ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ Российский патент 2001 года по МПК H03K17/78 H03K17/00 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в коммутационных устройствах с гальванической развязкой.

Известны различные типы оптоэлектронных реле, содержащие светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда первый и второй вывод которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводу матрицы последовательно соединенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы - соответственно к первому и второму входу коммутирующего устройства, выходы которого являются выходами оптоэлектронного реле, а входами являются анод и катод светодиода [1, 2, 3].

В качестве прототипа выбрано оптоэлектронное реле, содержащее светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, выполненное на n-МОП транзисторе, устройство разряда, выполненное на резисторе, первый и второй выводы которого, являющиеся первым и вторым выводами резистора, подключены соответственно к положительному и отрицательному выводу матрицы последовательно соединенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы, являющиеся первым и вторым выводами резистора, - соответственно к затвору и истоку МОП транзистора, являющиеся первым и вторым входами коммутирующего устройства, выходами которого являются сток и исток n-МОП транзистора, служащие выходами оптоэлектронного реле, а входами являются анод и катод светодиода [1].

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик оптоэлектронного реле.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное реле, содержащее светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, первый и второй вывод которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно соединенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы - соответственно к первому и второму входу коммутирующего устройства, выходы которого являются выходами оптоэлектронного реле, а входами - анод и катод светодиода, дополнительно введено оптически связанное со светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и p-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвор p-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора, отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены к второму входу коммутирующего устройства, катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком p-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода.

На чертеже представлена схема электрическая принципиальная оптоэлектронного реле, содержащего предлагаемое устройство ускорения разряда.

Оптоэлектронное реле содержит светодиод 1 и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов 2, выполненное на МОП транзисторе 3 коммутирующее устройство КУ, устройство разряда УР, выполненное на резисторе 4, первый и второй выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно соединенных фотодиодов 2, затвор и исток МОП транзистора 3 соответственно к первому и второму выводам резистора 4, сток и исток МОП транзистора 3 являются выходами оптоэлектронного реле, а входами являются анод и катод светодиода 1, с которым оптически связанно устройство ускорения разряда УУР, выполненное на n-МОП транзисторе 5 и p-МОП транзисторе 6, первом 7 и втором 8 фотодиодах и конденсаторе 9, сток n-МОП транзистора 5, затвор p-МОП транзистора 6 и анод первого фотодиода 7 подключены к затвору МОП транзистора 3, исток n-МОП транзистора 5, отрицательная обкладка конденсатора 9 и анод второго фотодиода 8 подключены к истоку МОП транзистора 3, катод первого фотодиода 7 соединен с положительной обкладкой конденсатора 9 и истоком p-МОП транзистора 6, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора 5 и катодом второго фотодиода 8.

Оптоэлектронное реле работает следующим образом.

При подаче на вход оптоэлектронного реле управляющего сигнала светодиод 1 начинает излучение, при этом матрица последовательно включенных фотодиодов 2 генерирует фототок, заряжающий входную емкость МОП транзистора 3 до напряжения фотоЭДС, что приводит к изменению состояния на выходе оптоэлектронного реле, с выключенного на включенное. Так как устройство ускорения разряда УУР оптически связано со светодиодом 1, конденсатор 9 заряжается через фотодиод 7 до напряжения близкого к фотоЭДС, генерируемой матрицей последовательно включенных фотодиодов 2, а затвор n-МОП транзистора 5 полностью разряжается через фотодиод 8. При этом n- МОП транзистор 5 и p-МОП транзистор 6 оказываются надежно закрытыми и не влияют на процесс заряда входной емкости МОП транзистора 3.

При отключении на входе оптоэлектронного реле управляющего сигнала прекращаются излучение светодиода 1 и, как следствие, генерация фототока в оптически связанных с ним матрице последовательно включенных фотодиодов 2, фотодиодах 7 и 8. Входная емкость МОП транзистора 3 через резистор 4 устройства разряда УР начинает медленно разряжаться. Когда напряжение на затворе p-МОП транзистора 6 станет меньше напряжения на положительной обкладке конденсатора 9 на величину порогового напряжения, p-МОП транзистор 6 откроется, подключив затвор n-МОП транзистора 5 к положительно заряженной обкладке конденсатора 9, что приведет к отпиранию n-МОП транзистора 5 и полному разряду входной емкости МОП транзистора 3 коммутирующего устройства КУ, обеспечив быстрое восстановление исходного состояния на выходе оптоэлектронного реле.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент США N 4268843, кл. H 01 L 31/12, НКИ 357/19, опубликованный 19.05.1981 г.

2. Заявка Германии N 3502180, кл. H 03 К 17/78, опубликованная 01.08.85 г.

3. Европейский патент N 0226395, кл. H 03 К 17/78, опубликованный 04.12.1986 г.

Изобретение может быть использовано в коммутационных устройствах с гальванической развязкой. Технический результат заключается в улучшении динамических характеристик в оптоэлектронном реле, содержащем светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство и устройство разряда, в которое дополнительно введено оптически связанное со светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и p-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвор p-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора, отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены к второму входу коммутирующего устройства. Катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком p-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода. 1 ил.

Оптоэлектронное реле, содержащее светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, первый и второй вывод которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно соединенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы - соответственно к первому и второму входу коммутирующего устройства, выходы которого являются выходами оптоэлектронного реле, а входами - анод и катод светодиода, отличающееся тем, что в схему оптоэлектронного реле введено оптически связанное со светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и p-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвора p-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора, отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены к второму входу коммутирующего устройства, катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком p-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода.