УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области техники, осуществляющей передачу сигналов, и может быть использована на объектах электроэнергетики и в других отраслях промышленности для высокоскоростной передачи аналоговых сигналов с защитой от помех, наведенных электромагнитным и электростатическим полем на канал передачи сигнала.
Из существующего уровня техники известно устройство, предназначенное для передачи аналоговых сигнал по двухпроводной кабельной линии (http://www.devicesearch.ru/article/dvuhprovodnaya_peredacha_analogovogo_signala), которое состоит из двухпроводного передатчика, в роли которого может выступать преобразователь напряжения в ток, последовательно соединенного с ним через двухпроводную кабельную линию источника питания, обеспечивающего передачу тока до 20 мА, сопротивления нагрузки расположенного в приемнике сигнала. При изменении входного сигнала, поступающего на передатчик, меняется его выходное сопротивление, что приводит к модуляции тока в диапазоне 4…20 мА. Передаваемый сигнал фиксируется как падение напряжения на сопротивлении нагрузки приемника.
Однако представленная выше система обладает следующими недостатками:
- При низком сопротивлении источника сигнала (порядка 100 Ом), сопротивление соединительных проводов оказывается соизмеримым с собственным сопротивлением источника сигнала и оказывает влияние на напряжение питания измерительной цепи. При таких условиях двухпроводная схема не может обеспечить достаточный уровень точности передачи сигнала.
- Помехи, наводимые электростатическими и электромагнитными полями в соединительном кабеле, приводят к искажению передаваемого сигнала.
Кроме того, известно устройство передачи аналоговых сигналов (http://www.r-technology.ru/products/examples/upd.php), являющееся прототипом предлагаемой полезной модели и предназначенное для передачи амплитуды, формы и фазы сигнала, представляющего собой квазисинусоидальные колебания. Устройство состоит из передатчика, включающего в себя 16-битный АЦП, преобразующий приложенное к его входу напряжение в последовательность цифровых отсчетов на частоте дискретизации 235 кГц, соединенный с оптическим излучателем, подключенным к оптоволоконному каналу и передающим по нему каждый отсчет, другим концом оптоволоконный канал связан с фотоэлектрическим элементом, расположенном в приемнике и отправляющим полученный сигнал на 16-ти битный ЦАП, преобразующий каждый полученный отсчет в уровень напряжения, после чего сигнал напряжения проходит через интегрирующую цепь, где происходит его сглаживание и передача на выход приемника.
Однако, указанное устройство обладает недостаточно широким спектром передаваемых частот, ширина спектра сигнала - до 3 кГц.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение спектра передаваемых частот.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство передачи аналоговых сигналов, содержащее передатчик, включающий в себя оптический излучатель, соединенный по оптоволоконному каналу с фотоэлектрическим элементом, расположенным в приемнике, в передатчик введены следующие элементы: двухтактный повторитель, балансный усилитель, входной конденсатор, а в приемник введен блок усиления. Входной конденсатор установленный на входе передатчика и связанный с двухтактным повторителем, реализованном на высокочастотных транзисторах, соединенном с балансным усилителем, исполненном по схеме токового зеркала Уилсона также выполненном на высокочастотных транзисторах, который подключен к оптическому излучателю, связанному по оптоволоконному каналу с фотоэлектрическим элементом, расположенному в приемнике и подключенному к блоку усиления, который соединен с выходом устройства.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства передачи аналоговых сигналов
Предлагаемое устройство, представленное на чертеже, содержит передатчик (1), включающий в себя входной конденсатор (2), связанный с двухтактным повторителем (3), который подключен к балансному усилителю (4), соединенному с оптическим излучателем (5), связанным по оптоволоконному каналу (6), с фотоэлектрическим элементом (8), расположенном в приемнике (7), и подключенному к блоку усиления (9).
Устройство работает следующим образом: аналоговый электрический сигнал поступает на вход передатчика (1) и, проходя через входной конденсатор (2), отделяющий источник сигнала от цепей постоянного тока передатчика, попадает на вход двухтактного повторителя (3), реализованного на основе высокочастотных транзисторов, после чего сигнал попадает на вход балансного усилителя, реализованного по схеме токового зеркала Уилсона, где происходит усиление исходного сигнала, затем усиленный сигнал передается на оптический излучатель (5), который откалиброван для работы на линейном участке своей вольт-амперной характеристики, что дает линейную зависимость амплитуды передаваемого оптического сигнала от амплитуды исходного аналогового сигнала, амплитудно-модулированный оптический сигнал проходит по оптоволоконному каналу и попадает на фотоэлектрический элемент (8) приемника (7), где происходит преобразование оптического сигнала в электрический, после чего сигнал передается в блок усиления (9), который отправляет усиленный сигнал на выход приемника (7).
Таким образом, устройство передачи аналоговых сигналов за счет использования в передатчике двухтактного повторителя, реализованного на высокочастотных транзисторах и имеющего высокое входное и низкое выходное сопротивление, рассчитываемое по формуле:
;
,
где
б
r - сопротивление базы;
21э
h - безразмерный статистический коэффициент передачи тока;
н
R - сопротивление нагрузки;
r
R - выходное сопротивление источника сигнала.
э
T
К
r=F/I(мА)
T
где F=25 мВ - температурный потенциал;
К
I - ток коллектора
обеспечивает более широкий спектр передаваемых без искажений частот от 40 Гц до 10 МГц, с верхней границей, рассчитанной по формуле:
,
где
Э
вых
Э
I=U/R;
m
U - амплитуда сигнала;
Н
С - емкость нагрузки;
К
I - ток эмиттера;
Э
R - сопротивление эмиттера
Использование балансного усилителя, реализованного по схеме токового зеркала Уилсона, исключает значительные колебания тока питающего оптический излучатель, что обеспечивает высокую линейность передаваемого им сигнала.