Двухуровневый оптоэлектронный переключатель Советский патент 1984 года по МПК H03K17/78 

э to

9)

Изобретение относится к импульсной технике, и может быть использовано, например, в телеграфии для приема н регистрации длительностей однополярных сигналов.

По основному авт. св. №951706 известен двухуровневый оптоэлектронный переключатель, содержащий два светодиода, три фотодиода, транзисторный ключ, линейный усилитель, инвертор, два элемента задержки, два блока выборки, формирователь одиночных импульсов, два элемента И, блок памяти, разрядный ключ. Вход транзисторного ключа подключен к шине питания через первый фотодиод, оптически связанный с первым светодиодом, а к общей шипе - через второй фотодиод, оптически связанный с вторым светодиодом. Выход транзисторного ключа через инвертор подключен к последовательно соединенным элементам задержки. Третий фотодиод оптически связан с первым светодиодом и включен между шиной питания и первьиц входом первого блока выборки второй вход которого соединен с выходом первого элемента И. Первые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу формирователя одиночных импульсов, вход которюго подключен к точке соединения элементов задержки. Выход второго элемента задержки подключен к первому входу второго блока выборки, второй вход которого соединен свыходом блока памяти. Вход блока памяти подключен к выходу первого л блока выборки. Выходы разрядного ключа соединены с другими входами блока памяти. Вход разрядного ключа Ьодключен к выходу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом транзисторного ключа. Второй вход первого элемента И подключен к выходу инвертора. Выход второго блока выборки соединен с входом линейного усилителя, выход которого подключен к катоду второго светодиода, анод которого соединен с шиной питания. Выходная клемма соединена с выходом транзист9рного ключа, входные клеммы - с выводами первого светодиода С1.

Известный двухуровневый оптоэлектронный переключатель позволяет регистрировать однополярные сигналы с переменной амплитудой токовых посьшок относительно двух уровней, каждый из которых располагается в началах фронтов принимаемого сигнала. При этом второй уровень регистрации в переключателе устанавливается авто матически, в зависимости от амплитуды токовой посылки регистрируемого сигнала.

В технике передачи дискретной ИН формации, например в телеграфии,

часто возникает необходимость реги- ; страции длительностей однополярных сигналов с переменными амплитудами не только токовых,но и бестоковых посылок.;

Так, например, в случае передачи однополярных телеграфных сигналов по каналу связи, представляющем собой длинную физическую линию со случайно изменяющимися параметра1«1 (таким каналом может йвляться воздушная телеграфная линия при воздействии на нее атмосферных факторов, приводящих к изменению величин сопротивления уточки и распределенной емкости) возможно случайное во времени изменение амплитуды не только токовых посылок, но и амплитуды бестоковых посылок.

Для обеспечения высокой точности регистрации однополярных сигналов с переменной амплитудой бестоковой посьшки, в известном двухуровневом оптоэлектронном переключателе необходимо каждый раз вручную устанавливать новое значение первого (меньшего) уровня регистрации, определяемого током покоя линейного усилителя и для каждой амплитуды бестоковой посьшки располагать его в начале фронта нарастания сигнала, что представляет собой трудоемкую задачу в процессе эксплуатации. Если амплитуда бестоковой посылки регистрируе-мого сигнала изменяется случай;Ю, эт приводит к снижению точности регистрации однополярных сигналов.

Кроме того, при случайном увеличении амплитуды бестоковой посы.пки регистрируемого сигнала выше первого уровня регистрации (располагаемого в начале фронта нарастания) известный двухуровневый переключатель може прекратить нормальное функционирование, и регистрация таких сигналрв не будет производиться, что снижает надежность функционирования.

Таким образом, недостатками известного двухуровневого оптоэлектронного пepeк нoчaтeля являются сложность настройки в процессе эксплуатации и низкая надежность функционирования при регистрации однополярных сигналов со случайно, изменяющейся амплитудой бестоковых посылок.

Целью изобретения является упрощение настройки в процессе эксплуатации и повышение- надежности функционирования двухуровневого оптоэлектронного переключателя.

Поставленная цель достигается тем что в двухуровневый оптоэлектронный переключатель дополнительно введены блок памяти, разрядный ключ, блок выборки, первый вход которого объединен с первым входом первого бЛока выборки, второй вход подключен к выходу второго элемента И, а выход соединен с входом дополнительного блока памяти, выход которого подключен к третьему входу второго блока выборки, при этом выходы дополнител ного разрядного ключа соединены с вторым и третьим входами дополнительного блока памяти, а вход допол нительного разрядного ключа подключен к выходу первого элемента И. На фиг. 1 представлена схема дву уровневого оптоэлектронного переклю чателя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Двухуровневый оптоэлектронный переключатель содержит транзисторны ключ 1, вход .которого подключен к шине 2 питания через первый фотодиод 3, оптически связанный с первым све диодом 4, а к общей шине 5 - через второй фотодиод 6, оптически связан ный.с вторым светодкодом 7, инверто 8, вход которого подключен к выходу ключа 1, а выход - к входу первого элемента 9 задержки, третий фотодио 10, оптически связанный со светодио дом 4 и включенный в обратном напра лении между шиной 2 и первым входом первого блока 11 выборки, второй вход которого соединен с выходом первого элемента Н 12, первые входы элемента И 12И второго элементам 1 объединены и подключены к выходу фо мирователя 14 одиноч ных импульсов, вход которого подключен к выходу элемента 9 задержки и входу второго элемента 15 задержки, выход которог подключен к первому входу второго блока 16 выборки, второй вход которого соединен с выходом блока 17 па мяти, выходы разрядного ключа 18 под ключены к соответствующим входам бл ка 17 памяти,а его вход - к выходу элемента И 13,выход блока 16 выборк соединен с входом линейного усилите ля 19, выход которого подключен к ; атоду светодиода 7, анод которого /соединен с шиной 2 питания, допол нительный блок 20 выборки, первый вход которого объединен с первым входом блока 11 выборки, второй вход подключен к выходу элемента И 13, а выход соединен с входом дополнительного блока 21 памяти, выход которого подключен к третьему входу блока 16 выборки, выходы дополнительного разрядного ключа 22 подключены к соответствующим второму и третьему входам блока 21 памяти, а его вход - к выходу элемента И 12. Выход транзисторного ключа 1 является выходом 23 переклю чателя. Входные клеммы 24 и 25 соединены с выводами первого светодиода 4. На фиг. 2 обозначено: Q - входной ток через клеммы 24 и 25; с5 - входное напряжение формирователя 14; g- выходное напряжение формирователя 14; i, - выходное напряжение блока 11 выборки; Э - выходное напряжение блока 20. выборки; - выходное напряжение блока 17 памяти выходное напряжение блока 21 памяти; - выходное напряжение второго элемента 15задержки; и - выходной ток линейного усилителя 19; VC- выходное напряжение устройства. Двухуровневый оптоэлектронный переключатель работает следующим образом. При наличии на входных 24 и 25 бестоковой посылки однополярного сигнала и при равенстве нулю амплитуды бестоковой посылки, ток через светодиод 4, а соответственно и через фотодиоды 3 и 10 не протекает. Транзисторный ключ 1 закрыт, и с выхода инвертора 8 снимается низкий уровень напряжения, который через последовательно включенные элементы 9 и 15 задержки поступает на первый (управляющий) вход блока 16 выборки. При наличии на управляющем входе блока 16низкого уровня напряжения, блок 16 осуществляет подачу на свой выход сигналов, поступающих на его третий вход (Т.е. осуществляет коммутацию третьего входа и выхода), поэтому в это время на вход линейного усилителя 19 поступает сигнал с выхода блока 21 памяти. При равенстве амплитуды бестоковой посылки нулю, напряжение на выходе блока памяти 21, а соответственно и на входе линейного усилителя 19 отсутствует, поэтому линейный усилитель 19 находится в режиме покоя. Ток покоя линейного усилителя 19 протекает через светодиод 7, поэтому фотодиод 6, оптически связанный со светодиодом 7, находится в вентильном режиме и обеспечивает отрицательное смесдение между базой и эмиттером транзисторного ключа 1 и задает нижний уровень регистрации сигнала при равенстве нулю амплитуды бестоковой . посылки (рабочая точка линейного усилителя 19 выбирается таким образом, что в режиме покоя в его коллекторной цепи и цепи светодиода 7 протекает ток, определяющий нижний уровень срабатывания ключа 1 при равенстве нулю амплитуды бестоковой посылки), в это. время элементы И 12 и 13 выключены а блоки 11 и 20 выборки закрыты. При поступлении на входные клеммы 24 и 25 токрврй посылки однополярнрго сигнала (фиг,2а через светодиод 4, а соответственно, и через фотодиоды 3 и 10 начинает протекает ток. Когда ток через светодиод 4 достигнет значения, соответствующего порогу включения транзисторного ключа 1, пределяемого в этом случае током

покоя линейного усилителя 19, ключ 1 включается и на выходе 23 появляется ниэкиА урювень капряжения.

Через время задержки itg , определяемое элементом задержки 9, на вход формирователя 14 поступает положительный перепад напряжения |фиг.25), в результате чего на выходе формирователя 14 появляется одиночный импульс фиг.2Ь), который поступает на первые входы элементов И12и13. В этом время на ббоих входах элемента И 12 присутствуют высокие уровни напряжения, в результате чего на его выходе вырабатывается высокий уровень напряжения, который на короткое время включает блок 11 выборки и дополнительный разрядный ключ 22. Сигнал с первого ёхода блока 11 выборки (фиг. 2г) поступает в блок 17 памяти, при этом на выходе блока 20 выборки остается низкий потенциал (фиг. 2Э) f а на выходе блока 17 памяти запоминается амплитуда импульса с блока 11 выборки (фиг.2е). Элемент И 13 остается выключенном (кратковременно включившийся разрядный ключ 22 мог бы сбросить аналоговую информацию в блоке 21 памяти {фиг, 2ж, которая там имелась бы, если бы амплитуда бестоковой посылки не была разна нулю) . :

Элемент 9 задержки и формировател 14 одиночных импульсов обеспечивают выборку для запоминания амплитуды токовой посылки в момент времени, когда амплитуда токовой посылки уже установилась. Выборка осуществляется на временном интервале, менее всего подверженном влиянию помех (Целесообразнее всего выборку осуществлять в средней части элементарной посылки, в течение времени, значительно меньшем длительности элементарной посылки). После окончания выборки на выходе блока 17 памяти (фи1.2е) устанавливается амплитуда напряжения, пропорциональная амплитуде токовой посылки, и поступает на второй вход блока 16 выборки. На вход линейного усилителя 19 напряжение с выхода блока 17 памяти поступает только тогда, когда на первом (управляющем) входе блока 16 выборки появится высокий уровень напряжения, т.е. через время tr/g, , определяемое элементом 15 задержки (фиг.2з (.элемент за:держки 15 в этом случае исключает ложное срабатывание переключателя в .интервале времени между окончанием выборки амплитуды токовой посылки и началом фронта спада сигнала от кратковременннх дроблений).

Суммарное время задержки элементов 9 и 15 задержки не должно превьшать длительности регистрируемой элементарной токовой посылки.

После поступле:1ия напряжения с выхода блока 17 п 1мяти /фиг. 2е,/ на вход личейного усилителя 19 увеличивается ток коллекторной цепи усилителя (Фиг.2и, а соответственно, возрастает ток и через светодиод 7, в результате чего в переключателе устанавливается второй уровень регистрации, значение которого пропорционально амплитуде токовой посылки входного сигнала и всегда меньше этой амплитулы на заданную величину. При этом состояние перключателя не изменяется,т.е. на выходе 23 остается низкий уровень напряжения (фиг. 2icJ.

Выбором рабочей точки линейного усилителя 19 можно обеспечить при любых амплитудах токовых посылок положение второго уровня регистрации в самом начале фронта спада.

При уменьшении амплитуды токовой посылки (начало бестоковой посылки, фиг. 2oi)уменьшается ток через светодиод 4 и фотодиоды 3 и 10.

Когда ток через светодиод 4 достигнет значения, соответствующего порогу выключения ключа 1, определяемого током черезсветодиод 7 и пропорциональным амплчтуде токовой посьолки, ключ 1 выключается и на выходе 23 появляется высокий уровень напряжения (фиг. 2. Через время задержки, определяемое элементом 9 задержки, на вход формирователя 14 поступает отрицательный перепад напряжения (фиг. 2S}, в результате чего на вьлходе, формирователя 14 опят появляется одиночный импульс фиг.2 Теперь на короткое время включается элемент И 13, что приводит к кратковременному включению блока 20 выборки (фиг. 2д) и разрядного ключа. 18. Элемент И 12 в это время остается выключенным.

Сигнал с первого входа блока 20 выборки поступает в блок 21 памяти (фиг.2), где запоминается его амплитуда. Элемент 9 задержки и формирбватель 14 одиночных импульсов с помощью блока 20 обеспечивают выборку для запоминания амплитуды бестоковой посылки в момент времени, когда амплтуда бестоковой посылки уже установилась. Выборка опять осуществляется на временном интервале, менее всего подверженном влиянию помех (как и , выборка осуществляется в средней части элементарной посылки (бестоковой), в течение времени, значительно меньшем длительности элементарной посылки). Кратковременно включившийся разрядный ключ 18 сбрасывае аналоговую информацию в блоке 1-7 памяти. Для исключения неустойчивой работы переключателя разрядный ключ 18 должен .осуществлять не полный сброс аналоговой информации в,блоке

17 памяти ,а только часть fE( фиг. 2е). Так как в момент сброса информации в блоке 17, ВЕлхоц блока 17 некоторое время еще остается подключенным через .блок 16 к входу линейного усилителя 19, необходимо, чтобы уменьшенный в результате сбрюса ток- в цепи коллектора линейного усилителя, определяющий порог переключения ключа 1, не привел к снижению уровня ргистрации переключателя ниже максимально допустимой амплитуды бестоковой посылки. Регулировка объема сброса информации в блоке 17 памяти с помощью разрядного ключа 18 может осуществляться, например, путем изменения внутреннего сопротивления разрядного ключа 18.

После окончания выборки амплитуды бестоковой посылки на выходе блока 21 памяти фиг. 2т) устанавливается амплитуда напряжения, пропорциональная амплитуде бестоковой посылк и поступает на третий вход блока 16 выборки. Однако в этот момент времени на первом (управляющем) входе блока 16 еще присутствует высокий уровень напряжения и исключает подачу напряжения с выхода блока 21 памяти на вход линейного усилителя 19 (в этот момент на вход линейного усилителя 19 продолжает поступать напряжение с выхода блока 17 па.мяти).

На вход линейного усилителя 19 напряжение с выхода блока 21 памяти начинает поступать тогда, когда на первом (управляющем)входе блока 16 выборки появится низкий уровень напряжения, т.е. чере.з время,, определяемое злеиентсял 15 задержки элемент 15 задержки в случае исключает ложное срабатывание переключателя в интервала времени между окончанием выборки амплитуды бестоковой посылки и началом фронта нарастания сигнала от кратковременных импульсных помех).

Суммарное время задержки элементов 9 и 15 задержки в этом случае не должно превышать длительности регистрируемой элементарной бестоковой посылки.

После поступления напряжения с выхода блока 21 памяти на вход линейного усилителя 19 уменьшается ток коллекторной цепи усилителя (фиг. 2и), а соответственно, уменьшается ток и через светодиод 7, в результате чего в переключателе устанавливается первый уровень регистрчции, значение которого пропорционально амплитуде бестоковой посылки входного сигнала и всегда больше этой амплитуды на заданную величину. При этом состояние переключателя не изменяется (на выходе 23 высокий уровень напряже0ния (фиг.2К), так как в это время амплитуда входного сигнала (бестоковой посылки) меньше, чем вновь установившийся уровень регистрации .

5

Выбором рабочей точки линейного усилителя 19 можно обеспечить при любых амплитудах бесТоковых посылок положение первого уровня регистрации в самом начале фронта нараста0ния.

При поступлении на вход переключателя вновь токовой посылки и при достижении ее амплитуды первого (нижнего уровня регистрации, расположенного в самом начале фронта

5 нарастания, на выходе 23 переключателя вновь появляется низкий уровень Тшпряжения. В дальнейшем в переключателе происходят процессы, аналогичные описанным.

0

Таким образом, в предлагаемом двухуровневом оптоэлектронном переключателе в отличие от прототипа каждый И.З уровней регистрации устанавливаются автоматически в зависи5мости от амплитуд соответствующих посылок (токовой и бестоковой и располагаются в начале соответствующих фронтов принимаемого сигнала (фронте нарастания и фронте спада).

0

Использование двухуровневого оптоэлектронного переключателя в качестве входного устройства в приемниках электронных телеграфных аппаратов, работающих совместно с автоматичес5кими телеграфными станциями, в переходных телеграфных устройствах позволит обеспечить высокую точность регистрации длительности сигналов, передаваемых по каналам связи с переменными параметрами, упростить наст0ройку в процессе эксплуатации и повысить надежность функционирования телеграфных приемников, работающих на коммутируемых линиях связи, а также на линиях связи с утечкой,

5 f.e. На длинных физических линиях.

ДВУХУРРВНЕКЙ ОПТОЭЖКТРОНHbdt ПЕРБКЖЯАТБЛЬ по авт. св. М 951706, отличающийся тем, что, с целью упрощения настройки в процессе эксплуатации и повьаиения надежности переключателя,в него дополнительно введены блок памяти, разрядный ключ, блок выборки, первый вход которого объединен с первым входом первого блока выборки, второй вход подключен к выходу второго элемента И, а выход соединен с входом дополнительного блока памяти, выход которого подключен к третьему входу второго блока выбсфки, при этом выходы дополнительного разрядного ключа соединены с вторым и третьим входами дополнительного блока пгмяти, а Вход дополнительиого ключа подключен к выходу первого элемента И.