transistoren benötigt, nämlich ein npn-TranMStor und ein pnp-Transistor.In addition, a direct current summing and isolating amplifier is known (see DT-AS 1 293 228), which is generic from the DC summing and isolating amplifier described above differs, namely to the extent that the one provided in this DC summing and isolating amplifier Transformer not except at least one input winding, one output winding and two Has auxiliary windings. In addition, this DC summing and isolating amplifier, as with the direct current summing and isolating amplifier described at the beginning, different Transistors required, namely an npn TranMStor and a pnp transistor.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde den eingangs beschriebenen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker so auszugestalten und weiterzubilden, daß einerseits nur eine Gleichspannungsquelle bzw. nur eine Gleichspannucgsquelle ohne »Mittelanzapfung« benötigt wird, daß andererseits ke^:ne unterschiedlichen Transistoren benötigt werden.The invention now has for its object to design the above-DC summing described and isolation amplifiers so and further, that on the one hand, only requires a DC power source or only a Gleichspannucgsquelle without "center tap" on the other hand ^ke: ne different transistors are needed.

Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung des Übertragers eine Mittelanzapfung aufweist, daß die Gleichspannungsquelle einerseits an die Mittelanzapfung der Ausgangswicklung des Übertragers und andererseits jeweils über einen Belastungswiderstand an die Emitter der Transistoren angeschlossen ist und daß die Kollektoren der Transistoren jeweils an ein Ende dei Ausgangswicklung des Übertragers angeschlossen sind.The direct current summing and isolating amplifier according to the invention, in which this object is achieved, is initially and essentially characterized in that the output winding of the transformer is a Has center tap that the DC voltage source on the one hand to the center tap of the output winding of the transformer and on the other hand in each case via a load resistor to the emitter of the transistors is connected and that the collectors of the transistors are each at one end dei Output winding of the transformer are connected.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker nur eine Gleichspannungsquelle bzw. nui eine Gleichspannungsquelle ohne »Mittelanzapfung« benötigt wird und daß gleiche Transistoren, also npn-Transistoren oder pnp-Transistoren, verwendet werden können. Dadurch, daß nur eine Gleichspannungsquelle ohne »Mittelanzapfung« benötigt wird, wire erficht. Haß die verwendete Gleichspannungsquelle voll ausgelastet wird; sind, wie im Stand der Technik von uein die Erfindung ausgeht, zwei Gleichspan nungsquellen vorhanden, oder ist eine Gleichspan nungsquelle mit »Mittelanzapfung« vorhanden, se werden die beiden Gleichspannungsquellen bzw wird die Gleichspannungsquelle mit »Mittelanzap fung« als »aktives« Bauelement nur halb ausgenutzt Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Gleich strom-Summier- und Trennverstärker gleiche Tran sistoren verwendet werden können, ergibt sich zu nächst eine geringere Lagerhaltung, die insbesonden für eventuelle Reparaturen von Bedeutung ist. Hinzi kommt noch, daß bei der immer häufiger angewand ten Integration von Schaltkreisen »gleiche« Transi stören zumeist einfacher integriert werden könnei als »unterschiedliche« Transistoren.The advantages achieved by the invention are summarized in the fact that in the inventive DC summing and isolating amplifier only one DC voltage source or nui a DC voltage source without a "center tap" is required and the same transistors, i.e. npn transistors or pnp transistors, can be used. Because there is only one DC voltage source without "center tapping" is required, we accomplish this. Hate the DC voltage source used is fully utilized; are, as in the prior art based on the invention, two DC spans voltage sources are available, or is there a DC voltage source with a »center tap«, see the two DC voltage sources or the DC voltage source with »center tap function ”as an“ active ”component is only half used current summing and isolating amplifier same Tran sistors can be used, results to next a lower inventory, which is particularly important for possible repairs. Hinzi there is also the fact that "same" transi are mostly easier to integrate than "different" transistors.

Im übrigen kann der erfindungsgemäße Gleich strom-Summier- und Trennverstärker nicht nur al· Einphasen-Schaltung, sondern vielmehr auch ahIn addition, the direct current summing and isolating amplifier according to the invention can not only be used as Single-phase circuit, but rather also ah

Oreiphasen-Schaltung ausgeführt werden. Ein in Dretphasen-Schaltung ausgeführter erfindungsgemä-Jer Gleichstrom-Suramier- und Trennverstärker ist Msätzlich dadurch gekennzeichnet, daß drei Übertrager vorgesehen sind, daß die Eingangswicklungen der Übertrager in Reihe geschaltet sind, daß nur eine Glcichspannungsquelle vorgesehen ist, daß drei elektronische Schalteinrichtungen vorgesehen sind und daß die Gleichspannungsquelle einerseits an die Mittelanzapfunger der Ausgangswicklungen der Übertrager und andererseits jeweils über einen Belastungswiderstand an die Emitter der Transistoren angeschlossen sind.Ore-phase circuit can be performed. An in Dret-phase circuit executed according to the invention Jer The DC Suramier and Isolation Amplifier is basically characterized by the fact that three transformers it is provided that the input windings of the transformers are connected in series that only one DC voltage source is provided that three electronic switching devices are provided and that the DC voltage source on the one hand to the center tap of the output windings of the transformer and on the other hand each connected to the emitter of the transistors via a load resistor are.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigtIn the following, the invention is illustrated by means of a drawing which merely shows exemplary embodiments explained in more detail; it shows

Fig. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstroip-Summier- und Trennverstärkers,Fig. 1 is the circuit diagram of a first embodiment of a DC sweep summing according to the invention and isolation amplifier,

F i g. 2 eine grafische Darstellung des idealisierten Spannungsverlaufes in dem Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker nach Fig. 1,F i g. 2 is a graphical representation of the idealized Voltage curve in the direct current summing and isolating amplifier according to FIG. 1,

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Ausgangsspannung als Funktion des Eingangsstromes bei dem Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker nach Fig. 1, Eingangswiderstand als Parameter,F i g. 3 shows a graph of the output voltage as a function of the input current for the DC summing and isolating amplifier according to Fig. 1, input resistance as a parameter,

F i g. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkers,F i g. 4 the circuit diagram of a second embodiment of a direct current summing according to the invention and isolation amplifier,

F i g. S eine grafische Darstellung der Ausgangs-Spannung als Funktion des Eingangsstromes bei dem Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker nach Fig. 4,F i g. S a graphical representation of the output voltage as a function of the input current at the DC summing and isolating amplifier according to Fig. 4,

F i g. 6 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trenn-Verstärkers undF i g. 6 shows a third embodiment of a direct current summing and isolating amplifier according to the invention and

F i g. 7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkers. F i g. 7 shows a fourth embodiment of a direct current summing and isolating amplifier according to the invention.

Die in den F i g. 1, 4, 6 und 7 dargestellten Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker bestehen in ihr m grundsätzlichen Aufbau aus mindestens einem Üb. rtrager 1 mit einem sättigbaren Kern, mit mindestens einer Eingangswicklung 2, mit einer Ausgangswicklung 3 und mit zwei Hilfswicklangen 4, S, aus einer Gleichspannungsquelle E_r und aus mindestens einer elektronischen Schalteinrichtung. Die elektronische Schalteinrichtung besteht aus zwei Transistoren 6, 7 und den Hilfswicklungen 4, S des Übertragers 1. Mit Hilfe der elektronischen Schalteinrichtung ist die Gleichspannungsquelle E_n so wechselnd mit der Ausgangswicklung 3 des Übertragers 1 verbindbar, daß die Durchflutungsrichtung wechselt.The in the F i g. 1, 4, 6 and 7, the DC summing and isolating amplifiers shown in their basic structure consist of at least one transfer carrier 1 with a saturable core, with at least one input winding 2, with an output winding 3 and with two auxiliary windings 4, S, from a DC voltage source E _r and from at least one electronic switching device. The electronic switching device consists of two transistors 6, 7 and the auxiliary windings 4, S of the transformer 1. With the help of the electronic switching device, the DC voltage source E _{n can} be connected to the output winding 3 of the transformer 1 in such a way that the direction of flow changes.

Die in den Fi g. 1, 4, 6 und 7 dargestellten Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker werden nur als Gleichstrom-Trennverstärker verwendet, so daß je Übertrager 1 nur eine Eingangswicklung 2 vorgesehen ist. Wird der erfindungsgemäße Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker auch als Gleichstrom-Summierverstärker verwendet, so muß jeder Übertrager 1 natürlich mehr als eine Eingangswicklung 2, nämlich mindestens zwei Eingangswicklungen aufweisen. The in the Fi g. 1, 4, 6 and 7 shown direct current summing and isolating amplifiers are only used as DC isolating amplifiers, so that each Transformer 1 only one input winding 2 is provided. If the direct current summing according to the invention and isolating amplifiers are also used as direct current summing amplifiers, so every transformer must 1 naturally have more than one input winding 2, namely at least two input windings.

In den Figuren ist die Eingangsspannung mit E_t, der Eingangsstrom mit I^ der Emgangswiderstand mit R₁ und die Ausgangsspannung mit E₀ bezeichnet, wobei die Ausgangsspannung E₀ aus den beiden Teilspannungen e_B1 und e₀₂ besteht. Die Ausgangsspannung E₀ fällt an einem Äusgangswiderstand R'_L ab.In the figures, the input voltage is designated by E _t , the input current by I ^ , the input resistance by R ₁ and the output voltage by E ₀ , the output voltage E ₀ consisting of the two partial voltages e _B1 and e ₀₂ . The output voltage E ₀ drops across an output resistor R ' _L.

Der in F i g. 2 dargestellte idealisierte Spannungsverlauf resultiert daraus, daß der Übertrager 1 einen sättigbaren Kern mit einer rechteckförmigen Magnetisierungskurve aufweist; der Kern besteht beispielsweise aus Permalloy oder aus Ferrit. Der Kurvenzug (α) gibt den Spannungsverlauf der in der Eingangswicklung 2 induzierten Spannung wieder, während der Kurvenzug (fc) den Spannungsverlauf der Ausgangsspannung E₀ wiedergibt. Der Gleichspannungsmittelwert der Ausgangsspannung E₀ ist proportional dem Eingangsstrom /,.The in F i g. The idealized voltage curve shown in FIG. 2 results from the fact that the transformer 1 has a saturable core with a rectangular magnetization curve; the core consists, for example, of permalloy or ferrite. The curve (α) reproduces the voltage curve of the voltage induced in the input winding 2, while the curve (fc) reproduces the voltage curve of the output voltage E _0. The DC mean value of the output voltage E ₀ is proportional to the input current / ,.

Wie die Fig. 1, 4, 6 und 7 zeigen, sind die erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung 3 des Übertragers 1 eine Mittelanzapfung aufweist, daß die Gleichspannungsquelle E₀ einerseits an die Mittel anzapfung der Ausgangswicklung 3 des Übertragers 1 und andererseits jeweils über einen Belastungswiderstand R_L an die L-mitter der Trans'«'nre" 6 7 angeschlossen ist und daß die Kollektoren der Transistoren 6, 7 jeweils an ein Ende der Ausgangswicklung 3 des Übertragers 1 angeschlossen sind.As FIGS. 1, 4, 6 and 7 show, the direct current summing and isolating amplifiers according to the invention are characterized in that the output winding 3 of the transformer 1 has a center tap, that the direct voltage source E ₀ on the one hand to the center tap of the output winding 3 of the Transformer 1 and on the other hand each connected via a load resistor R _L to the L-center of the Trans '«'nre" 6 7 and that the collectors of the transistors 6, 7 are each connected to one end of the output winding 3 of the transformer 1.

Während die F i g. I und 6 Einphasen-Schaltungen des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkers zeigen, sind in den F i g. 4 und 7 Dreipru'sen-Schaltungen des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkers dargestellt. Diese Ausführungsformen sind zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß drei Übertrager 1 vorgesehen sind, daß die Eingangswicklungen 2 der Übertrager 1 in Reihe geschaltet sind, daß nur eine Gleichspannungsquelle E₁, vorgesehen ist, daß drei elektronische Schalteinrichtungen vorgesehen sind und daß die Gleichspannungsquelle E₀ einerseits an die Mittelanzapfungen der Ausgangswicklungen 3 der Übertrager 1 und andererseits jeweils über einen Belastungswiderstand R_L an die Emitter der Transistoren 6, 7 angeschlossen sind.While the F i g. I and 6 show single-phase circuits of the direct current summing and isolating amplifier according to the invention are shown in FIGS. 4 and 7 three-pin circuits of the direct current summing and isolating amplifier according to the invention are shown. These embodiments are additionally characterized in that three transformers 1 are provided, that the input windings 2 of the transformers 1 are connected in series, that only one DC voltage source E _{1 is} provided, that three electronic switching devices are provided and that the DC voltage source E ₀ on the one hand the center taps of the output windings 3 of the transformer 1 and, on the other hand, are each connected to the emitters of the transistors 6, 7 via a load resistor R _L.

Wie die F i g. 3 zeigt, weist der in F i g. 1 dargestellte Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker eine sehr gute Linearität auf. Wird jedoch der Eingangswiderstand R₁ zu klein, so ist diese Linearität nicht mehr gegeben. Insoweit sind die Verhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärker nach F i g. 4 (und F i g. 7) günstiger, wie F i g. 5 zeigt. Selbst bei sehr kleinem Eingangswiderstand R_t ist über einen sehr weiten Bereich eine sehr gute Linearität gewährleistet.As the F i g. 3 shows, the one in FIG. 1 shown DC summing and isolating amplifier has a very good linearity. However, if the input resistance R _{1 is} too small, this linearity is no longer given. In this respect, the conditions in the direct current summing and isolating amplifier according to the invention are shown in FIG. 4 (and FIG. 7) cheaper, like FIG. 5 shows. Even with a very low input resistance R _t , very good linearity is guaranteed over a very wide range.

Bei den Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkern, die in den F i g. 1 und 4 dargestellt sind, dürfen die Gleichspannungsquelle E_n und der Ausgang nicht an einer gemeinsamen Erdung liegen. Um nun ei iie gemeinsame Erdung zu ermöglichen, sind bei den in den F i g. 6 und 7 dargestellten erfindungsgemäßen Gleichstrom-Summier- und Trennverstärkern Trennwicklungen 8 vorgesehen, die mit Dioden und Kondensatoren beschaltet sind.In the DC summing and isolating amplifiers shown in FIGS. 1 and 4, the DC voltage source E _n and the output must not be connected to a common ground. In order to enable common grounding, the in FIGS. 6 and 7 according to the invention shown direct current summing and isolation amplifiers, isolating windings 8 are provided, which are connected with diodes and capacitors.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Claims: 22

1. DC Sunimier- and isolation amplifier, consisting of at least one transformer with S a saturable core, with at least one input winding, with an output winding yuad with two auxiliary windings, a DC voltage source and an electronic switching device, in which the electronic switching device consists of two transistors and the auxiliary windings of the transformer and in which, with the help of the electronic switching device, the direct voltage source can be connected to the output winding of the transformer in such a way that the direction of flow changes, characterized in that the output winding (3) of the transformer (1) has a center tap that the direct voltage source (E ₀ ) is connected on the one hand to the center tap of the ao output winding (3) of the transformer (1) and on the other hand in each case via a load resistor (A ₁ ) to the emitters of the transistors (6, 7) and that the collectors of the transistors ( 6, 7) each ils are connected to one end of the output winding (3) of the transformer (1).

2. DC summing and isolating amplifier according to claim 1, characterized in that three transformers (1) are provided, that the input windings (2) of the transformer (1) are connected in series, that only one DC voltage source (E ₀ ) is provided is that three electronic switching devices are provided and that the DC voltage source (E ₀ ) on the one hand to the center taps of the output windings (3) of the transformer (1) and on the other hand in each case via a load resistor (R _L ) to the emitters of the transistors (6,7) are connected.

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