Схема изолирующего усилителя, показанная на Рисунке 1, проста, но точна. При указанных номиналах компонентов она передает сигналы постоянного тока от 0 до 5 В или низкочастотные сигналы с единичным коэффициентом усиления, но коэффициент усиления можно регулировать, изменяя сопротивление резистора R4.
 |
|
| Рисунок 1. | Плавающий сигма-дельта преобразователь U1 формирует последовательность импульсов, коэффициент заполнения которых зависит от напряжения между контактами J1 и J2. Отфильтрованный постоянный уровень напряжения восстанавливается на выходе J3. |
На нижней половине Рисунка 1 изображен DC/DC преобразователь, обеспечивающий изолированную часть схемы на элементах U1A и U1B напряжениями +12 В и –5 В. На логических элементах U2B – U2F сделан генератор и драйвер затвора транзистора Q1, работающего как прямоходовой преобразователь. Миниатюрный трансформатор был выбран для этой схемы из-за низкой межобмоточной емкости, высокой индуктивности первичной обмотки и достаточной емкости утечки, ограничивающей пиковый ток Q1. Поскольку рабочая частота высока (около 300 кГц), а индуктивность первичной обмотки велика (10 мГн), энергия, накапливаемая в трансформаторе, настолько мала (в среднем 15 мВт), что отпадает необходимость в снабберных компонентах, и транзистор Q1 сам ограничивает выбросы напряжения, возникающие при его выключении.
Изолирующий усилитель, образованный компаратором U1, работает как сигма-дельта преобразователь, в котором функцию интегрирующего конденсатора выполняет C4. Входное напряжение на контакте J1 заряжает конденсатор C4 через резистор R4. При низком уровне на выходе компаратора U1A конденсатор C4 разряжается до –5 В через резисторы R1 и R2. Элементы D1 и R7 вносят небольшой гистерезис. Когда напряжение на конденсаторе C4 становится меньше величины гистерезиса, выходной уровень U1A становится высоким (транзистор закрывается), C4 снова заряжается через R4, и цикл начинается снова. Коэффициент заполнения выходных импульсов изменяется в зависимости от уровня напряжения на входе J1. Благодаря отрицательной обратной связи среднее значение выходного импульсного напряжения компаратора U1A должно быть таким же, как входное напряжение, поскольку R1 + R2 = R4.
Компаратор U1B буферизует выходной сигнал и включает светодиод оптопары при низком уровне –5 В на выходе U1A. Логический элемент U2A переключается с тем же коэффициентом заполнения, что и компаратор U1, поэтому его среднее выходное напряжение, отфильтрованное цепью R6 и C5, такое же, как и среднее выходное напряжение U1. Максимальная ошибка линейности в диапазоне входных напряжений от 5 В до 0.2 В оставляет 1.3%. Частота переключения изменяется примерно от 3100 Гц при 4 В, до 1360 Гц при 0.4 В и падает до 327 Гц при 90 мВ. Для повышения точности при низких входных напряжениях элементы R2 и C1 имитируют задержку в оптоизоляторе OC1, обеспечивая одинаковые задержки прохождения через изолированную и неизолированную части схемы.
 |
|
| Рисунок 2. | Для смещения отрицательных (относительно J2) входных напряжений можно использовать обычную схема сдвига уровней, выходное напряжение которой всегда положительное. |
Схема использовалась для усиления сигналов в анализаторах pH и окислительно-восстановительных потенциалов, а также для изоляции сигнала скорости в трехфазных инверторах переменного тока. Если входное напряжение знакопеременное относительно изолированной земли, для добавления постоянного смещения на вход U1A можно использовать схему, показанную на Рисунке 2, выходное напряжение которой будет всегда положительным.
Купить LM393 на РадиоЛоцман.Цены
