Устройство для передачи постоянного тока или напряжения с гальваническим разделением
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3! 2268
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт, свидетельства №
Заявлено ОЗ.IV.1970 (№ 1423644/18-24) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 19.VIII.1971. Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 07,Х.1971
МПК G 06@ 7/12
Комитет ло делам игобретеиий и открытий лри Совете ккииистров
СССР
УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения
Заявитель
В. А. Царьков, С. Я. Борисов и Б. А. Левинсон
Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИЕМ
КАНАЛА СВЯЗИ
Изобретение относится к области электронного приборостроения и может быть использовано в различных электронных приборах измерения и передачи электрических сигналов информации. Наличие гальванически разделенных входа и выхода устройства позволяет использовать его в качестве разделительного блока в системах, содержащих как искроопасные, так и искробезопасные каналы связи, в качестве помехозащищающего элемента в измерительных приборах и в качестве элемента гальванической развязки в приборах автоматического контроля и регулирования.
Известны преобразователи сигналов с применением оптрона в качестве элемента гальванического разделения. Принцип действия такого преобразователя основан на гальваническом разделении входного и выходного каналов связи с помощью светового сигнала.
Входной сигнал напряжения или тока преобразуется светодиодом в сигнал света, который воспринимается светочувствительным приемником, например фотодиодом или фототра нзистором, и преобразуется последним вновь в электрический сигнал. Этот сигнал после усиления с помощью операционного усилителя может быть использован для дистанционной передачи информации. r
Недостатками известных устройств являются нелишейность, нестабильность и температурная погрешность передаточной характеристики, поскольку параметры светоизлуча5 ющих и светопринимающих приборов весьма нестабильны и зависят от температуры окруж ающей среды.
Целью изобретения является создание npelo образователя на основе использования аптронной гальванической развязки, не имеющего перечисленных недостатков. Для достижения указанной цели импульсный, преобразователь соединен со входами двух оптронов, 15 выход каждого из которых соединен с преобразователями импульсного сигнала в ачалоговый. Один из этих преобразователей соединен с выходом устройства через операционный усилитель постоянного тока, а дру20 гой — с его входом в качестве устройства обратной отрицательной связи по входному сигналу. С целью повышения точности вместо указанного выше преобразователя аналогового сигнала в импульсный может быгь применен высокочувствительный нуль-орган (усилитель постоянного тока с релейной характеристикой), а в цепи обратной связи по входному сигналу может быть включено последовательно с преобразователем импульсно
30 го сигнала звено запаздывания, обеспечива312268
65 ющее работу устройства в режиме широтноимпульсной модуляции.
На чертеже изображена блок-схема устройства.
Устройство содержит преобразователь аналогового сигнала в импульсный 1 и включенные в цепи его обратной связи оптрон 2, импульсный усилитель 3 и импульсный преобразователь 4. Другой оптрон 5, импульсный усилитель б, импульсный преобразователь 7 и операционный усилитель 8 включены в прямом тракте передачи сигнала.
Указанное выполнение схемы отличается однотипностью устройств, применяемых в цепи обратной связи по входному сигналу и в цепи прямой передачи сигнала информации после преобразователя 1. Это позволяет обеспечить одинаковые фронты импульсов в обоих каналах и тем самым. исключить ошибки, вызванные неидентичностью фронтов. Таким образом, повышается точность преобразования сигналов.
Принцип действия устройства заключается в следующем.
Входной сигнал постоянного тока или напряжения преобразуется звеном 1 в импульсный сигнал с перемен ной частотой или скважностью,. Блоки 2, 8, 4 вырабатывают сигнал обратной связи, строго пропорциональный частоте или скважности, который компенсирует входной сигнал напряжения или тока и повышает точность преобразования. Оптрон 5 осуществляет передачу импульсного .сигнала с помощью. света и од новременно выполняет роль гальванического разделения входного канала связи с выходным. Им пульсный сигнал с выхода оптрона усиливается импульсным усилителем б и преобразуется звеном 7 в непрерывный аналоговый сигнал, поступающий на вход операционного усилителя 8. Последний служит для формирования стандартного сигнала связи тока или напряжения. Часто оказывается полезным использовать для дистанционной передачи информации непосредственно импульсный сигнал, В этом случае выходной импульсный сигнал снимается с выхода импульсного усилителя, б.
Предлагаемая комбинация оптоэлектронного преобразователя с преобразователем входного непрерывного сигнала в импульсный позволяет получить новый качественный эффект, выражающийся в повышении точности преобразования. Физически это объясняется отсутствием влияния нестабильности передаточной характеристики оптрона на коэффициент передачи сигнала информации, передаваемый импульсами напряжения или света.
Действительно, при достаточно малых частотах, при которых длительность им пульса намного превосходит длительность его фронтов, коэффициент передачи оптрона не влияет на частоту или скважность, вследствие того, что оптрон работает в ключевом режиме. В то же время погрешность преобразователя непре5
55 рывного сигнала в импульсный легко сделать очень малой путем введения ком пенсирующих обратных связей.
Предлагаемая схема преобразователя позволяет получить теоретически погрешность преобразования в пределах десятых и сотых долей процента.
Погрешность преобразования импульсного сигнала в непрерывный, как уже указывалось, в значительной степени определяется длительностью фронтов. Очевидно, что для уменьшения погрешности целесообразно уменьшать длительность фронтов импульсного сигнала. С этой целью предлагается в качестве преобразователя 1 в устройстве применять усилитель с релейной характеристикой (нуль-орган) и для самовозбуждения системы в цепи обратной связи усилителя последовательно с импульсным преобразователем 1 вводить звено запаздывания 9. В результате этого входные цепи оптронов окажутся охваченными обратной положительной связью, создаваемой на определенной частоте звеном запаздывания. Тем самым длительность фронтов будет уменьшена за счет увеличения глубины обратной связи, охватывающей входные цепи оптронов. Указанные меры позволяют дополнительно увеличить точность преобразования сигналов.
При отсутствии, жестких требований к точности указанное устройство может быть упрощено. Для этого выход преобразователя 1 (или выход нуль-органа в случае второго варианта) нужно непосредственно соединить со входом импульсного преобразователя 4.
Работоспособность указанного устройства проверена на макете преобразователя с звеном 9 в цепи обратной связи высокочувствительного нуль-органа. Оптрон сконструирован на основе опытного образца светодиода с излучением в инфракрасной области спектра и сери и ного кремниевого фотодиода типа
1691. Специальные светопроводятцие материалы при проверке не применялись, а передача светового сигнала осуществлялась через воздушную среду. Емкость между входными и выходными выводами оптрона не превышала 0,5 пф.
Технические параметры макета преобразователя позволяют считать, что предлагаемое устройство может обеспечить высокие метрологические характеристики блоков, осуществляющих гальваническую развязку каналов связи в системах автоматического контроля и регулирования, использующих сигналы связи постоянного тока или напряжения.
Предмет изобретения
1. Устройство для передачи постоянного тока или напряжения с гальваническим разделением канала связи, содержащее преобразователи аналогового сигнала в импульсный, импульсного сигнала в аналоговый, уси312268
Составитель С. И. Ьелан
Редактор В. С. Левитов Тсхрсд Л. Л. Евдонов Корректор H. Рождественская
Заказ 2753/8 Изд. ¹ 1136 Тираж 473 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 лители, и оптроны, отличающееся тем, что, с целью повышения линейности преобразования сигналов, уменьшения температурной ошибки и повышения стабильности коэффициента передачи, преобразователь аналогового сигнала в импульсный соединен со входами двух оптронов, выход каждого из которых соединен со входами преобразователей импульсного сигнала в аналоговый; причем выход одного преобразователя соединен с выходом устройства через операционный усилитель постоянного тока, а выход другого, включенного в цепь обратной связи, связан со входом устройства.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности. передачи
5 сигнала, преобразователь аналогового сигнала в импульсный выполнен в виде высокочувствительного нуль-органа (усилителя с релейной характеристикой), а в цепи обратной связи по входному сигналу между выхо10 дом преобразователя импульсного сигнала в аналоговый и входом устройства включено звено запаздывания.
