ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОПОЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ В РАЗНОПОЛЯРНЫЕ Российский патент 2008 года по МПК H03K5/153 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в устройствах формирования разнополярных импульсных сигналов.

Известен преобразователь однополярных сигналов в биполярные (а.с. №1241436, 30.06.1986 г. БИ №24), содержащий логический элемент И, тактовый вход преобразователя, информационный вход, ограничительный резистор, оптроны, источник однополярных сигналов, ограничительный резистор, источник биполярных сигналов, усилительный каскад на транзисторе, транзистор.

На первый вход элемента И подаются тактовые сигналы, на второй вход элемента И подаются информационные сигналы, выход элемента И через ограничительный резистор соединен с общим выводом оптрона, вторые выводы которых соединены соответственно с источником однополярных импульсов и входом, третьи выводы оптронов объединены между собой и соединены с источником биполярных сигналов, четвертый вывод оптрона соединен с базой транзистора, эмиттер которого соединен коллектором транзистора, база которого соединена с четвертым выводом оптрона, эмиттер транзистора соединен с источником биполярных сигналов. Данный преобразователь является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатками данного преобразователя являются:

- отсутствие схемы защиты силового ключа от перегрузок в переходных процессах;

- отсутствие схемы преобразования мощных однополярных сигналов в разнополярные сигналы по четырем выходным линиям.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании преобразователя входных однополярных сигналов в разнополярные сигналы по четырем выходным линиям. Разнополярные сигналы могут формироваться по второй, третьей или четвертой линии относительно первой линии, а также по первой линии относительно второй, третьей или четвертой линии соответственно.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в преобразователе однополярных сигналов в разнополярные, содержащем усилительный каскад, оптрон, первый, второй и третий резисторы, транзистор, логический элемент И, новым является то, что дополнительно введены четвертый, пятый, шестой, седьмой резисторы, конденсатор, оптоэлектронный переключатель-инвертор, логический элемент И-НЕ и схема преобразования, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и базой транзистора, эмиттер которого соединен со вторым выводом второго резистора и отрицательным полюсом первого источника питания (ОП1), коллектор транзистора через третий резистор соединен с первым выводом оптрона, второй вывод которого подключен к положительному полюсу первого источника питания (ПП1), третий и четвертый выводы оптрона соединены между собой через четвертый резистор, усилительный каскад состоит из резистивного делителя в виде двух последовательно соединенных резисторов и составного транзистора, первый вывод резистивного делителя соединен с пятым выводом оптрона, выход резистивного делителя соединен с базой первого транзистора, второй вывод резистивного делителя соединен с эмиттером транзистора и положительным полюсом второго источника питания (ПП2), коллекторы первого и второго транзисторов объединены между собой и соединены с первым входом схемы преобразования и через пятый резистор с первым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора, второй вывод которого соединен с отрицательным полюсом второго источника питания (ОП2) и четвертым выводом оптрона, третий вывод оптоэлектронного переключателя-инвертора соединен с ОП2 и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым входом логического элемента И-НЕ и через шестой резистор с первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом логического элементом И-НЕ, второй вход которого соединен с четвертым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и через седьмой резистор с пятым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и ПП1, схема преобразования состоит из двух идентичных частей, каждая из которых содержит микросхему, четыре реле и четыре диода, первые четыре входа микросхемы У1-У4 (У5-У8) являются группой вторых входов схемы преобразования, пятый и шестой входы микросхемы подключены к ПП1, седьмой и восьмой входы микросхем подключены к ОП2, девятый вход микросхемы соединен с ПП2, каждый выход микросхемы соединен соответственно с первым выводом каждого реле и анодом каждого диода, катод каждого диода обеих частей схемы преобразования соединен со вторым выводом каждого реле обеих частей и с ПП2, третьи и четвертые выводы каждого реле первой части схемы преобразования объединены и являются выходами преобразователя, пятый вывод каждого реле первой части соединен с третьим выводом соответствующего реле второй части, шестые и восьмые выводы каждого реле второй части схемы преобразования соединены с ОП2, а шестые и восьмые выводы каждого реле первой части соединены с первым входом схемы преобразования, седьмой вывод каждого реле первой части соединены с четвертым выводом соответствующего реле второй части схемы преобразования.

Оптоэлектронный переключатель-инвертор предназначен для преобразования уровня напряжения второго источника питания в уровень напряжения первого источника питания, необходимого для работы схемы защиты, состоящей из логического элемента И-НЕ, конденсатора, пятого, шестого, седьмого резисторов.

Схема защиты предназначена для защиты силового ключа от перегрузок в переходных процессах. Это осуществляется путем контроля выходного напряжения силового ключа и обеспечением его выключения подачей дополнительного запирающего сигнала.

Схема преобразования предназначена для преобразования мощных однополярных сигналов в разнополярные сигналы по четырем выходным линиям.

Резистивный делитель задает напряжение смещения базы составного транзистора.

На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства.

На фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема схемы преобразования.

Преобразователь однополярных сигналов в разнополярные содержит (фиг.1) логический элемент И 1, первый резистор 2, второй резистор 3, транзистор 4, третий резистор 5, оптрон 6, четвертый резистор 7, резистивный делитель, состоящий из резисторов 8 и 9, составной транзистор, состоящий из первого транзистора 10 и второго транзистора 11, пятый резистор 12, оптоэлектронный переключатель-инвертор 13, шестой резистор 14, логический элемент И-НЕ 15, седьмой резистор 16, конденсатор 17 и схему преобразования. Выход логический элемент И 1 соединен с первым выводом первого резистора 2, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора 3 и базой транзистора 4, эмиттер которого соединен со вторым выводом второго резистора 3 и ОП1. Коллектор транзистора 4 через третий резистор 5 соединен с первым выводом оптрона 6, второй вывод которого подключен к ПП1. Третий и четвертый выводы оптрона 6 соединены между собой через четвертый резистор 7.

Усилительный каскад состоит из резистивного делителя в виде двух последовательно соединенных резисторов 8 и 9 и составного транзистора. Первый вывод резистивного делителя соединен с пятым выводом оптрона 6, выход резистивного делителя соединен с базой первого транзистора 10, второй вывод резистивного делителя соединен с эмиттером второго транзистора 11 и ПП2. Коллекторы первого транзистора 10 и второго транзистора 11 объединены между собой и соединены с первым входом ВК схемы преобразователя и через пятый резистор 12 с первым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора 13, второй вывод которого соединен с ОП2 и четвертым выводом оптрона 6. Третий вывод оптоэлектронного переключателя-инвертора 13 соединен с ОП1 и первым выводом конденсатора 17, второй вывод которого соединен с первым входом логического элемента И-НЕ 15 и через шестой резистор 14 с первым входом логического элемента И 1, второй вход которого соединен с выходом логического элементом И-НЕ 15, второй вход которого соединен с четвертым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора 13 и через седьмой резистор 16 с пятым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора 13 и ПП1.

Схема преобразования содержит (фиг.2) микросхемы 18 и 19, реле 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и диоды 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35. Первые четыре входа микросхем 18 и 19 являются входами схемы преобразователя, пятые и шестые входы микросхем 18 и 19 подключены к ПП1, седьмые и восьмые входы микросхем 18 и 19 подключены к ОП2, девятые входы микросхем 18 и 19 соединены с ПП2. Первый выход микросхемы 18 соединен с первым выводом реле 20 и анодом диода 28. Второй выход микросхемы 18 соединен с первым выводом реле 21 и анодом диода 29. Третий выход микросхемы 18 соединен с первым выводом реле 22 и анодом диода 30. Четвертый выход микросхемы 18 соединен с первым выводом реле 23 и анодом диода 31. Первый выход микросхемы 19 соединен с первым выводом реле 24 и анодом диода 32. Второй выход микросхемы 19 соединен с первым выводом реле 25 и анодом диода 33. Третий выход микросхемы 19 соединен с первым выводом реле 26 и анодом диода 34. Четвертый выход микросхемы 19 соединен с первым выводом реле 27 и анодом диода 35. Катоды диодов 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 соединены со вторыми выводами реле 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и с ПП2. Третьи и четвертые выводы реле 20, 21, 22, 23 объединены и являются выходами преобразователя. Пятые выводы реле 20, 21, 22, 23 соединены с третьими выводами реле 24, 25, 26, 27 соответственно. Шестые и восьмые выводы реле 24, 25, 26, 27 соединены с ОП2, а шестые и восьмые выводы реле 20, 21, 22, 23 соединены с первым входом ВК схемы преобразования. Седьмой вывод реле 20, 21, 22, 23 соединен с четвертым выводом реле 24, 25, 26, 27 соответственно.

Работает преобразователь однополярных сигналов в разнополярные следующим образом.

При включении питания на первом входе логического элемента И 1 устанавливается потенциал, соответствующий логическому «0», выходе логического элемента И-НЕ 15 и на втором входе логического элемента И 1 устанавливается потенциал, соответствующий логическому «1», на выходах микросхем 18 и 19 устанавливается потенциал высокого уровня. На выходе формируется потенциал логического «0», транзистор 4 заперт, что препятствует протеканию тока через светодиод оптрона 6, на входе ВК потенциал низкого уровня.

При поступлении на первый вход логического элемента И 1 положительного импульса, соответствующего логической «1», на выходе данного элемента формируется потенциал логической «1», транзистор 4 открывается и через светодиод оптрона 6 протекает ток, на базе первого транзистора 10 формируется напряжение смещения, необходимое для открытия транзистора, первый транзистор 10 и второй транзистор 11 открываются, и на входе ВК формируется потенциал высокого уровня. Через светодиод оптоэлектронного переключателя-инвертора 13 протекает ток, и на четвертом выводе данного элемента формируется потенциал логического «0». На второй вход логического элемента И-НЕ 15 поступают импульсы с первого входа логического элемента И 1 с задержкой в несколько микросекунд. На первом входе логического элемента И-НЕ 15 устанавливается потенциал логического «0», а на втором входе - потенциал логической «1», на выходе - потенциал логической «1».

При поступлении на первый вход логического элемента И 1 потенциала логического «0» на выходе формируется потенциал логического «0», транзистор 4 запирается, что препятствует протеканию тока через светодиод оптрона 6, и на входе ВК устанавливается потенциал низкого уровня, на четвертом выводе оптоэлектронного переключателя-инвертора 13 формируется потенциал логической «1». На первом входе логического элемента И-НЕ 15 устанавливается потенциал логического «1», а на втором входе - потенциал логического «0», на выходе - потенциал логической «1».

Длительность формируемых выходных импульсов соответствует длительности импульсов, поступающих на первый вход логического элемента И 1, и может изменятся в широких пределах одновременно с изменением частоты импульсов на первом входе логического элемента И 1. Также обеспечена гальваническая развязка между информационной и силовой частью. В данном случае реализована оптронная развязка. Основным преимуществом оптронов является высокая помехозащищенность оптического канала. Поэтому помехи, возникающие на выходе усилителя при коммутации мощных импульсов, не проходят по шинам питания в информационную часть и на вход устройства. Тем самым, исключается влияние помех на относительно низкие уровни срабатывания логических элементов.

При подаче на второй вход микросхемы 18 и на первый вход микросхемы 19 положительных импульсов, соответствующих логической «1», на соответствующих выходах данных микросхем устанавливается потенциал низкого уровня. Следовательно, на первых выводах реле 21 и 24 устанавливается потенциал низкого уровня, контакты реле 21 и 24 переключаются. При поступлении на вход ВК потенциала высокого уровня на втором выходе преобразователя однополярных сигналов в разнополярные устанавливается потенциал высокого уровня, а первый выход подключается к ОП2. При поступлении на вход ВК потенциала низкого уровня на втором выходе преобразователя однополярных сигналов в разнополярные устанавливается потенциал низкого уровня. При подаче на второй вход микросхемы 18 и на первый вход микросхемы 19 отрицательных импульсов, соответствующих логическому «0», на соответствующих выходах данных микросхем устанавливается потенциал высокого уровня. Контакты реле 21 и 24 переключаются в исходное состояние. При подаче на первый вход микросхемы 18 и на второй вход микросхемы 19 положительных импульсов, соответствующих логической «1», на соответствующих выходах данных микросхем устанавливается потенциал низкого уровня. Следовательно, на первых выводах реле 20 и 25 устанавливается потенциал низкого уровня, контакты реле 20 и 25 переключаются. При поступлении на вход ВК потенциала высокого уровня на первом выходе преобразователя однополярных сигналов в разнополярные устанавливается потенциал высокого уровня, а второй выход подключается к ОП2. При поступлении на вход ВК потенциала низкого уровня на первом выходе преобразователя однополярных сигналов в разнополярные устанавливается потенциал низкого уровня. При подаче на первый вход микросхемы 18 и на второй вход микросхемы 19 отрицательных импульсов, соответствующих логическому «0», на соответствующих выходах данных микросхем устанавливается потенциал высокого уровня. Контакты реле 20 и 25 переключаются в исходное состояние. Комбинация сигналов на выходе преобразователя однополярных сигналов в разнополярные зависит от комбинации сигналов на входах микросхем 18 и 19.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в устройствах формирования разнополярных импульсных сигналов. Технический результат: расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: преобразователь однополярных сигналов в разнополярные, содержащий усилительный каскад, оптрон, первый, второй и третий резисторы, транзистор, логический элемент И, первый вход которого является входом преобразователя, выход логического элемента И соединен с первым выводом первого резистора, отличающийся тем, что дополнительно введены четвертый, пятый, шестой, седьмой резисторы, конденсатор, оптоэлектронный переключатель-инвертор, логический элемент И-НЕ и схема преобразования, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и базой транзистора, эмиттер которого соединен со вторым выводом второго резистора и отрицательным полюсом первого источника питания (ОП1), коллектор транзистора через третий резистор соединен с первым выводом оптрона, второй вывод которого подключен к положительному полюсу первого источника питания (ПП1), третий и четвертый выводы оптрона соединены между собой через четвертый резистор, усилительный каскад состоит из резистивного делителя в виде двух последовательно соединенных резисторов и составного транзистора, первый вывод резистивного делителя соединен с пятым выводом оптрона, выход резистивного делителя соединен с базой первого транзистора, второй вывод резистивного делителя - с эмиттером второго транзистора и положительным полюсом второго источника питания (ПП2), коллекторы первого и второго транзисторов объединены между собой и соединены с первым входом схемы преобразования и через пятый резистор с первым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора, второй вывод которого соединен с отрицательным полюсом второго источника питания (ОП2) и четвертым выводом оптрона, третий вывод оптоэлектронного переключателя-инвертора соединен с ОП1 и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым входом логического элемента И-НЕ и через шестой резистор с первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом логического элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с четвертым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и через седьмой резистор с пятым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и ПП1, схема преобразования состоит из двух идентичных частей, каждая из которых содержит микросхему, четыре реле и четыре диода, первые четыре входа микросхемы являются группой вторых входов схемы преобразования, пятый и шестой входы микросхемы подключены к ПП1, седьмой и восьмой входы микросхемы подключены к ОП2, девятый вход микросхемы соединен с ПП2, каждый выход микросхемы соединен соответственно с первым выводом каждого реле и анодом каждого диода, катод каждого диода обеих частей схемы преобразования соединен со вторым выводом каждого реле обеих частей и с ПП2, третьи и четвертые выводы каждого реле первой части схемы преобразования объединены и являются выходами преобразователя, пятый вывод каждого реле первой части соединен с третьим выводом соответствующего реле второй части, шестые и восьмые выводы каждого реле первой части схемы преобразования соединены с первым входом схемы преобразования, а шестые и восьмые выводы каждого реле второй части - с ОП2, седьмой вывод каждого реле первой части соединен с четвертым выводом соответствующего реле второй части схемы преобразования. 2 ил.

Преобразователь однополярных сигналов в разнополярные, содержащий усилительный каскад, оптрон, первый, второй и третий резисторы, транзистор, логический элемент И, первый вход которого является входом преобразователя, выход логического элемента И соединен с первым выводом первого резистора, отличающийся тем, что дополнительно введены четвертый, пятый, шестой, седьмой резисторы, конденсатор, оптоэлектронный переключатель-инвертор, логический элемент И-НЕ и схема преобразования, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и базой транзистора, эмиттер которого соединен со вторым выводом второго резистора и отрицательным полюсом первого источника питания, коллектор транзистора через третий резистор соединен с первым выводом оптрона, второй вывод которого подключен к положительному полюсу первого источника питания, третий и четвертый выводы оптрона соединены между собой через четвертый резистор, усилительный каскад состоит из резистивного делителя в виде двух последовательно соединенных резисторов и составного транзистора, первый вывод резистивного делителя соединен с пятым выводом оптрона, выход резистивного делителя соединен с базой первого транзистора, второй вывод резистивного делителя - с эмиттером второго транзистора и положительным полюсом второго источника питания, коллекторы первого и второго транзисторов объединены между собой и соединены с первым входом схемы преобразования и через пятый резистор с первым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора, второй вывод которого соединен с отрицательным полюсом второго источника питания и четвертым выводом оптрона, третий вывод оптоэлектронного переключателя-инвертора соединен с отрицательным полюсом первого источника питания и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым входом логического элемента И-НЕ и через шестой резистор с первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом логического элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с четвертым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и через седьмой резистор с пятым выводом оптоэлектронного переключателя-инвертора и положительным полюсом первого источника питания, схема преобразования состоит из двух идентичных частей, каждая из которых содержит микросхему, четыре реле и четыре диода, первые четыре входа микросхемы являются группой вторых входов схемы преобразования, пятый и шестой входы микросхемы подключены к положительному полюсу первого источника питания, седьмой и восьмой входы микросхемы подключены к отрицательному полюсу второго источника питания, девятый вход микросхемы соединен с положительным полюсом второго источника питания, каждый выход микросхемы соединен соответственно с первым выводом каждого реле и анодом каждого диода, катод каждого диода обеих частей схемы преобразования соединен со вторым выводом каждого реле обеих частей и с положительным полюсом второго источника питания, третьи и четвертые выводы каждого реле первой части схемы преобразования объединены и являются выходами преобразователя, пятый вывод каждого реле первой части соединен с третьим выводом соответствующего реле второй части, шестые и восьмые выводы каждого реле первой части схемы преобразования соединены с первым входом схемы преобразования, а шестые и восьмые выводы каждого реле второй части - с отрицательным полюсом второго источника питания, седьмой вывод каждого реле первой части соединен с четвертым выводом соответствующего реле второй части схемы преобразования.