Opublikowano: 18.IX.1965 49874 KI. 24**VT870Z" MKP H 03 f W UKD BIBLIOTEKA Urzedu Patentowego Ptttkidl Bztczvr-.:r:rtH l*rwe' Twórca wynalazku: mgr inz. Mariusz Niehiewski Wlasciciel patentu: Instytut Elektrotechniki, Warszawa (Polska) Tranzystorowy wzmacniacz separacyjny pradu stalego Przedmiotem wynalazku jest tranzystorowy wzmacniacz separacyjny pradu stalego, który sluzy do transformowania pradu stalego, tzn. dostarcza on sygnalu wyjsciowego pradu stalego, proporcjo¬ nalnego do sygnalu wejsciowego pradu stalego, przy czym obwód wyjsciowy i wejsciowy wzmac¬ niacza nie sa polaczone galwanicznie.Wzmacniacz separacyjny znajduje zastosowanie w zautomatyzowanych napedach, ukladach auto¬ matyki, zabezpieczen oraz w urzadzeniach pomia¬ rowych. Moze on byc uzyty do pomiaru pradu w obwodzie glównym silnika, zamiast znanych, kosztownych czujników Halla. W tym celu jest wstawiony szeregowo z uzwojeniem stojana nie¬ duzy opornik, z którego napiecie jest podawane na wejscie wzmacniacza separacyjnego. Wzmac¬ niacz separacyjny moze tu sluzyc do ciaglego po¬ miaru pradu lub tylko do uruchamiania zabez¬ pieczen w przypadku przeciazen silnika. Wzmac¬ niacze separacyjne stosuje sie tez w bardziej roz¬ budowanych regulatorach, np. w tranzystorowym regulatorze prostownikowego* napedu nawrotnego, gdzie zastosowanie separatora umozliwia takie ste¬ rowanie ukladem prostowników np. rteciowych, ze w* ich obwodach nie plyna prady wyrównawcze.Wada znanych tranzystorowych wzmacniaczy se¬ paracyjnych jest to, ze dla uzyskania prawidlowe¬ go dzialania wzmacniacza wymagaja one zastoso¬ wania duzego transformatora separacyjnego, który zapewni przeniesienie nieznieksztalconego sygnalu napiecia zmiennego, prostokatnego, proporcjonal¬ nego do wejsciowego sygnalu pradu stalego. Po¬ niewaz transformator ten musi posiadac dostatecz¬ nie duza indukcyjnosc biegu jalowego, konieczny jest dobry material rdzenia o jak najwiekszej prze- nikalnosci magnetycznej i uzwojenia o duzej licz¬ bie zwojów.Dalsza wada znanych tranzystorowych wzmacnia¬ czy separacyjnych jest brak prostego ukladu zabez¬ pieczajacego wejscie wzmacniacza od przeciazen, a zarazem umozliwiajacego dobieranie w latwy sposób zadanego poziomu obcinania sygnalu wej¬ sciowego wzmacniacza oraz stromosci charaktery¬ styki napiecia wyjsciowego w funkcji napiecia wejsciowego wzmacniacza, dla sygnalów ponizej poziomu obcinania.Tranzystorowy wzmacniacz separacyjny pradu stalego wedlug wynalazku jest pozbawiony tych wad. Istota wynalazku polega na zastosowaniu równoleglego polaczenia opornika i uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego w ob¬ wodzie kolektora tranzystora wzmacniajacego, co pozwala na uzycie zminiaturyzowanego transfor¬ matora separacyjnego oraz na zastosowaniu w ob- 25 wodzie wejsciowym wzmacniacza kilku laczonych szeregowo i równolegle diod bocznikujacych mo¬ dulator wzmacniacza, a umozliwiajacych dobór za¬ danego przebiegu charakterystyki napiecia wyjscio¬ wego w funkcji napiecia wejsciowego wzmacnia¬ cza. Zasada dzialania wzmacniacza wedlug wyna¬ lazku jest nastepujaca: Wejsciowy sygnal pradu 10 15 20 30 4987449874 20 stalego zostaje zamieniony na proporcjonalny sy¬ gnal pradu zmiennego, który po wzmocnieniu i przetransformowaniu zostaje ponownie przetwo¬ rzony na prad staly. Schemat wzmacniacza uwi¬ doczniony jest na rysunku. 5 Napiecie prostokatne, potrzebne do obwodu mo¬ dulatora i detektora wzmacniacza jest wytwarza¬ ne w generatorze ze sprzezeniem typu R—L, zbu¬ dowanym na tranzystorach 1T i 2T opornikach IR, 2R, 3R oraz na transformatorze ITr uzwojenia i0 (a, b, c i d) z rdzeniem o prostokatnej petli hyste- rezy. Dodatnie sprzezenie zwrotne, bedace warun¬ kiem, pracy generatora jest uzyskiwane dzieki na¬ winieciu cewek, jak na rysunku. Czestotliwosc drgan wynoszaca przykladowo 1.200Hz jest okre- 15 slpna przez czas potrzebny do przemagnesowania rdzenia, transformatora ITr od indukcji nasycenia w jedna strone do indukcji nasycenia w strona przeciwna.Uzwojenie g transformatora ITr zasila obwód bazy tranzystora 3T modulatora poprzez opornik 6R. Uzwojenia e i f transformatora ITr zasilaja jedna z przekatnych detektora pierscieniowego, zbudowanego na diodach 5D, 6D i 7D, 8D i oporni¬ kach 11R, 12R, 13R, 14R.Napiecie na bazie tranzystora 3T periodycznie zatyka i odtyka tranzystor 3T tak, ze jego obwód: kolektor-emiter stanowi zwarcie lub przerwe. Je¬ zeli tranzystor 3T jest zatkany, to napiecie na jego emiterze jest równe napieciu sygnalu wejsciowego, dostarczanego poprzez opornik 5R. Jezeli tranzy¬ stor 3T jest odetkany, to napiecie jego emitera jest równe okolo 0. Na wyjsciu modulatora tj. na bazie tranzystora wzmacniajacego 4T otrzymywane jest napiecie prostokatne o amplitudzie proporcjonal¬ nej do sygnalu wejsciowego, dostarczanego na wej¬ scie we i o fazie zaleznej od biegunowosci tego sygnalu. Napiecie to zostaje wzmocnione, np. w jednostopniowym wzmacniaczu napieciowym, zbudowanym na tranzystorze 4T, opornikach 7R, 8R, 9R i 10R i kondensatorach 1C i 2C. W obwo¬ dzie kolektora tranzystora 4T znajduje sie trans- ' formator 2Tr, zbocznikowany oporem 10R.Poniewaz transformator 2Tr jest przeznaczony do przenoszenia wzmocnionego sygnalu prostokat- 45 nego z mozliwie malymi znieksztalceniami — w szczególnosci d]a czesci poziomej przebiegu tego sygnalu, wiec przy stalym obciazeniu transforma¬ tora 2Tr konieczna jest minimalizacja wyrazenia: ?5 gdzie T — okres czestotliwosci nosnej napiecia 50 z generatora, R — opornosc zródla napiecia zasila¬ jacego transformator 2Tr widziana od strony za¬ cisków jego uzwojenia pierwotnego a, L — induk- cyjriosc biegu jalowego transformatora 2Tr.Wyrazenie powyzsze jest miara znieksztalcenia 55 przebiegu prostokatnego przez transformator 2Tr.Przy braku opornika 10R opornosc R zródla za¬ silania transformatora 2Tr jest stosunkowo duza, poniewaz uzwojenie pierwotne a tego transforma¬ tora jest zasilane wprost z obwodu kolektora trans- 6o formatora 4T tzn. teoretycznie ze zródla pradu a nie napiecia. Jezeli wartosc opornika 10R jest stosun¬ kowo nieduza, to transformator 2Tr jest zasila- 30 35 40 ny — w przyblizeniu ze zródla napiecia, a nie pradu. Stad wartosc wyrazenia: 5B przy tych samych wartosciach: czestotliwosci nosnej oraz indukcyjnosci L biegu jalowego transformatora 2Tr, jest znacznie mniejsza. Przyjmujac te sama dopuszczalna wartosc znieksztalcen wprowadzo¬ nych przez transformator 2Tr mozna, dzieki zasto¬ sowaniu opornika 10R zastosowac mniejszy trans¬ formator 2Tr.Opornik 10R zapobiega równiez przepieciom, ja¬ kie rhoglyby powstawac w obwodzie kolektora tranzystora 4T przy nastepujacych szybkich zmia¬ nach pradu kolektora i duzej indukcyjnosci L transformatora 2Tr.Sygnal z transformatora 2Tr jest dostarczany na druga przekatna detektora pierscieniowego 5D, 6D, 7D, 8D. Zaleznie od biegunowosci sygnalu z gene¬ ratora sa odetkane diody: 5D, 6D lub 7D i 8D. Po¬ niewaz napiecie z generatora jest znacznie wieksze od sygnalu uzytecznego, dostarczonego do detekto¬ ra, wiec prad w kazdej z par diod; 5D, 6D i 7D, 8D jest okreslony przez ^napiecie z generatora.Obwód dla pradu wyjsciowego wzmacniacza za¬ myka sie przez opornik 15R, jedna z polówek b lub c uzwojenia wtórnego transformatora 2Tr, pare przewodzacych diod detektora i uzwojenia e i f transformatora ITr oraz opór obciazenia. Zaleznie od tego, czy napiecia wejsciowe obu przekatnych detektora sa zgodne, czy przeciwne w fazie, otrzy¬ muje sie napiecie wyjsciowe na zaciskach wy — wy tej lub innej biegunowosci. Opornik 15R i kon¬ densator 3C stanowia wyjsciowy uklad wygladza¬ jacy.Ze wzgledu na czesto spotykane w ukladach automatyki przeciazenia wejscia wzmacniacza se¬ paracyjnego jest zastosowany uklad obcinajacy sygnal wejsciowy, zbudowany na oporniku 4R i diodach ID, 2D i 3D, 4D. Dzieki laczeniu szere¬ gowemu kilku diod ukladu obcinajacego mozna uzyskac liniowa i odpowiednio stroma charakte¬ rystyke statyczna napiecia wyjsciowego w funkcji napiecia wejsciowego wzmacniacza przy jedno¬ czesnej mozliwosci doboru poziomu obcinania na- piecia wejsciowego — poprzez zmiane liczby po¬ laczonych szeregowo diod oraz dobór ich charak¬ terystyk w kierunku przewodzenia. Opisany przebieg charakterystyki staltyczncj wzmacniacza wynika z tego, ze przy malych sygnalach wejscio¬ wych dioda przedstawia stosunkowo duza, w przy¬ blizeniu stala opornosc a wiec nie psuje ona linio¬ wosci charakterystyki wzmacniacza. Natomiast po przekroczeniu pewnej wartosci progowej opornosc diody szybko spada. Istnieje tez mozliwosc zasto¬ sowania innych elementów obcinajacych np. ma¬ gnetycznych.Zaleta wzmacniacza separacyjnego wedlug wy¬ nalazku jest równiez stosunkowo duza stabilnosc charakterystyk wzmacniacza przy wzroscie tempe¬ ratury otoczenia. Wynika ona z zastosowania sto¬ pnia wzmacniajacego pradu zmiennego oraz w szczególnosci, mozliwosci doboru diod w detek¬ torze tak, ze uchyby temperaturowe .kompensuja sie.49874 PL