Независимо от того в какой форме (аналоговой или цифровой) производится обработка и представление сигналов в средствах защиты они нуждаются в адекватной стыковке (сопряжении) с датчиками, воспринимающими состояние защищаемого объекта. Это, как правило, электромагнитные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (TH) с номинальными вторичным током 5 (1) А и напряжением 100 В, соответственно. Преобразование вторичных сигналов этих ТТ и TH к одному виду - напряжению, диапазон изменения которого ограничивается эксплуатационными параметрами используемых в устройствах защиты микросхем, осуществляется входными преобразователями, соответственно, ток-напряжение и напряжение-напряжение.
Входные преобразователи, как и другие узлы средств контроля и защиты, должны удовлетворять комплексу требований и только в этом случае они будут успешно выполнять те функции, для которых они предназначены. Важнейшие и наиболее трудновыполнимые требования - это неискажающая передача входных сигналов с заданным коэффициентом передачи и гальваническое разделение цепей. Поскольку коэффициент передачи зависит от частоты, то необходимо, чтобы полоса пропускания входного преобразователя была не меньше полосы пропускания первичного трансформатора тока. Обусловленная этим необходимость получения достаточно низкой нижней граничной частоты заключает в себе, практически, все ограничения при выборе параметров преобразователей. Частотные свойства некоторых ТТ приведены в табл. 1.1, где приняты следующие обозначения: IНОМ - номинальный первичный ток ТТ; fН и fВ - нижняя и верхняя граничные частоты ТТ; f0 - частота, при которой фазовый сдвиг вторичного тока равен нулю.
Таблица 1.1
Принципиальная схема и схема замещения наиболее распространенного трансформаторного преобразователя ток-напряжение показаны на рис. 1.11,а и 1.11,б. Коэффициент передачи этого преобразователя на частоте ω0 (при нулевом фазовом сдвиге выходного сигнала)
Здесь В и а1 - постоянные коэффициенты, определяемые параметрами трансформатора [2,4].
Рис.1.11
Далее, для этого и других преобразователей, можно считать коэффициент передачи на частоте ω0 базовым или номинальным.
Здесь нижняя граничная частота не зависит от коэффициента передачи в пределах диапазона линейной работы усилителя.
Входной преобразователь с комбинированной положительной и отрицательной обратной связью (КОС) (рис. 1.13) на низких частотах, где
Диапазон возможных значений параметров входного преобразователя с КОС ограничивается условиями реализуемости. Во-первых, преобразователь должен быть устойчивым линейным элементом и во-вторых, параметры преобразователя (сопротивления в цепях обратных связей ОУ) могут иметь только положительные значения. Для преобразователя с КОС эти условия можно записать в виде системы неравенств:
Условия реализуемости выполняются, если нижняя граничная частота находится в диапазоне от fН1 до fН2 :
На рис. 1.14 показаны зависимости нижней граничной частоты входных преобразователей от номинального коэффициента передачи и зона возможных значений нижней граничной частоты преобразователя с КОС.
Рис. 1.14
Общий путь определения параметров входных преобразователей состоит из последовательных решений ряда неоднозначных задач. Эти задачи удобно рассматривать совместно с численным примером.
Пусть необходимо определить параметры входного преобразователя с общим номинальным коэффициентом передачи
= 5А/0,5В. Полоса пропускания должна включать частоты от 1,2 Гц до 1000 Гц, при допустимых относительных значениях коэффициента передачи на граничных частотах 
. Объем, занимаемый промежуточным трансформатором, не должен превышать 35x30x30 мм.
8. Выбирается схема входного преобразователя. Если выбрать пассивный преобразователь, то при заданном коэффициенте передачи нижняя граничная частота будет составлять:
Это выше заданной граничной частоты. Поэтому необходим более совершенный преобразователь.
Нижняя граничная частота преобразователя на основе трансформатора
Как видно, и этот преобразователь не позволяет получить требуемую полосу пропускания.
Таким образом, остается принять к дальнейшему рассмотрению вариант преобразователя с КОС.
- Определяется коэффициент передачи преобразователя с КОС на
11. Учитывая допустимую нагрузку ОУ, следует принять R3 = 2000 Ом и определить сопротивления других резисторов:
Таким образом, рабочий частотный диапазон рассматриваемого входного преобразователя охватывает заданную полосу частот и может быть реализован при указанных параметрах.
