DE2423645A1

DE2423645A1 - Uebertragerkoppler zur gleichspannungsregenerierung

Info

Publication number: DE2423645A1
Application number: DE2423645A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Katou
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1974-11-28
Also published as: US3898485A; DE2423645B2; DE2423645C3; GB1467065A

Description

Patentanwälte Olpi-lng. R. O Ά Vl T Z 8βη3 2423645

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81-22.623P " 15. 5. 1974

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Übertragerkoppler zur Gleichspannungsregenerierung

Die Erfindung betrifft einen Übertragerkoppler zum entkoppelten bzw. isolierten bzw. erdfreien Regenerieren einer Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle.

Die Prozeß-Eingangs- bzw. -ausgangsschaltung eines Prozeßrechners verwendet einen Multiplexer, der eine Mehrfachabtastung verschiedener Analog signalquellen einer Prozeß anordnung durchführt. In diesem Fall wird häufig gewünscht, daß ein Analogsignal des Prozesses in Form eines dazu proportionalen Signals erdfrei regeneriert wird.

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Die übliche Schaltung zum erdfreien Regenerieren einer Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle ist ein Übertrag er koppler mit einem Impulsübertrager. Ein derartiger Übertragerkoppler muß folgende Bedingungen erfüllen:

1. hohe Regenerationsgeschwindigkeit und

2. hohe Genauigkeit.

Bei allen üblichen Übertragerkopplern mit einem Impulsübertrager ist eine Spannungsquelle über einen Schalter an die Eingangswicklung des Impulsübertragers angeschlossen. Während der Regenerationsphasen wird der Schalter für eine vorbestimmte Zeitdauer leitend gemacht, damit die Gleichspannungsquelle die Eingangs wicklung des Impulsübertragers derart erregen kann, daß an seiner Ausgangs wicklung eine Spannung proportional zur Spannung der Gleichspannungsquelle erzeugt wird. Somit wird bei allen üblichen Übertragerkopplern der Impulsübertrager durch die Gleichspannungsquelle erregt, deren Spannung regeneriert werden soll. Infolgedessen weisen die üblichen Koppler wegen der unzureichenden Erregung des Impulsübertragers eine niedrige Arbeitsgeschwindigkeit und wegen der Dachschräge und des Impuls-Überschwingens eine nur geringe Genauigkeit auf.

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Übertragerkoppler zum Regenerieren einer Gleichspannung anzugeben, der mit hoher Geschwindigkeit bei hoher Genauigkeit arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird für einen Übertragerkoppler mit einem Impulsübertrager aus wenigstens einer Eingangs wicklung und einer Ausgangswicklung, mit einem elektrischen, sich normalerweise im Aus-

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Zustand befindlichen Schalter, der an die Eingangswicklung des Impulsübertragers angeschlossen ist, und mit einer an die Eingangswicklung des Impulsübertragers über den Schalter angeschlossenen Gleichspannungsquelle, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle regeneriert wird, indem die Ausgangswicklung des Impulsübertragers mit einer Impulsspannung derart gespeist wird, daß die in der Eingangswicklung durch die Impulsspannung an der Ausgangswicklung induzierte Spannung ausreichend hoch ist, um den Schalter zeitweise einzuschalten, so daß an der Ausgangswicklung eine zur Gleichspannung proportionale Spannung erzeugt wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also darin, daß die Spannungsquelle zum Erregen des Impulsübertragers nicht die Gleichspannungsquelle selbst ist, deren Spannung regeneriert werden soll, sondern eine andere Spannungsquelle.

Durch die Erfindung wird also angegeben ein Übertrag erkoppler hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit, mit einem Impulsübertrager, an dessen Eingangs wicklung eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wobei zum Regenerieren der Gleichspannung die Ausgangswicklung des Impulsübertragers mit einer Impuls spannung derart gespeist wird, daß die durch die Impulsspannung an der Ausgangswicklung an der Eingangswicklung erzeugte Spannung höher ist als die Gleichspannung, so daß an der Ausgangswicklung eine zur Gleichspannung proportionale Spannung erzeugbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Schaltung zur Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus des erfindungsgemäßen Übertragerkopplers ,

Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise des Kopplers nach Fig. 1,

Fig. 3, 5 und 7 bis 13 Schaltungen verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele, und

Fig. 4 und 6 charakteristische Signale der Ausführungsbeispiele der Fig. 3 bzw. 5.

Die Fig. 1 enthält: eine Quelle 1, deren Gleichspannung regeneriert werden soll, einen elektrischen Schalter 2, einen Impulsübertrager 3 mit einer Eingangswicklung 4 und einer Ausgangswicklung 5, einen Strombegrenzungswiderstand 6, einen Eingang 7 zum Erregen bzw. Anregen bzw. Einspeisen, und einen Ausgang 8.

Wenn eine Spannung E. der Gleichspannungsquelle 1 am Ausgang 8 als dazu proportionale Spannung regeneriert werden soll, wird in den Erregungs-Eingang 7 eine Impuls spannung E_g eingespeist, wobei zum Regenerieren die in der Eingangs wicklung 4 durch die Impulsspannung E an der Ausgangswicklung 5 induzierte Spannung höher ist als die zu regenerierende Gleichspannung E.. Der Schalter 2, der weiter unten in Fig. 3 und in den folgenden Figuren beschrieben wird, befindet sich normalerweise im Aus-Zustand bzw. im geöffneten Zustand und wird geschlossen, wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung die Gleichspannung Ej übersteigt. Im Ein-Zustand

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bzw. im geschlossenen Zustand des Schalters 2 wird die maximale, in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung durch die Gleichspannung E- begrenzt. Wenn das Windungsverhältnis oder Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangs wicklung 4 und der Ausgangs wicklung 5 1 : 1 ist, und wenn der Maximalwert der in der Eingangswicklung 4 induzierten Spannung gleich der Spannung E. ist, wird die Ausgangsspannung an der Ausgangswicklung 5 ebenfalls auf den Wert E. begrenzt. Infolgedessen hat die am Ausgang 8 zur Verfügung stehende Spannung E den Wert E., oder mit anderen Worten: Die Spannung E. der Gleichspannungsquelle 1 wird isoliert bzw. entkoppelt, bzw. erdfrei am Ausgang 8 erzeugt.

Wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung nur unwesentlich geringer als die Gleichspannung E. wird, schaltet der Schalter 2 in den Aus-Zustand, so daß der Magnetfluß des Impulsübertragers 3 auf seinen Nullpegel zurückgesetzt wird.

Auf diese Weise wird in der Anordnung der Fig. 1 zu beliebigen Zeiten eine Impulsspannung E , deren Wert höher ist als ein vorbestimmter Wert, zum Erregen in den Eingang 7 eingespeist, um die Gleichspannung E. am Ausgang 8 zu regenerieren.

Da die Spannungsquelle zum Erregen des Impulsübertragers nicht die Gleichspannungsquelle selbst ist, deren Spannung regeneriert werden soll, sondern eine andere, getrennt angeordnete (nicht gezeigte) Erregungsquelle, wird die Erregung somit erfindungsgemäß durch eine Spannung durchgeführt, die höher ist als die zu regenerierende Gleichspannung, so daß die Erregung ausreichend groß ist, der Signalanstieg steil, die Dachschräge und das Überschwingen des er-

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zeugten Signals wegen der Begrenzerwirkung merklich verringert, wodurch die Regeneration mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt und die Genauigkeit verbessert wird.

Fig. 2 zeigt die Begrenzer wirkung des Impulsübertragers nach Fig. 1. Die ausgezogene Kurve (l) stellt die Beziehung dar zwischen der Impulsspannung E und der Ausgangs spannung E , wenn die in der

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Eingangswicklung 4 während der Erregungszeit der Impulsspannung E induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung E., und wenn der Schalter 2 geschlossen ist. Hierbei ist das Windungsverhältnis zwischen der Eingangswicklung 4 und der Ausgangswicklung 5 zu 1 : 1 angenommen. Falls das Windungsverhältnis 1 : η ist, ergibt sich die Ausgangsspannung E zu E = (l/n) E.. Die strichliniierte Kurve (2) ist die Beziehung zwischen der Impuls spannung E und der Ausgangsspannung E , wenn der Schalter 2 nicht während der Zeitdauer, zu der die Impulsspannung E in die Ausgangswicklung 5 des Impulsübertragers 3 eingespeist wird, eingeschaltet wird, sondern statt dessen durch eine Rücklauf spannung bzw. einen "Unterschwinger¹¹, der nach dem Abklingen der Impuls spannung E an der Ausgangswicklung 5 erzeugt wird.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, mit dem sich die Kurve (l) nach Fig. 2 erzeugen läßt, ist in Fig. 3 dargestellt. Eine Diode 1 , die dem Schalter 2 in Fig. 1 entspricht, ist derart geschaltet, daß sie die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 1 sperrt bzw. abblockt. Die Spannung E^ der Gleichspannungsquelle 1 wird zum Zweck einer Filterung über einen Widerstand 9 in einen Kondensator 10 eingespeist, so daß der Kondensator 10 stets auf die Spannung E^ aufgeladen ist. Die Polaritäten der Wicklungen 4 und 5 des Impulsüber-

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tragers 3 sind durch Punkte bezeichnet. Eine Diode 12 dient zum Abblocken eines Sperr Stroms und eine Diode 13 zum Kompensieren des durch die Diode 11 verursachten Spannungsabfalls.

Wenn im Betrieb die Im puls spannung E in den Erregungseingang eingespeist wird, wird sie über den Widerstand 6 und die Diode 12 an die Ausgangswicklung 5 des Impulsübertragers 3 angelegt, um eine Spannung an der Eingangswicklung 4 zu induzieren. Wenn die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung ansteigt und die Gleichspannung E. übersteigt, wird die Diode 11 leitend. Danach wird die Spannung an der Ausgangswicklung 5 des Impulsübertragers 3 auf den Wert der Spannung E. begrenzt, so daß am Ausgang 8 eine Impuls spannung entsteht, deren Wert gleich der Spannung der Spannungsquelle 1 und deren Impulsbreite gleich derjenigen der Impulsspannung E_g ist, solange die Impulsspannung E andauert.

Der durch die Diode 11 verursachte Spannungsabfall kann kompensiert werden, indem die durch die Dioden 11 und 13 bewirkten Spannungsabfälle gleichgroß gemacht werden.

Wenn die Impuls spannung E Null wird, wird der Magnetfluß des Impulsübertragers 3 sofort auf den Nullpegel zurückgesetzt, da beide Dioden 11 und 12 sperren.

Gemäß der Anordnung nach Fig. 3 ist die Entkopplung oder Isolierung der Diode 11, die dem Schalter 2 in Fig. 1 entspricht, unnötig, so daß ein Übertrag er koppler hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit trotz der einfachen Schaltung hergestellt werden kann.

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Fig. 4 zeigt das Verhalten der Anordnung nach Fig. 3. Die Impulsspannung E_g ist in Fig. 4 durch (a) dargestellt, der Spannungsverlauf an der Ausgangswicklung 5 durch (b) und der Spannungsverlauf am Ausgang 8 durch (c).

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, mit dem sich die Kurve (2) in Fig. 2 erfüllen läßt, ist in Fig. 5 dargestellt. Der Unterschied zwischen den Anordnungen der Fig. 5 und 3 besteht darin, daß die Richtung oder Polarität der Diode 12 umgekehrt und die in den Erregungseingang 7 einspeisbare Impuls spannung eine negative Impulsspannung ist. In der Anordnung der Fig. 5, deren Signale in Fig. 6 dargestellt sind, ist die Spannung an der Ausgangswicklung 5 negativ, wenn eine negative Impuls spannung angelegt wird. Diese negative Impulsspannung wird durch die Diode 13 abgeblockt, so daß die Ausgangs spannung E Null ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung ebenfalls negativ, wodurch die Diode 11 im Aus-Zustand bleibt. In dem Augenblick, in dem die Impuls spannung weggenommen wird, wird wegen der zuvor gespeicherten Energie an der Ausgangswicklung 5 eine Rücklauf spannung bzw. ein "Unterschwingen" erzeugt. Diese Rücklaufspannung erzeugt an der Eingangswicklung 4 eine Spannung mit einer derartigen Polarität, daß die Diode 11 eingeschaltet wird. Im allgemeinen ist die Rücklaufspannung ein Vielfaches der angelegten Spannung, so daß die Diode 11 leicht einschaltbar ist. Nachdem die Diode 11 eingeschaltet ist bzw. leitet, wird die Spannung an der Ausgangswicklung 5 ähnlich wie in der Anordnung der Fig. 3 auf die Gleichspannung E. begrenzt. Wenn somit eine Rücklauf spannung verwendet wird, muß die Höhe oder der Spitzenwert der Impulsspannung zum Erregen nicht notwendigerweise höher als die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 1 sein.

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In diesem Fall besteht zwischen der Breite der am Ausgang 8 zur Verfügung stehenden Ausgangs spannung und der Impulsbreite der erregenden Impulsspannung keine unmittelbare Beziehung, sondern die Breite ist durch die während des Anlegens der Impuls spannung in der Ausgangswicklung 5 gespeicherte Energie und durch die Schaltungskonstanten bestimmt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 enthält der Impulsübertrager 3 drei Wicklungen, im Gegensatz zu den zwei Wicklungen des Impulsübertragers 3 in den Fig 1, 3 und 5, so daß eine Auslesewicklung 5' zum Erregen des Impulsübertragers 3 und eine Ausgangswicklung 5" zum Ableiten des Ausgangs signals getrennt vorhanden sind. Wenn die Wicklung 5 in den Fig .1,3 und 5 in zwei Wicklungen 5' und 5" unterteilt ist, beeinflußt der Spannungsabfall an der Wicklung 5' wegen des Wicklungswiderstands zum Zeitpunkt der Erregung des Impulsübertragers 3 die Wicklung 5" nicht, so daß die Regeneration der Gleichspannung mit höherer Genauigkeit durchführbar ist.

Fig. 8 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Transistor 14 als Schalter 2 nach Fig. 1 verwendet wird. Wie gezeigt, ist der Emitter des Transistors 14 mit der Spannungsquelle 1 verbunden, während sein Kollektor an die Eingangswicklung angeschlossen ist, so daß der Strom aus der Gleichspannungsquelle gesperrt wird.

Ein Impulsübertrager 16 hat eine Eingangs wicklung 17, die zum Erregen zwischen den Eingangsklemmen 7 und 7' liegt, sowie eine Ausgangswicklung 18, die über einen Widerstand 15 zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 14 liegt. Infolgedessen wird der

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Impulsübertrager 16 synchron bzw. im Gleichtakt mit dem Impulsübertrager 3 betrieben, wenn eine Im puls spannung an die Erregungs-Eingangsklemmen 7 und 7' angelegt wird, um den Transistor 14 durch die Ausgangsspannung an der Ausgangswicklung 18 einzuschalten. Auch in diesem Fall besteht die Einschaltbedingung für den Transistor 14 darin, daß die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung höher als die Spannung der Gleichspannungsquelle 1 ist. In diesem Fall wird die Spannung an der Ausgangswicklung 5 des Impulsübertragers 3 auf die Spannung E. der Gleichspannungsquelle 1 begrenzt, und die Regeneration der Gleichspannung erfolgt wie bereits oben beschrieben.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 ist der Spannungsabfall zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 14 sehr niedrig und beträgt nur einige 100 iiV, da der Transistor 14 durch den Strom zwischen Basis und Kollektor eingeschaltet wird. Infolgedessen eignet sich die Anordnung der Fig. 8 zur Regeneration auch eines kleinen Wertes der Spannung der Gleichspannungsquelle 1.

Da die Leistung des Impulsübertragers 16 lediglich zum Einschalten des Transistors 14 ausreichen muß, ist die Größe des Impulsübertragers 16 nur ungefähr 1/10 der Größe des Impulsübertragers 3.

Zum Ansteuern des Transistors 14 ist ein Impulsübertrager 16 nach der Art des in Fig. 8 gezeigten Übertragers nicht unbedingt erforderlich. Der Ausgang eines Teils der Eingängswicklung 4 des Impulsübertragers 3 kann zum Ansteuern des Transistors 14 ebenso verwendet werden.

Fig. 9 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

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bei dem der Spannungsabfall zwischen der Gleichspannungsquelle 1 und der Eingangswicklung 4 des Impulsübertragers 3, insbesondere der Spannungsabfall der Diode in Durchlaßrichtung, sehr niedrig ist. Genauer gesagt wird als Diode 11 nach Fig. 3 ein idealer Diodenbegrenzer verwendet, bestehend aus einem hochverstärkenden Differenzverstärker 19 und einer Diode 20. Die Gleichspannungsquelle 1 ist an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 19 über den Widerstand 9 angeschlossen und der Ausgang des Differenzverstärkers 19 ist mit der Kathode der Diode 20 verbunden, deren Anode an ein Ende der Eingangswicklung 4 des Impulsübertragers 3 angeschlossen ist. Die Anode der Diode 20 wird außerdem zum negativen Eingang des Differenzverstärkers 19 derart gegengekoppelt, daß der Differenzverstärker 19, die Diode 20 und die Gegenkopplungsschaltung einen idealen Diodenbegrenzer darstellen.

Es sei der Fall betrachtet, bei dem die Polarität der Spannung E. der Gleichspannungsquelle 1 wie dargestellt ist. Wenn in diesem Zustand die Impuls spannung E nicht an den Erregungseingang 7 angelegt wird, ist die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung Null. Infolgedessen wird keine Spannung an den negativen Eingang des Differenzverstärkers 19 angelegt, während der positive Eingang über den Widerstand 9 und den Kondensator 10 mit der Spannung E^ der Gleichspannung squelle 1 gespeist wird. Der Differenzverstärker 19 gibt deshalb ein maximales positives Ausgangssignal ab, und die Diode 20 ist in Sperrichtung vorgespannt. (Wenn das A us gangs signal des Differenzverstärkers 19 gesättigt ist, wird die Wiederherstellung des normalen Zustandes verzögert. Infolgedessen wird der Verstärker in der Praxis im nichtgesättigten Zustand betrieben, indem getrennt ein nichtlinearer Widerstand od. dgl. rückgekoppelt wird). Zu diesem Zeitpunkt

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wird am -Ausgang 8 keine Ausgangsspannung E erzeugt.

Wenn die Impuls spannung E an den Eingang 7 angelegt wird, um

die Gleichspannung zu regenerieren, wird die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung als Gegenkopplungsspannung an den Eingang des Differenzverstärkers 19 zurückgeführt. Wenn die gegengekoppelte Spannung die Gleichspannung E. auch nur leicht übersteigt, ändert sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 19 in negativer Richtung, so daß ein Strom die Diode 20 derart durchfließen kann, daß die in der Eingangswicklung 4 induzierte Impuls spannung gleich der Spannung E. aus der Gleichspannungsquelle 1 wird, wodurch der Anstieg der Impuls spannung begrenzt wird. Somit wird die in der Eingangswicklung 4 induzierte Spannung sicher auf die Gleichspannung E. begrenzt. Die Spannung an der Ausgangs wicklung 5 ist dann ebenfalls impulsförmig und weist dieselbe Amplitude auf, um am Ausgang 8 eine Impulsspannung E mit derselben Amplitude wie die Spannung E. der Spannungsquelle 1 entkoppelt bzw. erdfrei zu erzeugen.

In der genannten Betriebsart wird der Eingangswiderstand des Differenzverstärkers 19 unabhängig vom Betriebspegel sehr hoch, so daß er der Spannungsquelle 1 praktisch keinen Strom entzieht. Dies stellt einen wesentlichen Faktor für die hochgenaue Regeneration dar.

Da der Durchlaßspannungsabfall an der Diode 20 auf einen durch die hohe Leerlaufverstärkung des Differenzverstärkers 19 geteilten Wert verringert wird, ist sie gewöhnlich vernachlässigbar.

Wenn der Impulsübertrager 3 etwa 100 mH hat und der Ansteuer-

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1 °

— XxJ —

strom mehrere mA oder weniger beträgt, kann mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 im Bereich von 10 mV bis 10 V der Gleichspannung E. eine Genauigkeit von ungefähr 0,1 % erzielt werden.

Fig. 10 und 11 stellen Abänderungen des Ausführungsbeispiels der Fig. 9 dar. Während in Fig. 9 der Gegenkopplungskreis des Differenzverstärkers 19 an der Anode der Diode 20 beginnt, beginnt er in Fig. 10 an einer Spannungsteilerwicklung 4-b der Eingangs wicklung 4, und in Fig. 11 beginnt der Gegenkopplungskreis an einem Anschluß einer Zusatzwicklung 4-c zur Eingangswicklung 4.

Da in Fig. 10 die in der Spannungsteilerwicklung 4-a induzierte Spannung durch die Gleichspannung E. begrenzt ist, wird am Ausgang 8 eine Impulsspannung erzeugt, deren Amplitude auf einen dem Windungs- bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen den Spannung steiler wicklungen 4-a und 4-b der Eingangswicklung 4 entsprechenden Wert verstärkt ist.

Im Gegensatz dazu kann die begrenzte Spannung der Ausgangswicklung 5 in Fig. 11 auf einen Wert gebracht werden, der durch Unterteilen der Gleichspannung E. erhalten wird, da die Gegenkopplung von einem Ende der Wicklung 4-c aus erfolgt.

Fig. 12 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Erfindung auf einen isolierten bzw. erdfreien bzw. entkoppelten Multiplexer angewandt wird. Zu messende Gleichspannungsquellen Ia-Ic sind über RC-Filter mit Widerständen 9a - 9c und Elektrolytkondensatoren 10 a - 10 c von relativ großer Kapazität und weiterhin über Dioden 11a - lic an Eingangswicklungen 4a - 4c von Impulsübertragern

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3a - 3c angeschlossen. Die Ausgangswicklungen 5a - 5c der Impulsübertrager 3a - 3c sind angeschlossen an die Ausgangs wicklung eines Treiber-Impulsübertragers 22 über eine Reihenschaltung aus entsprechenden Transistoren 21a - 21c zum Auswählen, über einen gemeinsamen Widerstand 6 und über eine Kompensationsdiode 23. Ein Ende jeder Ausgangs wicklung 5 a - 5 c der Impulsübertrager 3 a bis 3 c ist geerdet,-und jedes Ausgangssignal wird über ein Ende der Ausgangswicklung und die Kathode der Kompensationsdiode 23 am Ausgang 8 mit Hilfe eines Operationsverstärkers 28 voneinander unterscheidbar abgenommen.

Der Operationsverstärker 28 ist mit einem Gegenkopplungswiderstand 29 und mit Eingangswiderständen 24 - 27 beschaltet.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 12 ist wie folgt: Wenn z. B. die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 16 gemessen werden soll, wird entsprechend der Transistor 21b (dessen Ansteuerschaltung nicht gezeigt ist) eingeschaltet, wenn die Impulsspannung E an den Treiber-Impulsübertrager 22 angelegt wird, um eine Impulsspannung an den entsprechenden Impulsübertrager 3b anzulegen. Wenn die in der Eingangswicklung 4 b des Impulsübertragers 3 b induzierte Spannung die Spannung der zu messenden Gleichspannungsquelle Ib erreicht (genauer gesagt, die Spannung am Kondensator 10 b), wird die Diode 11b leitend und die Klemmenspannung an der Ausgangswicklung 5 b des Impulsübertragers 3 der Ausgangswicklung 5 b des Impulsübertragers 3 b wird auf die Spannung der zu messenden Gleichspannung squelle Ib begrenzt. Danach wird der Unterschied zwischen der Klemmenspannung an der Ausgangs wicklung 5 b und der Spannung der Kompensationsdiode 23 als Ausgangsimpuls am Ausgang 8 abgeleitet.

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Da zu diesem Zeitpunkt die Ströme durch die Diode 11b und die Kompensationsdiode 23 näherungsweise gleich sind, kann der Einfluß des Spannungsabfalls wegen der Diode 11b auf ein bestimmtes Maß verringert werden, indem Dioden mit denselben Kennlinien verwendet werden.

Es ist ersichtlich, daß durch willkürliches Auswählen der Transistoren 21a - 21c die Spannung der entsprechenden, zu messenden Gleichspannungsquelle isoliert bzw. entkoppelt bzw. erdfrei gemessen werden kann.

Fig. 13 stellt eine Anwendung der Erfindung auf eine erdfreie Eingangsschaltung für ein Digitalsignal dar, wobei das Ein-Aus-Signal eines Kontaktes bzw. Schalters als digitale Signalquelle dient. Die Einflüsse der Verdrahtung und die Streukapazitäten sind vernachlässigt. Ein mechanischer Schalter 30, die Signalquelle, ist über die Klemmen 33 - 31, 34 - 32 eines Adernpaares an beide Enden eines Kondensators 10 angeschlossen. Da die Signalquellenseite keine Spannungsquelle enthält, ist die Reihenschaltung aus einem Widerstand mit hohem Widerstandswert und einer Spannungsquelle 36 an den Kondensator 10 angeschlossen. Wenn sich der Schalter 30 im Aus-Zustand befindet, wie dargestellt, fließt ein Ladestrom aus der Spannungsquelle 36 über den hochohmigen Widerstand 35 in den Kondensator 10, so daß dieser auf einen konstanten Wert aufgeladen wird, der durch die Spannung der Spannungsquelle 36 bestimmt ist. Im anderen Fall, wenn der Schalter 30 sich im Ein-Zustand befindet, wird der Kondensator 10 kurzgeschlossen, so daß er auf die Spannung Null entladen wird. Der Kondensator 10 speichert somit stets den Spannungswert, der dem Ein-Aus-Zustand des Schalters 30 entspricht.

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Die Arbeitsweise zum Regenerieren der Klemmenspannung des Kondensators 10 am Ausgang 8 ist ähnlich wie in der Anordnung der Fig. 3. Durch Abnehmen der Klemmenspannung des Kondensators 10 am Ausgang 8 kann der Ein-Aus-Zustand des Schalters 30 mit hoher Geschwindigkeit festgestellt werden, z. B. ist ein Auslesen in ungefähr 100 ns möglich.

Es wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele und Anwendungen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine Gleichspannung über einen Impulsübertrager regeneriert wird. Erfindungsgemäß wird die Erregungsenergie des Impulsübertragers nicht aus der Signalquelle selbst abgeleitet, sondern aus einer getrennten Signalquelle. Darüber hinaus wendet die Erfindung in vorteilhafter Weise die Begrenzer wirkung des Impulsübertragers an. Infolgedessen ist durch die Erfindung eine Regeneration mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit möglich.

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Claims

Patentansprüche

\ l/Übertragerkoppler mit einem Impulsübertrager aus wenigstens einer Eingang sw ic klung und einer Ausgangswicklung, mit einem elektrischen, sich normalerweise im Aus-Zustand befindlichen Schalter, der an die Eingangswicklung des Impulsübertragers angeschlossen ist, und mit einer an die Eingangswicklung des Impulsübertragers über den Schalter angeschlossenen Gleichspannungsquelle,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle (l) regeneriert wird, indem die Ausgangswicklung (5) des Impulsübertragers (3) mit einer Impulsspannung (E ) derart gespeist wird, daß die in der Eingangswicklung (4) durch die Impulsspannung an der Ausgangswicklung induzierte Spannung ausreichend hoch ist, um den Schalter (2) zeitweise einzuschalten, so daß an der Ausgangswicklung (5) eine zur Gleichspannung proportionale Spannung erzeugt wird (Fig. l).
2. Übertragerkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der an die Ausgangswicklung anzulegenden Impulsspannung derart ist, daß die in der Eingangswicklung durch eine Rücklaufspannung, die an der Ausgangswicklung eizeugt wird, wenn das Anlegen der Im pul s spannung an die Ausgangswicklung unterbrochen wird, induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung.
3. Übertragerkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung aus einer ersten und einer zweiten Wicklung

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besteht, wobei zum Regenerieren der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle die erste Wicklung des Impulsübertragers mit einer derartigen Impulsspannung gespeist wird, daß die durch die Impulsspannung an der ersten Wicklung in der Eingangs wicklung induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung, so daß in der zweiten Wicklung eine Spannung proportional zur Gleichspannung erzeugt wird, wenn der Schalter eingeschaltet ist.
4. Ubertragerkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter eine bezüglich des Stroms aus der Gleichspannungsquelle in Sperrichtung geschaltete Diode (ll) ist. (Fig. 3).
5. Ubertragerkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein bezüglich des Stroms aus der Gleichspannungsquelle in Sperrichtung geschalteter Transistor (14) ist (Fig. 8).
6. Ubertragerkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein idealer Diodenbegrenzer ist, bestehend aus einem Differenzverstärker (19), einer Diode (20) und einem Gegenkoppluhgskreis (Fig. 9).
7. Ubertragerkoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind: die Gleichspannungsquelle (l) mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers (19), der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Kathode der Diode (20), die Anode der Diode (20) mit einem Ende der Eingangswicklung (4) des Impulsübertragers (3), und die Anode der Diode (20) außerdem mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers (19) (Fig. 9).

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8. Übertragerkoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind: die Gleichspannungsquelle (l) mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers (19), der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Kathode der Diode (20), die Anode der Diode mit einem Ende der Eingangswicklung des Impulsübertragers, und der Ausgang einer Teilwicklung (4-a) der Eingangswicklung mit dem negativen Eingang des Differenzverstärkers, wobei der Differenzverstärker durch eine Impulsspannung derart angesteuert wird, daß die Spannung am negativen Eingang des Differenzverstärke rs höher als die Gleichspannung wird (Fig. 10).
9. Übertragerkoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß verbunden sind: die Gleichspannungsquelle (l) mit dem positiven Eingang des Differenzverstärkers (19), der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Kathode der Diode (20), und die Anode der Diode mit einem Ende der Eingangs wicklung (4) des Impulsübertragers, der eine weitere Wicklung (4-c) besitzt, deren erstes Ende an die Anode der Diode und deren zweites Ende an den negativen Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, wobei der Impulsübertrager mit einer Impulsspannung derart gespeist wird, daß die Spannung am negativen Eingang des Differenzverstärkers höher als die Gleichspannung wird (Fig. 11).
10. Übertragerkoppler für einen erdfreien Multiplexer, gekennzeichnet durch

mehrere zu messende Gleichspannungsquellen (la - lc); ebensoviele Impulsübertrager (3a - 3c), deren jeder wenigstens eine

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Eingangswicklung (4a - 4c) und eine Ausgangswicklung (5a - 5c) aufweist;

ebensoviele Kondensatoren (10a - 10c) und Dioden (lla - lic), wobei jeder Kondensator über die entsprechende Diode parallel zur entsprechenden Eingangswicklung geschaltet ist, wobei die Gleichspannung jeder Gleichspannungsquelle an den entsprechenden Kondensator und für die entsprechende Diode in Sperrichtung angelegt wird, und wobei die zur Gleichspannungsquelle, deren Spannung gemessen werden soll, gehörende Ausgangswicklung mit einer Impulsspannung derart gespeist wird, daß die durch die Impulsspannung in der zugehörigen Eingangswicklung induzierte Spannung höher ist als die Gleichspannung, so daß an der zugehörigen Ausgangswicklung eine zur Gleichspannung proportionale Ausgangsspannung erzeugt wird (Fig. 12).
11. Übertragerkoppler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: einen Kondensator (1O) und einen hochohmigen Widerstand (35);

eine digitale Signalquelle, deren Signal durch den Ein-Aus- Zustand des Kontaktes eines mechanischen Schalters (30) gegeben ist, wobei beide Enden des Kontaktes an die beiden entsprechenden Enden des Kondensators angeschlossen sind, und wobei eine Reihenschaltung aus dem Widerstand und einer Gleichspannungsquelle (36) ebenfalls an beide Enden des Kondensators angeschlossen ist, so daß der Kondensator stets mit einer Gleichspannung gespeist wird, die dem Ein-A us-Zustand des Kontaktes entspricht (Fig. 13).

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