DE2260440B2 - Gleichspannungstrennverstärker - Google Patents

Description

Als Modulator, der ein frequenz- und pulsdauer-

moduliertes Wechselspannungssignal liefert, kann ein nach dem Ladungsmengen kompensationsverfahren arbeitender Spannungs-Frequenz-Umformer einge-

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungs- so setzt werden, wie er z. B. in ATM, September 1965, trennverstärker mit einem Modulator für das Ein- S. R 113 ff., beschrieben ist. Ein derartiger Modugangssignal, einer diesem nachgeschalteten Wechsel- lator arbeitet in der Weise, daß das Eingangssignal Stromübertragungsstrecke und einem an diese ange- einem Integrator zugeführt wird. Erreicht die Ausschlossenen Demodulator. Gleichspannungstrennver- gangsspannung des Integrators einen bestimmten stärker dienen dazu, kleine und mittlere Spannungen 55 Wert, so wird auf den Eingang des Integrators ein zu messen, die sich auf einem hohen Spannungs- Impuls mit bestimmtem Ladungsinhalt und mit einer potential gegen Erde befinden. Der Eingang für die der Polarität des Eingangssignals entgegengesetzten zu messenden Spannungen muß daher vom Verstär- Polarität gegeben. Macht man die Ladungsmenge kerausgang galvanisch getrennt sein. Im allgemeinen des Impulses abhängig von der entstehenden Imwird das Eingangssignal moduliert und zur Potential- 60 pulsfrequenz oder dem zeitlichen Abstand der Imtrennung ein Trennübertrager zwischen den Ein- pulse, das ist die Periodendauer, so kann man eine und Ausgang geschaltet. Üblich ist es, das Eingangs- gewünschte Nichtlinearilät erzielen, d. h., die Aussignal einer Amplitudenmodulation zu unterwerfen. gangsspannung kann z. B. proportional dem Quadrat, Verstärker mit einer solchen Modulation sind auch dem Logarithmus oder der Wurzel aus der Eingangsais Zerhackerverstärker bekannt. Ein solcher Ver- 65 spannung gemacht werden. Als Modulator kann ferstärker ist z. B. in der DT-AS 18 11 987 beschrivben. ner ein Spannungs-Frequenz-Umformer, der nach Diese Zerhackerverstärker haben den Nachteil, daß dem Entladeprinzip arbeitet, eingesetzt werden. Derdie Amplituden der Wechselspannungssignale, die artige Spannungs-Frequenz-Umformer enthalten

3 ' 4

ebenfalls einen Integrator, der aber nicht durch Im- Modulator und Demodulator müssen ihre Versor-

pulse konstanten Ladungsinhalts, sondern durch gungsspannungen aus getrennten Netzgeräten erhal-

Kurzschließen seines Eingangs entladen wird. ten, da sie auf verschiedenen Gleichspannungspoten-

An Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungs- tialen liegen. Hierzu ist ein Transformator Tr vorge-

beispiel gezeigt ist, werden im folgenden die Erfin- 5 sehen, der außer einer Primärwicklung Wl zwei ge-

dung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher trennte Sekundärwicklungen W 2 und W 3 aufweist,

beschrieben und erläutert. £s zeigt an die jeweils ein Netzgerät angeschlossen ist.

F i g. 1 ein Übersichtsschaltbild eines Ausführungs- F i g. 2 zeigt Einzelheiten des Modulators. Der Ein-

beispiels ynd die gangsstrom I_E wird an einem Summenpunkt SP des

Fig. 2 und 3 Einzelheiten des Modulators bzw. io Integrators mit dem Verstärker Vl und dem Integra-

des Demodulators der Anordnung nach F i g. 1. tionskondensator Cl durch den Mittelwert des Ge-

In der Anordnung nach F i g. 1 wird das Eingangs- genkopplungsstromes I_K kompensiert. Beim Untersignal über eine doppelt abgeschirmte koaxiale Ein- schreiten der Triggerschwelie eines Transistors Ts gangsbuchse einem Modulator MOD zugeführt. Die- gibt ein diesem nachgeschalteter monostabiler Multiser ist innerhalb einer inneren Abschirmung ange- 15 vibrator MV einen negativen Impuls einer bestimmbracht, während die äußere Abschirmung den ten Dauer ab. Mit Hilfe eines Widerstandes R 6 und gesamten Trennverstärker umgibt. Das Eingangs- einer negativen Referenzspannung — U_{Rel x} wird diesignal gelangt über einen Eingangswiderstand R1 auf sem Impuls der negative Strom I_K zugeordnet. Die den nichtinvertierenden Eingang eines Eingangsver- Impulsfrequenz, die dem Übertrager V zugeführt stärkers Vl, dessen Ausgang über einen Spannungs- 20 wird, ist proportional dem Eingangsstrom I_E bzw. der teiler Pl, dessen· Fußpunkt an Masse liegt, auf den Eingangsspannung U_E. In den Impulspausen fließt invertierenden Eingang gegengekoppelt ist. Dieser aus der positiven Referenzspannungsquelle +U_Reti Gegenkopplungszweig des Verstärkers ist umschalt- ein positiver Strom I_K, dessen Größe durch die Größe bar, so daß der Trennverstärker einen großen Bereich der Spannung + U_Rcll und des Widerstandes RS beder Eingangsspannung überstreichen kann. An den 25 stimmt ist. Zur Voreinstellung einer Mittenfrequenz Eingangsverstärker Vl ist über einen einstellbaren wird dem Summierpunkt SP zusätzlich ein Referenz-Abschwächungswiderstand R 3 ein Integrator ange- strom I_Rll zugeführt.

schlossen, der aus einem Verstärker V2 und einem In der Anordnung nach Fig. 3 werden die von Integrationskondensator Cl besteht. Die Ausgangs- dem Übertrager Ü abgegebenen Impulse demoduliert, spannung des Verstärkers Vl wird auf integriert, bis 30 Sie gelangen über einen Verstärker V 3 auf einen die Ausgangsspannung des Verstärkers V2 einen Diodenschalter DSl, der entsprechend dem im Mo-Wert erreicht, bei dem ein diesem nachgeschalteter dulalor verwendeten Diodenschalter DSl aufgebaut Diskriminator D/5 anspricht. Dieser liefert dann ist. Dadurch werden die Impulse auf gleiche Amplieinen Ausgangsimpuls konstanter Dauer, der in einer tude gebracht. An den Diodenschalter DSl schließt Schaltungseinheit 51 auf konstante Amplitude ge- 35 sich ein invertierender Verstärker V7 an, dessen Ausbracht wird, so daß der Impuls eine bestimmte La- gangsimpulse in gleicher Weise wie die Gegenkoppdungsmenge aufweist. Die Impulse konstanter La- lungsimpulse des Modulators bei einer Periodendungsmenge werden dem Eingang des Integrators dauer T die konstante Impulsdauer τ aufweisen. Ihre zugeführt und entladen diesen. Danach beginnt der Amplitude beträgt +J7_Rff.„ während in den Puls-Integrationsvorgang von neuem. Mit zunehmender 40 pausen die Spannung — U_{Rct 2} am Ausgang des Ver-Eingangsspannung erhöht sich die Frequenz der Aus- stärkers Vl liegt. Diese Impulse werden in einem gangsimpulse des Diskriminators DlS. Da die Aus- Aktivfilter mit dem Verstärker V 8 und nicht näher gangsimpulse konstante Dauer haben, ändert sich fer- bezeichneten Integrationswiderständen und Kondenner das Puls-Pausen-Verhältnis. Das Eingangssignal satoren integriert, so d^ß am Ausgang des Verstärwird also gleichzeitig frequenz- und pulsdauermo- 45 kers V 8 ein Gleichspannungssignal erhalten wird, das duliert. dem Mittelwert der Ausgangsspannung des Verstär-

Der Diskriminator D/5 speist ferner die Primär- kers Vl proportional ist. Für dieses Gleichspanwicklung eines Impulsübertragers Ü, an dessen Se- nungssignal, das mit u bezeichnet sein soll, gilt die kundärwicklung über einen Verstärker V3 der De- Beziehung:
modulator DEM angeschlossen ist. In diesem werden 5°

zunächst die Impulse konstanter Dauer auf gleiche u = U , ·(—- _ Λ = i/ (2τ ■ f — I)

Amplitude gebracht und anschließend in einem über ^Rcl'² \ T ) ^Re'²
einen Kondensator C 2 gegengekoppelten Verstärker

VA integriert. Das Ausgangssignal dieses Integrators Die Ausgangsspannung ist also pioportional dem

durchläuft einen Tiefpaß TP und gelangt dann auf 55 Mittelwert und zugleich proportional der Pulsfolge-

einen Ausgangsverstärker V6. Am Eingang des Aus- frequenz /, wenn die Impulsdauer τ konstant ist. Dies

gangsverstärkers wird dem Signal ein mit Hilfe eines bedeutet, daß im ersten Fall das Modulationssignal

Potentiometers Pl einstellbares konstantes Potential als pulsdaucrmoduliertes Signal und im zweiten Falle

zwecks Einstellung der Nullage überlagert. als frequenzmoduliertes Signal demoduliert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

O sich in einem weiten Bereich ändern, exakt linear Patentansprüche: übertragen werden müssen, da sonst das Ausgangs- signal des Verstärkers nicht proportional zum Em-

1. Gleichspannungstrennverstärker mit einem gangssignal ist _r
Modulator für das Eingangssignal, einer die- 5 Der vorliegenden Erfindung hegt die Auigabczusem nachgeschalteten Wechselstromübertragungs- gründe, einen Trennverstärker zu schaffen, zwischen strecke und einem an diesen angeschlossenen dessen Ausgangs- und Eingangsspannung eine ge-Demodulator, dadurch gekennzeich- wünschte Beziehung, z. B. Proportionalität, mit hoher net, daß ein Modulator (MOD) eingesetzt ist, Genauigkeit besteht und der dennoch mit wenig Aufder ein frequenz- und pulsdauennoduliertes io wand herstellbar ist.

Wechselspannungssignal liefert, und daß der De- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

modulator (DEM) im Falle, daß die Übertra- löst, daß ein Modulator eingesetzt ist, der em fre-

gungsstrecke die Impulsflanken verfälscht, ein quenz- »ind pulsdauennoduliertes Wecnselspannungs-

Demodulator für frequenzmodulierte Signale und signal liefert, und daß der Demodulator im Falle,

im Falle, daß die Impulsflacken genau und ohne 15 daß die Übertragungsstrecke die Impulsflanken ver-

Zeitfehler übertragen werden, ein Demodulator fälscht, ein Demodulator für frequenzmodulierte

für pulsdauermodulierte Signale ist. Signale und im Falle, daß die Impulsflanken genau

2. Gleichspannungstrennverstärker nach An- und ohne Zeitfehler übertragen werden, ein Demoduspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mo- lator für pulsdauermodulierte Signale ist. Verwendet dulator (MOD) ein nach dem Ladungsmengen- ao man nämlich einen Demodulator für frequenzmodukompensationsverfahren oder nach dem Entla- lierte Signale, so darf das modulierte Signal beliebige dungsverfahren arbeitender Spannungs-Frequenz- Verarmungen des Kurvenverlaufs und, abgesehen Umformer (F2, Cl, DIS, 51) ist. von Laufzeitverzerrurrgen, beliebige Verzögerungen

3. Gleichspannungstrennverstärker nach An- erleiden. Das modulierte Signal kann Fomit über Leispruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 25 tungen oder Lichtleiter mit einer I euchtdiode am Übertragungsstrecke ein Übertrager (Ü) ist, des- Eingang und einer Fotodiode am Ausgang beliebig sen Primärwicklung von dem Modulator (MOD) übertrager, werden. Im Demodulator muß dafür jegespeist ist und an dessen Sekundärwicklung ein doch eine Demodulationszeitkonstante mit der ver-Demodulator angeschlossen ist, in dem die Aus- langten, gegebenenfalls hohen Genauigkeit, nachgegangsimpulse des Übertragers (V) auf konstante 30 bildet werden, was bei Trägerfrequenzen, die ober-Amplitude gebracht und in einem Tiefpaßfilter halb 50 bis 100 kHz liegen, einen größeren Aufwand (TP) in ein Gleichspannungssignal umgewandelt erfordert. Verwendet man dagegen einen Demoduwerden, lator für pulsdauermodulierte Signale, so benötigt

4. Gleichspannungstrennverstärker nach An- man keinen Generator zur Erzeugung der Demoduspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 35 lationszeitkonstante. Dafür müssen jedoch die Im-Übertragungsstrecke eine Leuchtdioden-Foto- pulsflaaken genau und ohne Zeitfehler vom Modudiodenstrecke ist, deren Leuchtdiode vom Modu- lator zum Demodulator übertragen werden. Em lator gespeist ist und an deren Fotodiode ein Trennübertrager erfüllt im allgemeinen diese Forde-Demodulator angeschlossen ist, in dem die Aus- rung, so daß in einem einfachen Trennverstärker gangsimpulse der Fotodiode auf konstante Am- 40 ohne größere Übertragungsstrecke, bei dem also die plitude gebracht und in einem Tiefpaßfilter (TP) Impulse nur innerhalb des Verstärkergehäuses überin ein Gleichspannungssignal umgewandelt wer- tragen werfen, ein solcher Trerrnverstärker eingeden. setzt werden und man mit einem einfachen Demodulator für pulsdauermodulierte Signale auskommen

45 kann.