SU1042157A1

SU1042157A1 - Direct current amplifier with galvanic isolation

Info

Publication number: SU1042157A1
Application number: SU802929069A
Authority: SU
Inventors: Вадим Маркович Низель
Original assignee: Предприятие П/Я В-2969
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1983-09-15

Abstract

УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный . оптрон, светои-злучайщий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилител , а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно, о т л и ч а ю щ и и с , тем, что, с целью расширени Динамического диапазона, в него . введены линейный детектор, компаратор , оптронный ключ и инвертор-. . повторитель, при этом линейный детектор подключен между -шиной входного сигнала и входным операционным усилителем , а инвертрр-повторитель, управл ющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, св занного с комцаратором, подключен входом к выходу выходного операционного уси1лител , причем входкомпаратора св зан с шиной .входного сигнала, (Л NU Ю СП DC power amplifier S. GALVANIC DISCONNECT, containing input and output operational amplifiers and differential. The optocoupler, the light-emitting element of which is connected to the output of the input operational amplifier, and the photodetectors - to the inputs of the input and output operational amplifiers, respectively, which, in order to expand the dynamic range, into it . A linear detector, a comparator, an opto-switch and an inverter are introduced. . the repeater, while the linear detector is connected between the input signal bus and the input operational amplifier, and the inverter repeater, the control input of which is connected to the output of the optron key connected to the commator, is connected to the output of the output operating amplifier, and the input of the paramotor is connected bus signal. input signal (L NU Yu SP

Description

Нзоброгение относитс к усилител м посто нного тока, вьшолненным на оптоэлектронных элементах и обеспечивающим линейную передачу сигнала при отсутствии гальванической св зи входной и выходной цепей.Induction refers to direct current amplifiers implemented on optoelectronic elements and providing linear signal transmission in the absence of galvanic coupling between the input and output circuits.

Известен усилитель с гальванической разв зкой посредством оптронов, содержащий входной и выходной операционные усилители, к выходам которых подключены светоизлучающие элементы , а к,входам, - фотоприемнкки :оптронов Cl ИНедостаток такого усилител заключаетс в нелинейности передаточной характеристики, :A power amplifier with galvanic isolation by means of optocouplers is known, which contains input and output operational amplifiers, to the outputs of which light-emitting elements are connected, and to the inputs, photo-receivers: optocouples Cl The inequality of such an amplifier lies in the nonlinearity of the transfer characteristic,:

Наиболееблизким к изобретению вл етс усилитель посто нного тока с гальванической разв зкой, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный , светоизлучающий элемент которого подключен к выходу входного операционного усилител , а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно С2 .The closest to the invention is a galvanically isolated DC amplifier containing input and output operational amplifiers and a differential light-emitting element of which is connected to the output of the operational amplifier and photodetectors to the inputs of the input and output operational amplifiers C2.

Недостаток такого усилител заключаетс в необходимости задани большого начального тока светоизлучающего .элемента при передаче разнопол рных сигналов, что соответственно увеличивает дрейф выходного сигнала, обусловленный дрейфом параметров оптрона, и уменьшает динамический диапазон.The disadvantage of such an amplifier is the need to set a large initial current of the light-emitting element in the transmission of different polarity signals, which accordingly increases the output signal drift due to the drift of the parameters of the optocoupler, and reduces the dynamic range.

Цель изобретени расширение динамического диапазона.The purpose of the invention is the expansion of the dynamic range.

Поставленна цель достигаетс тем, что. в усилитель посто нного тока с гальванической разв зкой, содержащий входной и выходной операционные усилители и дифференциальный оптрон, светоиэлучающий элемент которого подключен к выходу входного опер .ационного усилител , а фотоприемники - к входам входного и выходного операционных усилителей соответственно , введены линейный детектор, компаратор, оптронный ключ и инвертор-повторитель , при этом линейный детектор подключен между шиной входного сигнала и входным операционным усилителем, а инвертор-повторитель управл ющий вход которого подключен к выходу оптронного ключа, св занного с компаратором, подключен входом к выходу выходного операционного усилител , причем вход компаратора св зан с шиной входного сигнала.The goal is achieved by the fact that. A direct current amplifier with galvanic isolation, containing input and output operational amplifiers and a differential optocoupler, whose light emitting element is connected to the output of the operational input amplifier, and photoreceivers to the inputs of the input and output operational amplifiers, respectively, a linear detector, comparator, an optocoupler key and an inverter repeater, with a linear detector connected between the input signal bus and the input operational amplifier, and the inverter repeater control input otorrhea connected to the output photocouple key associated with the comparator input connected to the output of the output of the operational amplifier, wherein the comparator input is coupled to the input bus.

На .чертеже представлена принципиальна электрическа схема предлагаемого усилител посто нного тока с гальванической разв зкой.The drawing presents a circuit diagram of the proposed DC amplifier with galvanic isolation.

. Светоизлучающий элемент 1 диффе ренциального оптрона 2 подключен К выходу входного операционного усилител 3, к входу которого подключен. The light-emitting element 1 of the differential optocoupler 2 is connected to the output of the input operational amplifier 3, to the input of which is connected

. фотоприемник 4 указанного оптрона. Другой фотоприемник 5 оптрона 2 подключен квходу выходного операционного усилител 6, к выходу 7 которого подключен сигнальный вход 5 инвертора-повторител 8. Управл ющий вход 9 инвертора-повторител подключен к выходу 10 оптоэлекТронного ключа 11, своим входом 12 подключенного к выходу компаратора 13,. photodetector 4 specified optocoupler. Another photodetector 5 of the optocoupler 2 is connected to the input output of the output amplifier 6, to the output 7 of which the signal input 5 of the repeater inverter 8 is connected. The control input 9 of the inverter inverter is connected to the output 10 of the optoelectric switch 11, its input 12 connected to the output of the comparator 13,

0.вход 14 которого подключен к точке соединени последовательно включенных диодов 15 и 16, соедин ющих выход первого операционного усилител 17-линейного детектора 18 с0. The input 14 of which is connected to the junction of the series-connected diodes 15 and 16 connecting the output of the first operational amplifier of the 17-linear detector 18 s

5 входом второго операционного усилител 19 линейного детектора 18. Вход линейного детектора 18 соединен с шиной 20 входного сигнала, а выход с входом входного операционного усиQ- лител 3. При этом компаратор 13, св занный через диод 15 и первый операционный усилитель 17 линейного детектора 18 с шиной 20 входного сигнала, управл ет работой оптоэлектронного ключа 11 в зависимости от5 by the input of the second operational amplifier 19 of the linear detector 18. The input of the linear detector 18 is connected to the input signal bus 20, and the output to the input of the operational input amplifier 3. At the same time, the comparator 13 connected via a diode 15 and the first operational amplifier 17 of the linear detector 18 with the input signal bus 20, controls the operation of the optoelectronic switch 11, depending on

пол рности входного сигнала на шине 20. Кроме того, входной и выходной операционные усилители 3 и б и компаратор 13 имеют цепи смещени , об-; разованные соответственно ре.зистора0 ми 21, 22 и 23, подключенньми соответственно к входам усилителей 3,6 и компаратора 13. Выходом усилител посто нного тока вл етс выход 24 инвертора-повторител 8.polarities of the input signal on the bus 20. In addition, the input and output operational amplifiers 3 and b and the comparator 13 have bias circuits, ob-; developed by resistors 21, 22 and 23 respectively, connected respectively to the inputs of amplifiers 3.6 and comparator 13. The output of the DC amplifier is the output 24 of the repeater inverter 8.

5 Устройство работает следующим образом.5 The device operates as follows.

В исходном состо нии на резистор 21 подаетс напр жение смещени , и при t этом через светоизлучающий элемент 1 In the initial state, the bias voltage is applied to the resistor 21, and at t this through the light-emitting element 1

0 протекает начальный ток JQ величина которого благодар действующей при этом оптической отрицательной обратной св з.и, определ етс выражением 1 fcft0 the initial current JQ flows through which the optical negative feedback acting at the same time is determined by the expression 1 fcft

5 : о-кт5: oh-kt

где ICM ток через резистор 21;where is ICM current through resistor 21;

KB коэффициент вспомогательной оптопары, т.е.. коэффициент пе- редачи оптрона, равный отношению f. величин токов фотоприемника 4 и светоизлучающего элемента 1.KB is the coefficient of the auxiliary optocoupler, i.e. the transfer coefficient of the optocoupler is equal to the ratio f. the current values of the photodetector 4 and the light-emitting element 1.

Через фотоприемник 5 протекает фототок 1, величина которого определ етс выражениемA photocurrent 1 flows through the photodetector 5, the value of which is determined by the expression

i 3o, ,i 3o,

где kp- коэффициент основной оптопары , т.е. коэффициент передачи оптрона, равный отношению величинwhere kp is the main optocoupler coefficient, i.e. optocoupler transfer coefficient

токов фотоприемника 5 и светоизлучающего элемента. Если на резистор 22 подано напр жение смещени , обеспечивающее протекание по нему .тока, равного по величине фототокуcurrents of the photodetector 5 and the light-emitting element. If a bias voltage is applied to the resistor 22, providing a flow through it of a current equal in magnitude to the photocurrent

f напр жение на выходе 7 oneрационного усилител б и на выходе 24 всего устройства равно нулю. На резистор 23 компаратора 13 подаетс напр жение, величина которого определ ет начальный потенциал на. его входе, при этом величина этО го потенциала не должна превышать напр жени открывани диода 15 .линейного детектора 18. Компаратор 13 выполнен по схеме неинвертирующего .операционного усилител с плавающей нагрузкой, в котором в качестве нагрузки использован светоизлучающий элемент оптоэлектронного ключа 11. При нулевом значении входного сигнала, т.е. при ртсутствии сигнала на шине 20, через светоизлучаюдий элемент оптоэлектронного ключа 11 протекает току определ емый . начальным отрицательньм потенциалом на входе 14 компаратора 13, при эюм оптоэлек тронный юпоч 11 от- крыт, а инвертор-повторитель 8, выполненный по схеме модул тора на I операционном усилителе, находитс IB режиме инвертора, При поступлений на шину 20 линей . ного детектора 18 сигнала положительно пол рности потенциал на вхо 1де 14 компаратора 13 становитс пол хсительним вследствие открывани диода 15, и оптоэлектронный ключ 1.1 закрываетс , перевод инвертор-повторитель 8 в режим повторител . 5лс годар тому, что сигнал на вход .14 компаратора подаетс с точки соединени последовательно включенных доп-олнительного диода 15 и диода 16, линейного детектора, перепад входного напр жени , необходимый дл переключени оптоэлектронного ключа имеет очень малую величину, определ емую коэффициентом ус.илени операционного усилител 17 с разомкнутой петлей обратной св зи, поскольку диод 16,. через который ; при этом осуществл етс обратна св зь в линейном детекторе, OTJ PHваетс не раньше., чем потенциал на входе 14 стабилизатора тока CTaHOBji с равным нулю, а при нулевом потенциале на входе 14 оптоэлектронны ключ 11 закрываетс . При поступлении на шину 20 линейного детектора 18 сигнала отридательной пол рности оптоэлектронный ключ 11 остаетс открытым вследствие того, что диод 15 линейного детектора закрыт и на входе 14 компаратора 13 дейс.твует. начальный, потенциал. Таким образом, инвертор-повтори- . тель 8 -работает в режиме инвертора ;или повторител в зависимости от зна;ка сигнала, действующего на входе ; |усилител . , Входной сигнал, выпр мленный линейным детектором 18, воздействует на входной операционный усилитель,3-. выз.ыва увеличение тока светоизлучающего элемента 1 дифференциального оптрона 2 и соответственно увеличение фототока фотоприемников 4 и 5, пропорциональное абсолютной величи .не входного сигнала, при этом соответственно увеличиваетс сигнал на входе и выходе инвертора-повторител 8, причем сигнал на выходе имеет пол рность,, завис щую от пол рности сигнала на входе линейно- . го детектора вследствие коммутации режима работы инвертора-повторител в зависимости от знака входного . . сигнала, осуществл емой оптоэлектронным ключом 11 и компаратором 13. В предлагаемом усилителе через дифференциальный оптрон 2 передаетс только однопол рный сигнал( при этом реализуетс оптимальный режим оптрона 2, когда -о -т .«с.кс Де 0 - начальный .ток светоизлучаюмего элемента,, «ин соответственно максимальный и минимальный допустимые токи через светоизлучающий элемент оптрона, определ ющие его динамический диапазон работы. . . Таким образом, предлагаемый усилитель характеризуетс идентичной передаточной характеристикой дл разнопол рного сигнала и позвол ет снизить дрейф.нул за счет возможности задани оптимальных параметров светоизлучающего элемента оптрона, в частности за счет снижени , величи ны начального тока, и цри этом обеспечйвает расширение динамического диапазона работы.f the voltage at the output 7 of the one-purpose amplifier b and at the output 24 of the entire device is zero. Resistor 23 of comparator 13 is supplied with a voltage, the value of which determines the initial potential on. its input, while the magnitude of this potential should not exceed the opening voltage of the diode 15 of the linear detector 18. Comparator 13 is made according to the scheme of a non-inverting floating-speed operational amplifier, in which the light-emitting element of the optoelectric switch 11 is used as a load. At zero input signal, i.e. when the signal is present on the bus 20, the light emitting element of the optoelectronic switch 11 passes a detectable current. the initial negative potential at the input 14 of the comparator 13, with this optoelectronic switch 11 is open, and the repeater inverter 8, made according to the modulator circuit on the I operational amplifier, is IB mode of the inverter, When it arrives at the bus 20 line. A positive polarity detector 18 has a potential at the inlet of 1 to 14 of the comparator 13, which becomes polar due to the opening of the diode 15, and the optoelectronic switch 1.1 closes, putting the inverter repeater 8 into repeater mode. It is 5 years to ensure that the signal to the input .14 of the comparator is supplied from the connection point of a series-connected additional diode 15 and diode 16, a linear detector, the input voltage drop necessary for switching an optoelectronic switch is very small, determined by the amplification factor operational amplifier 17 with open loop feedback, since diode 16 ,. through which; In this case, feedback is performed in a linear detector, OTJ PH is not earlier than the potential at input 14 of the CTaHOBji current regulator with zero, and at zero potential at input 14, the optoelectronic switch 11 is closed. When a negative polarity signal arrives at the bus 20 of the linear detector 18, the optoelectronic switch 11 remains open due to the fact that the diode 15 of the linear detector is closed and operates at the input 14 of the comparator 13. initial, potential. So the inverter is repeat-. Tel 8 - works in the inverter mode; or a repeater, depending on the sign; ka signal acting on the input; | amp. The input signal rectified by the linear detector 18 affects the input operational amplifier, 3-. Increasing the current of the light emitting element 1 of the differential optocoupler 2 and, accordingly, increasing the photocurrent of the photoreceivers 4 and 5, proportional to the absolute value of the input signal, increases the signal at the input and output of the repeater inverter 8, respectively, depending on the polarity of the input signal is linear. detector due to the switching mode of the inverter, depending on the sign of the input. . of the signal carried by the optoelectronic switch 11 and the comparator 13. In the proposed amplifier, only a single-pole signal is transmitted through the differential optocoupler 2 (the optimal mode of the optocoupler 2 is realized when -o-sec. x De 0 is the initial current of the light-emitting element ,, "respectively, the maximum and minimum allowable currents through the light-emitting element of the optocoupler, determining its dynamic range of operation... Thus, the proposed amplifier is characterized by identical transfer characteristic for but it allows to reduce the drift of the signal due to the possibility of setting the optimal parameters of the light-emitting element of the optocoupler, in particular by reducing the magnitude of the initial current, and this expands the dynamic range of operation.

Claims

DC Amplifier with galvanic isolation, containing input and output operational amplifiers and differential. An optron whose light-emitting element is connected to the output of the input

Operational amplifier, and photodetectors - to the inputs of the input and output operational amplifiers, respectively, with the exception of the fact that, in order to expand the dynamic range, into it. a linear detector, a comparator, an optocoupler key and an inverter repeater are introduced, while * a linear detector • is connected between the input signal bus and the input operational amplifier, and an inverter-repeater, whose control input is connected to the output of the optocoupler associated with the comparator, is connected by the input to the output output operational amplifier, wherein the input of the comparator is connected to the input signal bus.

SP m>