Двухкаскадный оптоэлектронный преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M3/10 

Изобретение относится к .электротехнике, в частности к устройствам обеспечивающим гальваническую развязку между усилительным звеном и выходным сопротивлением измерительных приборов.

Известно устройство, входной и выходной каскады которого снабжены , фоторезистивными элементами, а источники света соответствующих фоторезисторов включены последовательно и управляют усилительным звеном входного каскада If .

Известно также устройство, входной и. выходной каскады которого имеют по одному фотоприемнику и высвечивающему элементу, световые потоки которых действуют на оба фотоприемника соответственно 2 .

Указанные устройства обладают низкой точностью Преобразования, обусловленной неодинаковостью характеристик .ток - свет и свет - сопротивление двух оптронов, кроме того, сопротивления фоторезпсторов оптронов зависят не только от величины светового потока, но и от при.поженного напряжения. Если приложенное к фоторезисторам напряжение различно, то и мощность, вьщеляемая на них, различна, а это, в свою очередь, приводит к различию температурного режима и характеристик фоторезисторов, установленных в входном и выходном каскадах преобразователя.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности двухкаскадный оптоэлектронный преобразователь напряжения, входной и выходной каскады которого содержат по одному источнику света, по одному операционному усилителю, а также фотоприемники. К входу операционного .усилителя входного каскада подключен управляемый по току элемент, включающий фоторезистор, а к входу операционного усилителя выходного каскада - управляемый элемент по напряжению, содержащий фотрприемник и резистор. Выход операционного усилителя входного каскада соединен с базой транзистора, в коллекторноэмиттерную цепь которого включены последовательно соединенные источники света, соединенные с соответствующими фоторезисторами, входящими в элементы, управляемые по току и напряжению. Источники .питания операционных усилителей входного и выходного каскадов электрически не связаны друг с другом, т.е, не имеют общих точек ЗЗ .

Выход операционного усилителя выходного каскада является выходом устройства. Фотоприемники, установленные на входах входного и выходного каскадов преобразователя, находятся в различных токовых режимах, при которых рассеяние мощности на каждом - разное, в результате этого, даже если выбрать фотоприемники с одинаковыми люксамперными характеристиками, точность преобразования низкая. Кроме того, источники питания операционных усилителей входного и выходного каскадов всегда находятся под различной нагрузкой, 0 поэтому в .схеме .возникают колебания напряжения, которые влияют на рабо ту управляемых элементов по току и напряжению, в результате чего появляется погрешность преобразова- 5 ния.

Цель изобретения - повыщение точности преобразования.

Указанная цель достигается тем, что в двухкаскадном оптоэлектронном Q преобразователе, напряжения, содержащем в каждом из гальванически не связанных входном и выходном каскадах операционный усилитель, к первому входу которого подключены входные резисторы, источник питания и фотоприемник, причем входной каск ад включает также транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а в его коллект.орно-эмиттерную цепь через резистор смещения включен источник

света, выход операционного усилителя выходного каскада образует выходной вывод,в входной и выходной каскады введено по одной гальванически не 5 связанной одна с другой мостовой

схеме, включающей в первом плече резистор, во втором - фоторезистор, а третье и четвертое плечи образованы каждое цепочкой из последовательQ но соединенных источника напряжения и переменного резистора и згшунтированной конденсатором переменной емкости, причем общая точка соединения первого и второго плеч через один из входных резисторов соединена с первым входом операционного усилителя, а общая, точка соединения третьего и четвертого плеч соединена со вторым входом операционного усилителя, а через источник света и транзистор - с его выходом. I

На чертеже представлена функциональная схема двухкаскадного оптос электронного преобразователя напряжения.

Схема содержит операционные усилители 1 и 2 входного и выходного каскадов соответственно, мостовые схемы 3 и 4 входного и выходного каскадов соответственно, стабилизированные источники 5-8 напряжения, резисторы 9 и 10 мостовых схем входного и выходного каскадов соответственно, фоторезисторы 11 и 12 мостовых схем входного и выходного каскадов соответственно, источник 13 света, входные резисторы 14 и 15 операционного.усилителя входного каскада, входной резистор 16 операционного усилителя выходного кас када, резистор 17 обратной связи операционного усилителя выходного каскада, транзистор 18, резистор 1 смещения, резисторы 20-23 переменного сопротивления, а также конденсаторы 24-27 переменной емкости Операционный усилитель 1 входно каскада предназначен для сравнения поступающих на вход через входные резисторы 14 и 15 напряжений входного сигнала мостовой схемы 3, а также для управления мостовыми схе мами 3 и 4, чтобы обеспечить тож-, дество между входным и выходным на пряжениями мостовых схем 3 и 4. Выход операционного усилителя 1 входного каскада соединен с базой транзистора/18,. в коллектор-эмиттерный переход которого включены резистор 19 смещения и источник 13 света. Операционный усилитель 2 выходного каскада предназначен для усиления выходного напряжения мостовой схвмы 4, подключейной на вхо усилителя через резистор 16. Соотношение сопротивлений резисторов 1 и 17 обусловливает коэффициент уси ления, операционного усилителя 2, выход которого является выходом уЬтрбйстВа в целом. Мостовые схемы 3 и 4 иредназначены для формирования выходных на пряжений, равных входному, и представляют собой совокупность двух стабилизированных источников напряжения, резистора и фоторезистора, двух, резисторов переменного сопротивления и конденсаторов пере менной емкости. . .Мостовая схема 3 включает источ ники 5 и 6 напряжения с последовательно включенными резисторами 20 и 21 переменного сопротивления, шунтируемые конденсаторами 24 и 25 переменной емкости, резистор 9 и фоторезистор 1.1. Мостовая схема, 4 включает источ ники 7 и 8 напряжения с последовательно включенными резисторами 22 И 23 переменного сопротивления шунтируемые конденсаторами 26 и 27 переменной емкости, .резистор 10 и фоторезистор 12. Входом мостовых схем 3 и 4 являются фрторезисторы .11 к 12, а входным сигналом - световой поток источника 13 света. Фоторезисторы 11 и 12 и источник 13 света пред ст.авляют собой оптрон типа ОЭП-141 со сдвоенным резистором. Стабилизи рованные источники 5-8 напряжения выбираются идентичными по напряжению и каждый снабжен последователь но включенными резисторами переменного сопротивления с тем, чтобы иметь возможность обеспечить настройку на идентичность проводимости мостовых схем. Одновременно источники 5-8 напряжения с соответствующими резисторами 20-23 шунтируются подстрочными емкостями 24-27 соответственно с тем, чтобы обеспечить идентичность суммарной межёлектродной электроемкости каждого.источника напряжения. Только при наличии идентичных источников напряжения с идентичными xapaKTepHCTHKaNw можно говорить о равенстве напряжений на выходе каждой мостовой схемы с высокой точностью. Транзистор 18 служит для управления световым пoтoкo источника 13 света, начальный световой поток которого подбирается при. помощи изменения сопротивления резистора 19 смещения. При этом фоторезисторы 11 и 12 и резисторы 9 и 10 имеют одинаковые сопротивления и на выходах мостовых схем 3 и 4 напряжения равны нулю, Резисторы 20г23 пере-. менного сопротивления предназначены для обеспечения равенства сопротийления в плечах мостовых схем, где включены источники 5-8 напряжения, конденсаторы 24-27 переменной емкости - для установления равных межэлектродных емкостей в мостовых схемах, содержащих источники напряжения. Резисторы 9 и 10, а также фоторезисторы 11 и 12 подбираются одинakoвыми и предназ$ ачены для обеспечения одинаковых значений.провонЦимости обеих мостовых схем независимо от светового потока источника 13 света. Устройство работает следующим образом. При отсутствии входного напряжения Ugx f подводимого на вход резистора 14 (т.е. UBX 0)f световой, поток источника 13 света, управляемый транзистором 18 при выходном напряжении операционного усилителя 1 входного каскада равном нулю, обеспечивает равенство сопротивлений резистора 9 и фоторезистора 11. При .этом напряжения, прсэводимые на вход резисторов 15 и 16,равны нулю, что обеспечивает Ugbix 0. . При Ugx О благодаря наличию оптической обратной , обеспечиваемый выходом операционного усилителя 1, транзистором 18, истрчником 13 света и фоторезистором 11, ; и при большом коэффициенте усиления напряжения на входах резисторов 15 и 16 в любой момент времени равны Ugx. в результате этого на,выходе операционного усилителя 2 напряжения Ugbix K-UBX (где К - коэффициент

51008862

передачи, определяемый соотношениемменной емкости позволяет достичь

сопротивлений резисторов 17 и 16).идентичности в проводимостях мостоj вых схем 3 и 4 тождественности выК - ir constходных напряжений мостовых схем и, следовательно,равенства напряжений Вывор идентичных источников 5-8 5на входах резисторов 15 и 16, котонапряжения, .резисторов 9 и 10 ирое обусловлено подбором идентичных фоторезисторов 11 и 12 при настрой-резисторов 14 и 15 и величиной коке резисторов 20-23 переменных сопро-эффициента усиления операционного тивлений и конденсаторов 24-27 пере-усилителя 1.

ДВУХКАСКАДНЫЙ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий в каждом из гальванически не связанных входном и выходном каскадах операционный усилитель , к первому входу которого подключены входные резисторы, источник ритания и фотоприемник, причем входной каскад включает также транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а в его коллекторно-эмиттерную цепь через резистор смешения включен источник света, выход операционного усилителя выходного каскада образует выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, ввходной и выходной каскада введено по одной гальванически не связанной одна с другой мостовой схеме, включающей в первом ключе резистор, во втором - фоторезистор , а третье и четвертое плечи образованы каждое цепочкой из последовательно соединенных источника напряжения и переменного ре- . зистора и зашунтированной конденсаг 1. тором переменной емкости, причем общая точка соединения первого второго плеч через, один из входных резисторов соединена с первым входом операционного усилителя, а общая. точка соединения третьего и четвер- 1 того плеч соединена со вторым вхо- д дом операционного усилителя, а че- Срез источник света и транзистор с его выходом.