Оптоэлектронный переключатель Советский патент 1987 года по МПК H03K17/78 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве бесконтактных путевых и концевых выключателей в устройствах автоматики, электротехники и промышленной электроники.

Цель изобретения - повыа1ение надежности и расширение функциональных возможностей путем стабилизации положительной обратной связи по оптическому каналу и увеличения устойчивости к внешней засветке.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронного переключателя.

Оптоэлектронный переключатель содержит излучатель 1, оптически связанный с фотоприемником 2, усилитель-инвертор 3, формирователь 4, выходной усилитель 5 мощности с нагрузкой 6. Первый вывод излучателя 1 соединен с источником 7 постоянного напряжения, а второй вывод - с первым выходом 8 фотоприемника 2, второй выход 9 которого через усилитель-инвертор 3 соединен с входом 10 формирователя 4. В Оптоэлектронный пе реключатель введен делитель 11 напряжения, вход которого соединен с прямым выходом 12 формирователя 4, а выход 13 - с вторым выводом излучателя 1, инверсный выход 14 формирователя 4 соединен с входом усилителя 5 мощности.

Формирователь 4 содержит первый 15 и второй 16 транзисторы, светодиод 17, коллектор транзистора 15 соединен с базой транзистора 16 и через первый резистор 18 с источником 7 постоянного напряжения, эмиттер транзистора 16 является инверсным выходом 14 формирователя 4, а коллектор - прямым выходом 12 формирователя 4, первый вывод светодиода 17 соединен через второй резистор 19 с источником 7 постоянного напряжения и через параллельную RC-цепь 20 с базой транзистора 15, которая является входом 10 формирователя 4, эмиттер транзистора 15 соединен с шиной 21 нулевого потенциала, коллектор транзистора 16 соединен с вторым выводом светодиода 17.

Фотоприемник 2 выполнен на кремниевом транзисторе 22 и арсенидогаллиевом светодиоде 23, включенном параллельно и согласно эмиттерному переходу транзистора 22.

Оптоэлектронный переключатель работает следующим образом.

Возбужденный излучатель 1 по открытому оптическому каналу освещает светодиод 23, который создает фото-ЭДС, достаточную для отпирания транзистора 22. Эмит- терный ток последнего поступает во входную цепь усилителя-инвертора 3, выходной ток которого отбирается из базовой цепи первоначально открытого транзистора 15. При определенном (пороговом) входном токе

формирователя 4 транзистор 15 запирается, а транзистор 16 отпирается и, создавая эмит- терный ток, форсирует включение усилителя 5 мощности, который, в свою очередь,

эффективно питает током нагрузку 6. Коллекторным током транзистора 16 светодиод 17 возбуждается и сигнализирует о подключении нагрузки 6.

Если оптический канал между излучателем 1 и фотоприемником 2 перекрывается, уровень фото-ЭДС, генерируемой слабо освещенным светодиодом 23, резко снижается, выходные токи фотоприемника 2 и усилителя-инвертора 3 становятся небольшими. При достаточно малом (пороговом) входном

токе формирователя 4 транзистор 15 отпирается и форсирует выключение транзистора 16. Пагрузка 6 отключается, излучение светодиода 17 прекраилается.

При регистрации объекта, перекрываюшего оптический канал между излучателем 1 и фотоприемником 2, в переключателе по трем каналам действует положительная обратная связь. По мере включения транзистора 22 его коллекторный ток возрастает и увеличивает ток проводимости излучателя 1.

Эта положительная обратная связь ускоряет возбуждение излучателя 1, но является относительно слабой и недостаточно стабильной.

Местная положительная обратная связь

в формирователе 4 создается RC- цепью 20, поэтому формирователь 4 обладает четко выраженными пороговыми свойствами и не срабатывает от случайных или ложных воздействий (помех) небольшой амплитуды. Общая положительная обратная связь

охватывает переключатель по цепи с делителем 11 напряжения. Напри.мер, при освещении светодиода 23 и, как следствие, при отпирании транзистора 16 коллекторный потенциал этого транзистора снижается, что увеличивает ток в цепи излучателя 1 и форсирует процесс его возбуждения. Эта положительная обратная связь является стабильной, хорошо контролируется и не зависит от сопротивления нагрузки 6.

Фото-ЭДС освещенного ареснидогаллиевого светодиода 23 заметно превышает порог включения кремниевого транзистора 22, что гарантирует уверенное действие фотоприемника 2 при технологическом разбросе и температурном дрейфе характеристик его компонентов (светодиода 23 и транзистора 22), а также при различных уровнях освещенности. Узкая спектральная характеристика арсенидогаллиевого светодиода 23 увеличивает устойчивость фотоприемника 2 к внешней засветке.

Светодиод 17, непосредственно влияя на ток положительной обратной связи в формирователе 4, стабилизирует передаточную характеристику и пороговые свойства этого формирователя.

Таким образом, введение общей положительной обратной связи по цепи с делителем 11 напряжения, а также рациональное использование электрических и оптических свойств светодиодов 23 и 17 позволяет увеличить и стабилизировать оптическую чувствительность переключателя рабочим воздействиям независимо от величины и характера нагрузки, повысить его устойчивость к помехам от солнечного и искусственного освещения, что обеспечивает повышение его надежности и расширение функциональных возможностей.

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный переключатель, содержащий излучатель, оптически связанный с фотоприемником, усилитель-инвертор, формирователь, выходной усилитель мощности, первый вывод излучателя соединен с источником постоянного напряжения, а второй вывод - с первым выходом фотоприемника, второй выход которого через усилитель-инвертор соединен с входом формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, введен делитель напряжения.

вход которого соединен с прямым выходом формирователя, а выход - с вторым выводом излучателя, инверсный выход формирователя соединен с входом усилителя мощ- ности.

2.Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что формирователь содержит первый и второй транзисторы, светодиод, коллектор

первого транзистора соединен с базой второго транзистора и через первый резистор с источником постоянного напряжения, эмиттер второго транзистора является инверсным выходом формирователя, а коллектор - прямым выходом формирователя, первый

вывод светодиода соединен через второй резистор с источником постоянного напряжения и через параллельную RC-цепь с базой первого транзистора, которая является входом формирователя, эмиттер первого

транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, коллектор второго транзистора соединен с вторым выводом светодиода.

3.Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что фотоприемник выполнен на кремниевом транзисторе и арсенидогаллиевом

светодиоде, включенном параллельно и согласно эмиттерному переходу транзистора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве бесконтактных путевых и концевых выключателей в устройствах автоматики, электротехники и промышленной электроники. Оптоэлектронный переключатель содержит излучатель 1, фотоприемник 2, усилитель-инвертор 3, формирователь 4, выходной усилитель 5 мощности с нагрузкой 6, источник 7 постоянного напряжения, транзисторы и другие схемные элементы. Введение общей положительной обратной связи по цепи с делителем 11 напряжения, а также рациональное использование электрических и оптических свойств светодиодов 23 и 17 позволяет увеличить и стабилизировать оптическую чувствительность переключателя к рабочим воздействиям независимо от характера нагрузки, повысить устойчивость к помехам от солнечного и искусственного освещения. Это обеспечивает повышение надежности и расширение функциональных возможностей предлагаемого оптоэлектронного переключателя. 2 3. п. ф-лы, I ил. (Л ОО to Ю N Oi