Оптоэлектронный одновибратор Советский патент 1992 года по МПК H03K3/284 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в системах автоматического контроля и технических диагностиках, факсимильной технике, в частности, аппаратных средствах ввода изображения в ЭВМ, а также медицине и биологии.

Известен одновибратор, содержащий логический элемент ИЛИ-НЕ первым входом подключенный к шине входных сигналов, а вторым к выходу формирующего каскада на транзисторе, в цепи базы которого включена времязадающая RC-цепь, помехозащитный транзистор, соединенный базой через резистор с шиной питания, а коллектором с анодом диода, причем выход логического элемента ИЛИ-НЕ соединен с

катодом того же диода, а эмиттер помехозащитного транзистора - с конденсатором времязадэющей RC-цели.

Известен также одновибратор содержащий элемент ИЛИ-НЕ в цепях пуска и обратной связи, формирующий каскад на транзисторе, в цепи базы которого включены времязадающая RC-цепь, помехозащитный транзистор, соединенный базой через резистор с шиной питания, коллектором через диод с конденсатором времязадающей RC-цепи, а эмиттером с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ. В данный одновибратор введен транзистор, соединенный коллектором с шиной питания, базой с базой помехозащитного транзистора, а эмитXI

О

ГО

со

00

S

тером с точкой соединения диода и конденсатора времязадающей RC-цепи.

Недостатком таких одновибраторов является невозможность управлять длительностью выходных импульсов. Длительность выходных импульсов жестко зависит от номиналов времязадающей RC-цепи. Подбор номиналов RC-цепи для получения требуемой длительности выходных импульсов является сложным процессом, в результате этого область применения указанных одно- вмбраторов ограничивается.

Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа является ждущий мультивибратор (одновиб- ратор), содержащий логический элемент выполняющий функции ИЛИ-НЕ в цепях пуска и обратной связи, формирующий каскад на транзисторе, в цепи базы которого включена времязадающая RC-цепь. состоящая из последовательно соединенных пере- менного и постоянного резисторов и конденсатора, который соединен с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ.

Недостатком указанного одновибрато- ра является следующее. Для управления длительностью выходных импульсов данного одновибратора во времязадающей RC- цепи используется переменный резистор. Функциональные возможности схемы ограничены и зависят от типа применяемого пе- ременного резистора. При вращении подвижной системы переменного резистора отклонение длительности выходных импульсов от заданной величины может иметь скачкообразный характер, в результате чего нарушается плавность управления. Причиной указанных отклонений может стать неоднородность и дефекты проводящего элемента, а также подвижного контакта. Кроме того, во времязадающей RC-цепи одновибратора замена переменного резистора бесконтактным элементом, т.е. полупроводниковым нелинейным элементом приводит к нелинейному изменению длительности выходных импульсов. Вышеизложенные недостатки ограничивают область применения одновибратора.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения получения выходных импульсов изменяющихся по длительности от установленного значения в процессе взаимодействия монохроматического потока инфракрасного излучения с различными средами.

Для достижения указанной цепи в опто- электронный одновибратор, содержащий логический элемент ИЛИ-НЕ, один из входов которого соединен с шиной запуска,

формирующий каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, в цепи базы которого включена времязадающая RC-цепь, а коллектор соединен с выходной шиной и другим входом логического элемента ИЛИ-НЕ, конденсатор RC-цепи соединен через резистор с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, введены диодная оптопара с открытым оптическим каналом

0 отражательного типа и резистор, который подсоединен последовательно с излуча- тельным диодом оптопары по прямому току к источнику питания, фотодиод оптопары соединен катодом с конденсатором время5 задающей RC-цепи, а анодом - с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, оптические оси излучательного диода и фотодиода оптопары расположены под углом, при этом взаимосвязь потока монохроматического

0 инфракрасного излучения с контролируемым объектом осуществлена через открытый оптический канал отражательного типа. На чертеже представлена блок-схема оптоэлектронного одновибратора.

5Предлагаемый оптоэлектронный одновибратор содержит шину запуска 1, логический элемент ИЛИ-НЕ 2, цепь обратной связи 3, формирующий каскад 4, времязада- ющую RC-цепь 5, цепь фотодиода оптопары

0 с открытым оптическим каналом отражательного типа 6, цепь излучательного диода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 7, выходную шину 8, контролируемый объект КО, причем шина

5 запуска 1 является первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 2, а второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 2 является цепью обратной связи 3, соединенной с выходной шиной 8 формирующего каскада 4.

0 состоящего из резистора и транзистора включенного по схеме с общим эмиттером. база которого соединена с общей точкой времязадающей RC-цепи 5. Резистор RC- цепи 5 подключен к шине питания, а конден5 сатор к цепи фотодиода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 6, причем фотодиод оптопары соединен параллельно с резистором, катод фотодиода соединен с конденсатором RC-це0 пи, а анод с выходом логического элементе ИЛИ-НЕ 2. Источником монохроматического потока инфракрасного излучения является излучательный диод оптопары с открытым оптическим каналом отражатель5 ного типа 7 и включен через резистор н источнику питания по прямому току. Выходом оптоэлектронного одновибратора является выходная шина 8 формирующего каскада 4. Управление длительностью выходных импульсов оптоэлектронного одновибратора производится во взаимосвязи излучательного диода и фотодиода оптопа- ры с открытым оптическим каналом отражательного типа при помощи падающего и отраженного потока инфракрасного излуче- ния от контролируемого объекта (КО).

Оптоэлектронный одновибратор работает следующим образом.

В исходном состоянии на шине запуска 1 логического элемента ИЛИ-НЕ 2 отсутст- вует положительный запускающий импульс, транзистор формирующего каскада 4 открыт током протекающим через резистор времязадающей RC-цепи 5.и низкий уровень с выходной шины 8 поступает через цепь обратной связи 3 на логический элемент ИЛИ-НЕ 2. Таким образом, на обоих входах логического элемента ИЛИ-НЕ 2 присутствует низкий уровень, а на выходе - высокий уровень. Высокий уровень по пря- мой проводимости фотодиода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 6 поступает на обкладку конденсатора времязадающей RC-цепи 5, а на другую обкладку с общей шины через базу- эмиттер открытого транзистора формирующего каскада 4 поступает низкий уровень. Следовательно, конденсатор времязадающей RC-цепи 5 заряжен со стороны цепи фотодиода оптопары с открытым оптиче- ским каналом отражательного типа 6 положительным зарядом, а со стороны формирующего каскада 4 - отрицательным зарядом. В момент поступления через шину запуска 1 на логический элемент ИЛИ-НЕ 2 кратковременного положительного импульса на его выходе высокий уровень резко меняется на низкий уровень и начинается процесс разряда конденсатора времязадающей RC-цепи 5, Обкладка конденсато- ра с положительным зарядом разряжается через обратную проводимость фотодиода оптопары, а также параллельно подключенному к нему резистору и через логический элемент ИЛИ-НЕ 2 на общую шину. Учитывая включение транзистора формирующего каскада 4 по схеме с общим эмиттером, в момент разряда конденсатора времязадающей RC-цепи 5 база относительно эмиттера становится отрицательной и транзистор запирается, поэтому цепь разряда отрицательно заряженной обкладки конденсатора проходит через резистор времязадающей RC-цепи 5 к источнику питания. Далее низкий уровень выходной шины 8 резко меняется на высокий уровень, последний через цепь обратной связи 3 поступает на логический элемент ИЛИ-НЕ 2, на выходе которого поддерживается нулевой уровень до конца разряда конденсатора

времязадающей RC-цепи 5. В момент, когда уровень перезаряда на обкладках конденсатора достигнет уровня отпирания транзистора формирующего каскада 4, транзистор открывается и на выходной шине 8 высокий уровень резко падает до низкого уровня. Таким образом, завершается формирование длительности выходного импульса и снова начинается процесс заряда конденсатора времязадающей RC-цепи 5. Процесс заряда конденсатора проходит по прямой проводимости фотодиода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа, внутреннее сопротивление которого исчисляется в омах, и эта величина не влияет на время восстановления заряда. В процессе же разряда конденсатора ток разряда,протекая через резистор в цепи фотодиода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 6, образует на последнем обратное напряжение смещения, которое устанавливает начальную величину внутреннего сопротивления обратной проводимости. А в цепи излучательного диода оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 7 протекает постоянный ток, который обеспечивает стабильную величину монохроматического потока падающего инфракрасного излучения с конструктивно предусмотренным углом к контролируемому объекту (КО). При отсутствии контролируемого объекта на фотодиод оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа 6 отраженный поток инфракрасного излучения не поступает и внутреннее сопротивление обратной проводимости фотодиода оптопары не изменяется. Если на шине запуска 1 есть запускающие импульсы с определенной частотой следования, то на выходной шине 8 длительность выходных импульсов имеет минимальное значение с той же частотой. Далее, рабочую поверхность диодной оптопары с открытым оптическим каналом отражательного типа приложить к контролируемому объекту, при этом происходит взаимодействие инфракрасного излучения с последним 6 и результат отраженного потока ИК излучения через открытый оптический канал отражательного типа попадает на фотодиод оптопары. Это приводит к изменению внутреннего сопротивления обратной проводимости фотодиода оптопары. При этом в цепи база-эмиттер транзистора формирующего каскада 4 изменяется уровень напряжения разряда по времени. В соответствии с этим на выходной шине 8 оптоэлектроннсго одновибратора длительность выходных импульсов от установленного значения меняется. Таким образом, на

выходе оптоэлектронного одновибратора могут формироваться импульсы с длительностью от долей микросекунды до сотен миллисекунд, в зависимости от состава и свойства материала контролируемого объекта (КО).

Формула изобретения Оптоэлектронный одновибратор, содержащий логический элемент ИЛИ-НЕ, один из входов которого соединен с шиной запуска, формирующий каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, в цепи базы которого включена времязадающая RC-цепь, а коллектор соединен с выходной шиной и другим входом логического элемента ИЛИ-НЕ, конденсатор RC-цепи соединен через резистор с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспей

чения получения выходных импульсов.изменяющихся по длительности от установленного значения в процессе взаимодействия монохроматического потока инфракрасного излучения с различными средами, в него введены диодная оптопара с открытым оптическим каналом отражательного типа и резистор, который подсоединен последовательно с излуча- 10 тельным диодом оптопары по прямому току к источнику питания, фотодиод оптопары соединен катодом с конденсатором время- задающей RC-цепи, а анодом - с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, оптические 15 оси излучательного диода и фотодиода оптопары расположены под углом, при этом взаимосвязь потока монохроматического инфракрасного излучения с контролируемым объектом осуществлена через откры- 20 тый оптический канал отражательного типа.

Использование: электроника, системы автоматического контроля, техническая диагностика, факсимильная техника. Сущность: оптоэлектронный одновибратор содержит логический элемент ИЛИ-НЕ, формирующий каскад на транзисторе по схеме с общим эмиттером, в цепи базы которого включена времязадающая RC-цепь. С целью расширения области применения за счет обеспечения получения выходных импульсов, изменяющихся по длительности от установленного значения в процессе взаимодействия монохроматического потока инфракрасного излучения с различными средами, в него введена диодная оптопара с открытым оптическим каналом отражательного типа и резистор, который подсоединен последовательно с излучательным диодом оптопары по прямому току к источнику питания, фотодиод оптопары соединен катодом с конденсатором времязадающей RC-цепи, а анодом - с выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, оптические оси излуча- тельного диода и фотодиода оптопары расположены под углом, при этом взаимосвязь потока монохроматического инфракрасного излучения с контролируемым объектом осуществлена через открытый оптический канал отражательного типа. 1 ил. 00