SE455455B - Slutsteg med automatisk nivakontroll for netsignalering - Google Patents

Description

'45s 455 . 10 15 20 25 FIGURBESKRIVNING Uppflnningen kommer att beskrivas närmare med hänvisning till ritnlngarna, pa vilka figur 1 visar en utföringsform av ett slutsteg enligt uppfinningen och figur 2 är ett tidsdlagram som visar spänningar-na i vissa punkter l slutsteget enligt figur 1.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I figur 1 visas en utföringsform av ett slutsteg enligt uppfinningen. Slutstegets ingång utörs av en dlfferentialingang hos en spänningsstyrd förstärkare Fl med upp till cirka 25 gangers förstärkning. Den styrda förstärkaren är kopplad till en effektförstärkare F 2, som lämpligen utgörs av ett klass-A steg, vars uppgift är att ge slutsteget en tillräcklig strömdrivningsförmaga. Effektförstärkarens utgång är pa känt sätt förbunden med det nät, t ex ett 220 volts elnät, pa vilket signalering skall ske över en avstämd krets Cl-Ll, en transformator T och en kondensator CZ. VÛ betecknar slutstegets matningsspänning.

Vid effektförstärkarens F 2 utgang uppträder under drift en utsignal, som utgörs av en växelspänning vn som är överlagrad pa matningsspänningen VD. Denna utsignal tillförs, förutom transformatorn T, även en aterkopplingskrets mellan effektförstärkarens utgång och en styringang hos den styrda förstärkaren Fl.

Matningsspänningen VU blockeras i en kondensator G3 och växelspänningen vo tillförs en spänningsdelareRz, Rl. Med K betecknas en komparator som är anordnad att jämföra summan av en första likspänning Vl och den vâxelspänning vl som erhålls vid spånníngsdelarens uttag med en andra likspännlng V2.

Likspänningarna V1 och V2 erhålls över var sitt motstånd R och RZ medelst 1 två strömgeneratorer Il respektive Iz.

Förstärkningen hos den styrda förstärkaren Fl bestäms av spänningen va över en kondensator Ca. Kondensatorn uppladdas »av en strömgenerator 13 under de tidsperiodersom spänningen Vl+vl är mindre än spänningen V2 och urladdas genom komparatorn K under de tidsperioder som spänningen V1 + vlär större än spänningen V2. 71-2 10 15 2D 25 30 4šs Äsš i det följande antas motståndet Rl ha resistansen Rl ohm, strömgeneratorn il alstra strömmen ll ampere osv. l det följande hänvisas även till figur 2, som är ett tidsdiagram över spänningarna i vissa punkter i slutsteget. Närmare bestämt visas likspänningarna V0, V1 och V2 samt vâxelspänningarna Vnwo, Vl-n-vl och V4.

Genom att matningsspänningon V0 blockeras i kondensatorn (33 blir den återkopplade spänningen och därmed även apânningsamplituden hos växel- spänningskomponenten vu i utsignalen från slutsteget oberoende av matning:- spänningen. Villkoret för att komparetorn K skall fungera med önskat resultat i återkopplingskretsen är att dess ingångsspänningar med en viss marginal hålls mellan noll volt och matningsspänningen V0. Neddelningen av växelspännings~ komponenten vn från effektförstärkarens FZ utgång till växelspänningen vl i spänningsdelaren R3, Rl och överlagringen av denna på likspänningen V1 möjliggör att återkopplingskretsen fungerar för relativt höga utsignalnivåer från effektförstärkaren F . De i figur 2 visade kurvorna motsvarar en ned- delning till en femtedel. Sšänningen V1 bör lämpligen vara lika med cirka halva matningsspänningen, vilket ger största möjliga marginal till spänningen noll och till matningsspänningen V0. Återkopplingskretsen fungerar även för mycket låga utsignalnivåer. Vid låga utsignalnivåer behövs emellertid ingen neddelning, dvs motståndet R3 kan därvid utelämnas. Motståndet Rl erfordras emellertid för såväl höga som låga utsignalnivåer, eftersom växelspänningen vl måste vara överlagrad på en iikspänning för att komparatorns K ingångsspänning alltid skall överstiga noll volt.

Värdet på kapacitansen C ¿¿, uppladdningsströmmen 13 och den ström med vilken kondensatorn urladdas genom komparatorn K bestämmer bl a hur snabbt styr- ningen sker efter en lastförändring pa nätet. Urladdningsströmmen är lämpligen cirka 100 gånger större än uppladdningsströmmen 13. Vid jämvikt urladdas därvid kondensatorn under cirka 1% av den totala tiden, vilket medför att toppvärdet av summaspänningen Vl+v1 endast obetydligt kommer att överskrida likspänningen V2. Se figur 2. Kapacitansen Ca bör vara tillräckligt stor för att spänningen över den inte skall ändras så mycket under en period att distorsion uppstår. Därigenom kommer spänningen va över kondensatorn Ca väsentligen att vara en likspänning vars storlek är beroende av nätimpedansen och av den önskade spänningsamplituden hos slutstegets utsignal. 455 =455 10 15 20 25 30 Om strömmarna Il och Iz är lika stora och har värdet lo gäller approximativt att (1) RI x lo + vw = Rz x ln, där vw betecknar toppvärdet av spänningen vl.

Om v00 betecknar toppvärdet av växelspänningskomponenten vu gäller approxi- mativt även att (2) v10 = v00 x R1/(Rl+R3). lnsätts (2) l (1) fas att von = (Rz-Rl) x IÛ x (Rl-i-RQ/Rl, dvs v00 är approximativt proportionell* mot Rz-Rl. Unskad spänningsamplitud hos ut- signalen kan därigenom exempelvis erhållas genom lämpligt val av motståndet Rz.

Förstärkarna Fl och FZ, komperatorn K, dioden D och strömgeneratorerna ll-l; ingår i praktiken lämpligen i en enda integrerad krets, varvid de visade motstanden, kondensatorerna och spolarna befinner sig utanför denna och därigenom kan anpassas till den önskade tillämpningen. Det är exempelvis väsentligt att motståndet Rz kan väljas i beroende av den önskade utsignal- nivån. Dessutom bör neddelningsmotståndet R; kunna anpassas till utsignalnivan så att växelspänningskomponenten V1 blir lagom stor.

Till det visade slutsteget fogas i praktiken lämpligen utanför nämnda inte- grerade krets även ett överspänningsskydd mot kraftiga transienter fran nätet.

Ett sådant skydd kan exempelvis utgöras av ett motstånd i serie med effekt- försärkarens P2 utgång samt en zenerdiod mellan samma utgång och jord. För att strömkällorna Il ooh 12 skall ge lika stora och välbestämda strömmar oberoende av matningsspänningen V0 och temperaturen förses den integrerade kretsen lämpligen även med en spänning till strömomvandlare, som av en referensspänning, t ex från en bandgapsreferens, genererar en ström. Därvid placeras även ett till omvandlaren hörande referensmotstånd lämpligen utanför den integrerade kretsen för att motstandets resistans skall kunna vara väl- bestämd och temperaturoberoende. En andra, lika stor ström kan på känt sätt alstras genom strömspegling.

En noggrannare avkänning av den till nätet utsända amplituden kan uppnås genom att ytterligare en avstämd krets bestående av en kondensator och en ' spole ansluts i serie med den avstämda kretsen (Il-LI. Spolen skall därvid vara induktivt kopplad till transformatorn T, och spänningen VU skall vara ansluten mellan de båda avstämda kretsarna. Härvid förbinds kondensatorn (23 med den pa detta sätt tillförda avstämda kretsen i stället för med kretsen Cl-Ll. 10 15 20 455 455 Strömmarna ll och Iz är exempelvis 200 x 10°6 A. För en matningsspänning av cirka 5 V väljs resistansen Rl därvid till cirka 12,5 x 103 ohm, varigenom spänningen V1 far värdet 2,5 V. Kondensatorerna G3 och Ca kan exempelvis var och en ha kapacitansen 50 nF. Strömmen I; är exempelvis 2 x 10-6 A.

Som nämnts ovan fas med den beskrivna utföringsformen ett slutsteg för nätsignalering med vilket spänningsamplituden hos utsignalen är oberoende av insignaiens amplitud, matningsspänningen storlek och nätets impedans. Önskad amplitud kan dessutom ställas in pa ett enkelt sätt genom lämpligt val av exempelvis motstandets Rz resistans och därvid fas att variera mellan höga och mycket laga värden Den beskrivna utförlngsformen kan givetvis ändras inom ramen av patent- kraven. Exempelvis kan likspänningarna V1 och V2 delvis byggas upp över dioder i serie med motstanden Rl och RZ. Antalet dioder i serie med vart och ett av motstanden är därvid lämligen lika med tre, vilket ger en spänning lika med drygt tva volt över varje diodkedja. Med bibehållen strömstyrka fran ström- generatorerna ll och 12 kan resistansen Rl väljas till cirka 2 x 103 ohm. Även resistanserna Rz och R; måste anpassas till denna utföringsform. För det fall att vissa komponenter ingar i en enda integrerad krets, som föreslagits ovan, bör även de seriekopplade dioderna inga i denna krets. Det är även tänkbart att ersätta strömgeneratorn 12, motståndet Rz och eventuella dioder i serie med detta med en spänningskälia som alstrar spänningen V2. Det är givetvis även tänkbart att ändra de visade kretsarna pa ett sådant sätt att spänningen över kondensatorn C 4 minskar i stället för ökar da Vl-i-vl är mindre än V2 och vice VGYSH.

Claims (7)

10 15 455 455 PATENTKRAV

1. Slutsteg med automatisk nivakontroll för nätsignalering, omfattande en styrd förstärkare (Fl) och en aterkopplingskrets för att avkänna slutstegets utgangsspänning (VU-wo) och mata en styrslgnal (vá) till en styringang hos den styrda förstärkaren (Fl), k ä n n e t e c k n a t därav att aterkopplingshetsen omfattar en komparator (K) för jämförelse av summan av en första llkspänning (V1) och en växelspänning (vl) som är beroende av växelspänningskomponenten (vu) i slutstegets utgangsspänning med en andra likspänning (V2), ett med nämnda styringang förbundet kapacitivt element (Ch), och organ (13, D, K) för att ändra spänningen (va) över det kapacitiva elementet (C a) i den ena riktningen da nämnda summa (Vl-i-vl) är mindre än nämnda andra likspänning (V2) och för att ändra spänningen (vä) över det kapacitiva elementet (04) i den andra riktningen da nämnda summa (Vlwl) är större än nämnda andra lik- spänning (V2), varigenom spänningsamplituden hos nämnda växelspännings- komponent (V0) väsentligen kan hallas vid ett konstant värde, som bestäms av nämnda första (V1) och andra (V2) likspänning.

2. Slutsteg enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav att aterkopp- lingskretsen omfattar en första seriekrets, i vilken ingar ett andra kapacitivt element (03) för att blockera likspänningskomponenten (VU) i spänningen vid slutstegets utgang och ett första motstand (Rl), och att en strömgenerator (ll) är ansluten till en första punkt mellan nämnda andra kapacitiva element (G3) och nämnda första motstånd (Rl) för att åstadkomma nämnda första likspänning (V1) i nämnda första punkt;

3. Slutsteg enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav att ater- kopplingskretsen även omfattar en andra seriekrets, i vilken ingar ett andra motstand (Rz) och en andra strömgenerator (Iz) för att astadkomma nämnda andra likspänning (V2) i en andra punkt.

4. Slutsteg enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav att i den första seriekretsen även ingar ett bestämt antal, exempelvis tre, dioder belägna pa ' samma sida om nämnda första punkt som nämnda första motstand (RI), och att i den andra seríekretsen även ingar nämnda bestämda antal, exempelvis tre, dioder belägna pa samma sida om nämnda andra punkt som nämnda andra 455 455 motstånd (Rz).

5. S. Slutsteg enligt patentkrav 2-4, k ä n n e t e c k n a t därav att l den första aeriekretsen ingar ett tredje motstånd (Rj), vilket är beläget pà earnma elda om nämnda första punkt som nämnda andra kapacitlva element (G3).

6. Slutsteg enligt patentkrav l-5, k ä n n e t f: k n a t därav att spänningen (v 4) över det med nämnda styringang förbundna kapcitiva elementet (CA) ändras i den ena riktningen genom strömmatning från eller till en strömgenerator (13), och att spänningen ändras i den andra riktningen genom en ström till eller från komparatorns (K) utgång.

7. Slutsteg enligt patentkrav 1-6, k ä n n e t e c k n a t därav att nämnda växelspänning (vl) som är beroende av växelspänningskomponenten (V0) i slutstegets utgàngsspänning utgör en, åtminstone tillnårmelsevis, förutbestämd andel av denna växelspänningskomponent (VU).