Оптоэлектронный переключатель Советский патент 1984 года по МПК H03K17/78 

со со сд

4

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах телеграфии для приема и регистрации однополярных импульсов тока.

По основному авт. св. № 1029411 известен оптоэлектронный переключатель, содержащий два светодиода, каждый из которых оптически подключен к трем фотодиодам, три транзисторных ключа, инвертор, два делителя тока, переменный резистор, два элемента задержки, двухвходовой элемент И, трехвходовой элемент И-НЕ , усилитель, индикатор, причем вход первого транзисторного ключа соединен с шиной питания через первый фотодиод, оптически подключенный к первому светодиоду, а с общей шиной - через второй фотодиод, оптически подключенный ко второму светодиоду, арод которого через переменный резистор соединен с шиной питания, а катод с общей шиной, вход второго транзисторного ключа подключен к выходу первого делителя тока непосредственно, а к общей щине - через третий фотодиод, оптически подключенный ко второму светодиоду, вход первого делителя тока подключен к шине питания через четвертый фотодиод,, оптически подключенный к первому светодиоду, вход третьего транзисторного ключа подключен к выходу второго делителя тока непосредственно, а к общей шине - через пятый фотодиод, оптически подключенный ко второму светодиоду, вход второго делителя тока подключен к шине питания через шестой фотодиод, оптически подключенный к первому светодиоду, выход третьего транзисторного ключа подключен к входу инвертора, выход которого через первый элемент задержки соединен с первым входом элемента И, второй вход которого через второй элемент задержки соединен с выходом второго транзисторного ключа и первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу первого транзисторного ключа, третий вход элемента И-НЕ соединен с выходом элемента И, выход элемента И-НЕ через усилитель подключен к первому входу индикатора.

Известный оптоэлектронный переключатель позволяет регистрировать однополярные импульсы тока относительно уровня, значение которого может задаваться с помощью переменного резистора. При этом в оптоэлектронном переключателе обеспечивается оперативный текущий контроль положения уровня регистрации по отношению к допустимым изменениям имплитуды токовых посылок 1.

Известный оптоэлектронный переключатель характеризуется недостаточно высокой достоверностью контроля и надежностью функционирования при регистрации относительно фиксированного уровня однополярных импульсов тока, передаваемых по длинным физическим линиям и цепям с распределенными параметрами.

Цель изобретения - повыщение достоверности контроля и надежности функционирования оптоэлектронного переключателя.

Поставленная цель достигается тем, что

в оптоэлектронный переключатель по авт. св.

№ 1029411 введены дополнительные два

фотодиода, транзисторный ключ, делитель

тока, элемент И-НЕ, два инвертора, а также интегрирующий и пороговый элементы, причем первый дополнительный фотодиод оптически подключен к первому светодиоду, анодом соединен с общей шиной, а катодом с выходом дополнительного делителя тока и

входом дополнительного транзисторного ключа, второй дополнительный фотодиод оптически подключен ко второму светодиоду, катодом соединен с щиной питания, а анодом с входом дополнительного делителя тока, выход дополнительного транзистор0 ного ключа через первый дополнительный инвертор соединен с первым входом дополнительного элемента И-НЕ, второй вход которого через второй дополнительный инвертор подключен к выходу второго тран5 зисторного ключа, выход дополнительного элемента И-НЕ соединен с входом интегрирующего элемента, выход которого через пороговый элемент подключен ко второму входу индикатора.

На чертеже представлена электрическая

0 схема оптоэлектронного переключателя.

Оптоэлектронный переключатель содержит первый светодиод 1, анод и катод которого соединены с входом 2 переключателя, четвертый, первый и шестой фотодиоды, соответственно, 3,4 и 5, которые оптически

5 подключены к светодиоду 1, а катодами - к шине 6 питания, анод фотодиода 3 соединен с входом первого делителя 7 тока, выход которого соединен с входом второго транзисторного ключа 8, анод фотодиода 4 соединен с входом первого транзисторного ключа 9, анод фотодиода 5 соединен с второго делителя 10 тока, выход которого соединен с входом третьего транзисторного ключа 11, второй светодиод 12, катод которого соединен с общей шиной 13,

5 а анод - через переменный резистор 14 - с шиной 6 питания, второй, третий и пятый фотодиоды, соответственно, 15, 16, и 17, которые оптически подключены к светодиоду 12, анодами - к общей шине 13, катод фотодиода 15 соединен с входом транзис0 торного ключа 9, катод фотодиода 16 соединен с входом транзисторного ключа 8 катод фотодиода 17 соединен с входом транзисторного ключа 11, выход которого соединен с входом инвертора 18, выход которого через первый элемент 19 задержки сое динен с первым входом элемента 20 И, второй вход которого через второй элемент 21 задержки соединен с первым входом элемента 22 И-НЕ и выходом транзисторного

ключа 8, второй вход элемента 22 И-НЕ подключен к выходу транзисторного ключа 9, а третий вход - к выходу элемента 20 И, выход элемента 22 И-НЕ через усилитель 23 соединен с первым входом индикатора 24, первый дополнительный фотодиод 25, который оптически подключен к светодиоду 1, анодом соединен с общей шиной 13, а катодом - с выходом дополнительного делителя 26 тока и входом дополнительного транзисторного ключа 27, второй дополнительный фотодиод 28, который оптически подключен к светодиоду 12, катодом соединен с шиной б питания, а анодом - с входом делителя 26 тока, выход трензисторного ключа 7 через первый дополнительный инвертор 29 соединен с первым входом дополнительного элемента 30 И-НЕ, второй вход которого через второй дополнительный инвертор 31 подключен к выходу транзисторного ключа 8, выход элемента 30 И-НЕ соединен с входом интегрирующего элемента 32, выход которого через пороговый элемент 33 подключен ко второму входу индикатора 24, выход 34 переключателя соединен с выходом транзисторного ключа 9.

Оптоэлектронный переключатель работает следующим образом.

При наличии на входе 2 бестоковой посылки однополярного сигнала и при равенстве ее амплитуды нулю ток через светодиод 1, а. следовательно, и через фотодиоды 3,4,5,25 не протекает, поэтому отсутствуют токи через делители 7 и 10 тока, на входах транзисторных ключей 8,9, 11. Через светодиод 12 протекает ток, определяемый величиной переменного резистора 14. Оптически подключенные к светодиоду 12 фотодиоды 15, 16 и 17 находятся в вентильном режиме (генерируют фото-ЭДС) и обеспечивают закрытое состояние транзисторных ключей 8,9 и 11. Через фотодиод 28, оптически подключенный к светодиоду 12, протекает ток, величина которого определяется током через светодиод 12 и коэффициентом передачи тока оптоэлектронной пары светодиод 12-фотодиод 28. Ток фотодиода 28 поступает на вход делителя 26 тока, с выхода которого часть тока фотодиода 28 (пропорциональная коэффициенту деления делителя 26J поступает на вход транзисторного ключа 27, что обеспечивает его открытое состояние. Закрытое состояние транзисторных ключей 8,9 и .11 приводит к тому, что на всех трех входах элемента 22 И-НЕ оказываются высокие потенциалы. При наличии хотя бы на одном из входов элемента 22 И-НЕ высокого потенциала на его выходе вырабатывается низкий потенциал, который через усилитель 23 выключает первый элемент индикатора 24, подключенный к его первому входу.

Открытое состояние транзисторного ключа 27 приводит к тому, что с выхода инвертора 29 на первый вход элемента 30 И-НЕ

поступает высокий потенциал. На второй вход элемента 30 И-НЕ с выхода инвертора 31 поступает низкий потенциал, так как ключ 8 закрыт. При наличии хотя бы на од5 ном из входов элемента 30 И-НЕ BE icoKoro потенциала на его выходе вырабатывается низкий потенциал, который через интегрирующий 32 и пороговый 33 элементы удерживает в выключенном состоянии второй

Q элемент индикатора 24, подключенный к его второму входу, что в данном случае свидетельствует о том, что амплитуда бестоковой посылки не превышает допустимой величины (или равна нулю). Коэффициент деления делителя 26 тока выбирается таким, что5 бы порог переключения транзисторного ключа 27 составлял определенную (допустимую) часть от порога переключения транзисторного ключа 9 (уровня регистрации переключателя). Заданное с помощью делителя 26 соотношение между, порогами переключения

0 транзисторных ключей 9 и 27 будет сохраняться и при изменении уровня регистрации переключателя с помощью переменного резистора 14, так как при этом в одинаковой степени изменяются пороги переключения

5 ключей 9 и 27.

При поступлении на вход 2 токовой посылки однополярного сигнала через светодиод 1 и оптически подключенные к нему фотодиоды 3,4,5,25 начиннает протекать ток.

0При достижении входным током значения, соответствук)щего порогу переключения транзисторного ключа 27 (когда выходной ток делителя 26 начинает полностью шунтироваться фотодиодом 25), ключ 27 закрывается и на его выходе появляется высокий

5 потенциал, а на первом входе элемента 30 И-НЕ - низкий потенциал. Теперь на обоих входах элемента И-НЕ присутствуют низкие потенциалы, поэтому на его выходе появляется высокий потенциал.

При достижении входным током уровня регистрации (определяемого резистором 14) срабатывает транзисторный ключ 9 и на его выходе устанавливается низкий потенциал, а Транзисторные ключи 8 и 11 остаются выключенными, так как на их входы

поступают только часть тока с выходов делителей 7 и 10. На втором входе элемента 22 И-НЕ появляется низкий потенциал, а на других входах высокий потенциал сохраняется, поэтому на выходе элемента 22 ИНЕ сохраняется низкий потенциал, и второй

0 элемент индикатора 24 остается выключенным.

При достижении входным током максимального (установившегося) значения, включается транзисторный ключ 8 и на его вы ходе появляется низкий потенциал, а на втором .входе элемента 30 И-НЕ - высокий потенциал. Это приводит к появлению опять низкого потенциала на выходе элемента, 30

И-НЕ. Время интегрирования элемента 32 выбирается таким, чтобы изменение вход1ЮГО сигнала от порога переключения ключа 27 до порога переключения ключа 8 (длительность фронта нарастания) не вызывало срабатывания порогового элемента 33 и не вызывало включения второго элемента индикатора 24.

Низкий потенциал с выхода транзисторного ключа 8 поступает на первый вход элемента 22 И-НЕ и на второй вход элемента 20 И. Коэффициент деления делителя 10 тока выбирается большим, чем коэффициент деления делителя 7 тока, поэтому при максимально допустимом значении входного тока транзисторный ключ 11 остается закрытым и на выходе инвертора 18 сохраняется низкий потенциал. При одновременном наличии на обоих входах элемента 20 И низких потенциалов на его выходе вырабатывается низкий потенциал, который поступает на третий вход элемента 22 И-НЕ. При одновременном наличии на всех трех входах элемента 22 И-НЕ низких потенциалов, на его выходе вырабатывается высокий потенциал, который через усилитель 23 включает первый элемент индикатора 24. Включенное состояние первого элемента индикатора 24 свидетельствует о том, что уровень регистрации входного сигнала соответствует заданному, а амплитуда токовой посылки входного сигнала находится в допустимых пределах по отношению к заданному уровню регистрации. Если амплитуда токовой посылки входного сигнала превысит макси.мально допустимое значение (выйдет за пределы поля допуска по .максимуму), ток на выходе делителя 10 тока окажется достаточным для включения транзисторного ключа 11, в результате чего с выхода инвертора 18 на первый вход элемента 20 И станет поступать высокий потенциал и поэтому на выходе элемента 20 И окажется так- же высокий потенциал, который поступи1 на третий вход элемента 22 И-НЕ. При наличии на одном из входов элемента 22 И-НЕ высокого потенциала на его выходе устанавливается низкий потенциал, что приведет к выключению первого элемента индикатора 24.

При поступлении на вход 2 переключателя бестоковой посылки начинается уменьшение амплитуды токовой посылки и при достижении входным током порога переключения транзисторного ключа 8, этот ключ выключается и на его выходе появляется высокий потенциал. С этого момента времени на обоих входах элемента 30 И-НЕ появляются низкие потенциалы, а на его выходе высокий потенциал. Если длительность фронта спада регистрируемого сигнала не превышает времени интегрирования элемента 32, то входной ток успеет снизиться ниже порога переключения ключа 27 раньше, чем появится на входе порогового элемента 33

уровень напряжения, приводящий к включению второго элемента индикатора, поэтому в этом случае второй элемент индикатора 24 остается выключенным.

5Если по окончании работы интегрирующего элемента 32 амплитуда бестоковой посылки будет превышать порог переключения транзисторного ключа 27, то напряжение на выходе интегрирующего элемента 32

Q превысит пороговое напряжение порогового элемента 33, что приведет к включению второго элемента индикатора 24. Включенное состояние второго элемента индикатора 24 свидетельствует о том, что амплитуда бестокоцой посылки входного сигнала выш5 ла за пределы допуска (по отношению к заданному Уровню регистрации).

Регулировка уровня регистрации оптоэлектронного переключателя и контроль его функционирования в процессе эксплуатации может проводиться как в статичес0 ком режиме (постоянный «стоп на входе) так и в динамическом режиме в процессе приема информации.

С целью исключения кратковременных включений первого элемента индикатора 24

J (ложных включений), когда на вход переключателя поступают импульсы тока с амплитудой токовой посылки, превышающей максимально допустимую по отношению к установленному уровню регистрации, используются элемента задержки 19 и 2. Эти эле0 менты обеспечивают задержку подачи управляющих сигналов на входы элемента 20 И на время, в течение которого входные импульсы тока с амплитудой токовой посылки, превыщающей максимально допустимую, находятся в поле допуска амплитудных вход5 ных сигналов.

Для исключения кратковременных включений второго элемента индикатора 24 на фронтах сигнала (при переходе от бестоковой ; осылки к токовой И нлоборот), когда амплитуда бестоковой посылки находится в пределах нормы, используется интегрирующий элемент 32 с регулируемым временем интегрирования. Проводя регулировку времени интегрирования элемента 32 в процессе приема однополярных сигналов и находя

5 границу кратковременного включения второго элемента индикатора 24, можно определить длительность фронтов нарастания и спада принимаемого сигнала, а, соответветственно, оценить и его характеристические искажения.

0Таким образом, регулировка предлагаемого оптоэлектронного переключателя в процессе эксплуатации сводится к изменению сопротивления переменного резистора 14 и его фиксации при включенном состоянии первого элемента индикатора 24.

5Кроме того, в предлагаемом оптоэлектронном переключателе в процессе эксплуатации обеспечивается высокая достоверность контроля и надежность его функционирования, так как индикатор контроля сигнализирует не только об обрыве линии (отсутствии входного сигнала), об уменьшении или увеличении амплитуды токовой носылки входного сигнала, но и о том, что амплитуда бестоковой посылки вцходит за пределы норм по отношению к установленному уровню регистрации. При этом одновременно осушествляется допусковый контроль характеристических искажений регистрируемого сигнала, что позволяет своевременно принимать меры по исключению искажений длительности зарегистрированных сигналов, и, как следствие, позволяет,сохранять высокую исправляющ.ую способност приемных устройств.

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ по авт. св. № 1029411, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля и надежности функционирования, в него введены дополнительные два фотодиода, транзисторный ключ, делитель тока, элемент И-НЕ, два инвертора, интегрируюший и пороговый элементы, причем первый дополнительный фотодиод оптически подключен к первому светодиоду, анодом соединен с общей шиной, а катодом с выходом дополнительного делителя тока и входом дополнительного транзисторного ключа, второй дополнительный фотодиод оптически подключен ко второму светодиоду, катодом соединен с шиной питания, а анодом - с входом дополнительного делителя тока, выход дополнительного транзисторного ключа через первый дополнительный инвертор соединен с первым входом дополнительного элемента И-НЕ, второй вход которого через второй дополнительный инвертор подключен к выходу второго транзисторного ключа, выход дополнительного элемента И-НЕ соединен с входом интегрируюш,его элемента, выход которого через пороговый элемент подключен ко второму входу индикатора. (Л