DE2503710C2

DE2503710C2 - Meßverstärker

Info

Publication number: DE2503710C2
Application number: DE2503710A
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie 75010 Paris Bruyere
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1975-01-30
Publication date: 1983-12-29
Also published as: FR2260224A1; FR2260224B1; DE2503710A1; US3956707A

Description

Der Empfänger R enthält einen Verstärker A 2, dessen Ausgang 5 2 den Ausgang des »schwebenden« Verstärkers darstellt und dessen Eingang e3 an den Demodulator D angeschlossen ist, der die Speisung der Sekundärwicklung 5 des Signaltransformators P. S steuert. Ein Integrationskondensator C kann zwischen dem Eingang e 3 und Erde geschaltet sein.

Darüber hinaus enthält der Empfänger R einen Oszillator Os, der an die Sekundärwicklung Sa des Speisetransformators Pa, Sa angeschlossen ist. Dieser ^! Speisetransformator Pa, Sa enthält außerdem eine Reihe von Steuerwickiungen, von denen einige (m 1, /77 2, /π 3, m 4) für die Steuerung des Modulators M und andere (dt. e/Z c/3, c/4) für die Steuerung des Demodulators vorgesehen sind. '

Die Abschirmung G trennt die Primärwicklung P von der Sekundärwicklung S₁ die Primärwicklung Pa von der Sekundärwicklung Sa und die Steuerwickiungen m 1, /77 2, /π 3, m 4 von den Steuerwicklungen d\,d1,dX c/4 galvanisch, jedoch nicht ferromagnetisch. Somit kann ~ das Meßsigna! vorn Sender E zum Empfänger R mit Hilfe des Transformators P, S in Abhängigkeit vom Modulator M und Demodulator D Übermittel· werden.

F i g. 2 zeigt einen Modulator Mund einen Demodulator D mit doppelter Halbwelle von bekannter Bauart. ■ Der Modulator M und Demodulator D sind identisch und sind je durch eine Transistorbrücke Ti bis T4 gebildet, wobei in die eine der Diagonalverbindungen die Primärwicklung P oder die Sekundärwicklung S geschaltet ist. Die gleichzeitige Stromführung der Transistoren Ti, T2, TZ, T4 wird gesteuert mit Hilfe der Wicklungen m' 1, m'2, m'3, m'4 oder d' I, d'2, d'3, d'4 entsprechend ihrer Anschlüsse an die Wicklungen ml, /π2, /n3, m4, oder d\, t/2, c/3, c/4. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 werden deshalb acht Wicklungen (m 1 bis m4 und di bis t/4) benötigt, um den Modulator Mund den Demodulator Dzu steuern.

Der Transformator P. S ist daher kompliziert und aufwendig. Darüber hinaus sind spezielle Transistoren erforderlich,die in der Lage sind, Emitter-Basisspannungen von mindestens der doppelten Größe des zu übertragenden MeBsignals auszuhalten. E< ist deshalb unmöglich, Signale von hoher Frequenz zu übertragen. Die Frequenz von 10 KHz liegt an der oberen Grenze.

Fig.3 gibt einen anderen bekannten Typ eines Modulates Mund eines Demodula;ors Dmit einfacher Halbwelle wieder. Modulator und Demodulator sind wieder gleich und werden beide durch zwei Schalter gebildet, die oberhalb bzw. unterhalb der Wicklung P oder der Wicklung S angeordnet sind, jeder Schaher wird durch zwei Transistoren 7*5 und 7"6 entgegengesetzten Typs mit einem gemeinsamen Emitter gebildet, der zwischen Basis und Emitter durch eine Steuerwicklung /n" 1, m"2 oder d"X, d"2 gesteuert wird, die entsprechend an die Wicklung m 1 bis m 4 und d 1 bis c/4 angeschlossen ist. Dieser Typ des Modulators und Demodulators benötigt immer noch vier Steuerwickiungen. Der Transformator P, S ist deshalb kompliziert und teuer. Außerdem benötigt dieser Typ eine große Anzahl von Bauelementen.

F i g. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Modulator und Demodulator. Der Modulator M und Demodulator D nach der Erfindung enthalten zwei Transistoren Tl und 7~8 desselben Typs, deren Emitter miteinander gekoppelt und deren Basen über Widerstände R 7 und R 8 miteinander verbunden sind. Der Punkt, der den Widerständen R 7 und R 8 gemeinsam ist, ist einerseits am Sender E oder am Empfänprr R über einen Widerstand R 9 an Masse gelegt und andererseits mit Hilfe eines Kondensators CM oder CD entweder an die Primärwicklung Pa oder an die Sekundärwicklung Sa angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T8 ist entweder am Sender E oder Empfänger R geerdet, während der Kollektor des Transistors Tl entweder an die Primärwicklung P oder an die Sekundärwicklung 5 geschaltet ist.

Auf diese Weise werden der Modulator M und der Demodulator D direkt durch den Oszillator Os gesteuert und das zu übertragende Meßsignal wird bei der Wiederholungsfrequenz (recurrence frequency) dieses Oszillators entkoppelt (cut out). Da die Abnahme an den Basen erfolgt, wird das Steuersignal in bezug auf Erde entsprechend der angewendeten Polung der Transistoren wiederhergestellt. Jedes Transistorenpaar wirkt deshalb als nahezu perfekter Schalter. Die Modulation ist vom Typ der einfachen Halbwelle.

Das Integrationsglied C stellt das Halbwellensignal bezogen auf Masse oder Erde des Empfängers mit einer Linearität wieder her, die 0,01% des Skalenendwerts betragen kann. Die Dynamik des erfindungsgemäßen Modulators ist, was die Spitzenwerte angeht, merklich gleich den Spitzenwerten des Entkopplungssignals (cut-out-signal). Der Modulator nach der Erfindung ermöglicht deshalb die Signalübertragung von Gleichstromsignalen und Wechselstromsignalen bis zu einigen hundert KHz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. »Schwebender« Meßverstärker mit einem Sender und einem Empfänger, die ferromagnetisch miteinander gekoppelt aber galvanisch vollständig voneinander getrennt sind, wobei der Sender einen Modulator, der die Primärwicklung eines Signaltransformators speist, und ein Element zur Speisung der Primärwicklung eines 'Speisetransformators enthält, und der Empfänger eine mit dem Modulator identischen Demodulator aufweist, der die Speisung der Sekundärwicklung des Signaltransformators steuert, sowie einen Oszillator, der an die Sekundärwicklung des SpeisetransfoiTiiators gekoppelt ist, und wobei sowohl der Modulator als auch der Demodulator aus von ihren Basisspannungen gesteuerten Transistoren bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Modulator (M) an die Primärwicklung des Signaltransformators (P. S) und andererseits an die Primärwicklung (Pa) des Speifc. transformator (Pa. Sa) durch einen Kondensator (CM) gekoppelt ist, und daß der Demodulator (D) einerseits an die Sekundärwicklung (S) des Signaltransformators (P. S) und andererseits an die Sekundärwicklung (Sa) des Speisetransformators (Pa, Sa) durch einen Kondensator ("CD; angeschlossen ist.

2. Verstärker nach Anspruc-h 1. dadurch gekennzeichnet, daß Modulator und Demodulator je durch Transistorpaare (TT. TS) vom gleichen Typ gebildet sind, wobei deren Emitter miteinander verbunden sind, und die Basen, gegebenenfalls über Widerstände (R 7. R 8). einerseits an die Masse des Senders (E) oder des Empfängen. (R) ui;J andererseits an den Kondensator gekoppelt sind, während einer der Kollektoren der Transistoren ι die Primär- oder Sekundärwicklung des Signaliransformators angeschlossen ist, und der andere Kollektor an Masse des Senders oder Empfängers liegt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen sogenannten »schwebenden« oder »schwimmenden« (floating) Meßverstärker, d. h., einen Meßverstärker, der normalerweise ohne Bezug auf Erde nder Masse betrieben wird, also kein Erdpotential aufweist. Das Eingangspotential eines solchen Verstärkers kann in bezug auf die Erdung am Ausgang um mehrere tausend Volt in positiver oder negativer Richtung gleiten. Ein solcher Verstärker wird insbesondere zur Messung von Spannungen zwischen einem elektrischen Netzwerk und Erde oder bei medizinischen Anwendungen usw. verwendet.

Bekannte Verstärker dieses Typs enthalten einen Sender und einen Empfänger, die vollständig voneinander mittels einer geeigneten Abschirmung galvanisch getrennt, aber ferromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Zu diesem Zweck enthält der Sender einerseits einen Verstärker, dessen Eingänge die Eingängt des »schwebenden« Verstärkers bilden und dessen Ausgang einem Modulator aufgedrückt ist, der die Primärspule eines Signaltransfortrctors speist und andererseits eine Stromversorgungsvorrichtung aufweist, welche die Primärwicklung eines Speisetransformators (feed transformer) speist. Der Empfänger enthält seinerseits einen Verstärker, dessen Ausgang den Ausgang des »schwebenden« Verstärkers bildet und dessen Eingang an den Demodulator angeschlossen ist, der die Speisespannung der Sekundärwicklung des Signaltransformators steuert sowie einen Oszillator, der an die Sekundärwicklung des Speisetransformators angeschlossen ist Außerdem enthält der Speisetransformator Wicklungen, die durch den Oscillator gesteuert werden und den Zweck haben, * den Modulator und den Demodulator zu steuern. Natürlich trennt die Abschirmung galvanisch die Primär- und Sekundärwicklungen des Signa! ransformators, die Primär- und Sekundärwicklungen des Speisetransformators sowie die Steuerwicklungen sowohl des Modulators als auch des Demodulators.

Bei bekannten Verstärkern werden der Modulator und der Demodulator durch entsprechende Schalttransistoren gebildet, die den Durchgang des Meßsignals in den Primär- und Sekundärwicklungen des Signaltransformators steuern, wobei diese Transistoren selbst über ihre Basen durch jene Steuerwicklungen gesteuert werden.

In den bekannten »schwebenden« Verstärkern ist deshalb der Speisetransformator kompliziert und teuer, denn er enthält eine große Anzahl von Steuerwicklungen. Seine Abgleichung ist deshalb schwierig. Außerdem ist es oft erforderlich. Transistoren zu verwenden, die eine sehr hohe Emitter-Basisspannung aushalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einerseits der Modulator an die Primärwicklung des Signaltransformators und andererseits an die Primärwicklung des Speisetransformators durch einen Kondensator gekoppelt ist. und daß der Demodulator einerseits an die Sekundärwicklung des Signaltransformators und andererseits an die Sekundärwicklung des Speisetransformators durch einen Kondensator angeschlossen ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Modulator und Demodulator beide je durch Transistoren vom gleichen Typ gebildet, wobei deren Emitter miteinander verbunden sind, und die basen, gegebenenfalls über Widerstände, einerseits an die Masse des Senders oder des Empfängers und andererseits an den Kondensator gekoppelt sind, während einer der Kollektoren der Transistoren an die Primär- oder Sekundärwicklung des Signaltransformators angeschlossen is'., und der andere Kollektor an Masse des Senders oder Empfängers liegt.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

F" i g. I ein Blockschaltbild eines »schwebenden« Verstärkers nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 Beispiele von bekannten Modulatoren und Demodulatoren für den Verstärker gemäß Fig. 1.

F i g. 4 zeigt die erfindungseemäße Schaltung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Der in Fig. 1 darges'elltc »schwebende« Verstärker enthält einen Sender Eund einen Empfänger R. welche voneinander durch eine Abschirmung G galvanisch getrennt sind. Der Sender E enthält einen Verstärker Λ 1 dessen Eingänge el und c2 die Eingänge des »schwebenden« Verstärkers darstellen und dessen Ausgang s I dem Modulator M zugeführt wird, der die Speisespannung der Primärwicklung P eines Signaltransformatoren /'. S steuert. Außerdem enthalt der Sender /:ein Netzgerät Λ P. welches die Primärwicklung Pn eines Speisetransformators l'n. Sn speist.