Оптоэлектронное дифференцирующее устройство Советский патент 1976 года по МПК G06G9/00 

(54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Это позволило расширить область применения устройства. Принципиальная схема устройства представлена на чертеже. Устройство содержит входные резисторы 1, 2, электронный блок задержки 3., выполненный в виде соединенных последовательно электрической линии задержки и усилителяинвертора, источник постоянного напряжения 4, операционный усилитель 5, переключатель 6 резистор обратной связи 7, светодиоды 8, 9 светоделительные пластины 10, 11, поглощающие оптические фильтры 12, 13, фотоприемкики (например, фоторезисторы) 14, 15 и оптические линии задержки 16, 17, На чертеже волнистой линией обозначены оптические каналы передачи сигналов. Резисторы 1 и 2 подключены ко входу операционного усилителя постоянного тока 5 и подводят входной электрический сигнал различной полярности. Один сигнал подводится с запаздыванием, следовательно, если через резистор 1 подводится сигнал 8% то через резистор 2 подводится сигнал .), где &-Ь время задержки электронного блока задержки 3. Операционный усилитель постоянного тока 5 обеспечивает отрицательную обратную связь оптической или электрической природы в зависимости от положения контактов переключателя 6. В положении и. контактов перехшючателя 6 цепь обратной связи операционного усилителя 5 замыкается через резистор отрицательной обратной связи 7, который обеспечивает электрическую связь между входом и выходом устройства В положении и контактов переключателя 6 усилитель 5 подключен ко входам светод одов 8 и 9. Световые потоки, формируемые светодио дами 8 и 9, через светоделительные пластины 10, 11 и поглоидающие оптичес1ше фильтры 12, 13 поступают на вход фотопрлемников 14, 15 соответственно. Светодели- тельные пластлны 10, 11 в то же время обеспечивают поступление на оптические выходы выходных сигналов j. и jj инверсных по отношению друг к друхт- Й1льтры 12 13 обусловливают необходимый коэффициент передачи устройства. Фотоприемники 14, 15 служат для подведения входных оптических сигналов к уси лителю 5, а также для обеспечения нормал ной работы этого усилителя в режиме оптической обратной связи. Одним выводом d)o-. топриемникя 14, 15 подключены к клеммам противоположной полярности источника постоянного тока(фотоприемник 14 под1шю чен к - JJQ S а фотоприемник 15 - к - Е а другим - ко входу усилителя 5. Устройство работает следующим образом. При входном напряжении U(i) поступающем на вход резистора 1 и одновременно на блок задержки 3, благодаря усилителю-инвертору имеем на входе усилителя 5 сигнал положительной полярности, если Ug Ct) во времени нарастает, и отрицательный, если оно убьшает. При этом сигнал соответствует напряжению. AUCt)-:U..(t)-U (i-u-k), л Разность величин обеспечивается усилителем-инвертором блока задержки 3, инвертирую.ш,им знак U Ci-Ax) . В положении О, перештючателя 6, обеспечивающего отрицательную обратную электрическую связь усилитегтя 5 за счет резистора обратной связи 7, при наличии входных Usx 5 имеем выходной сигнал; сигналов R .- вьгх сопротивление резисторов 1, 2j сопротивление резистора 7. Разделив и умножив правую часть на д-Ь , имеем малых ut в первом приближении При имеем dU ээ dT где г -™.д-Ь - коэффициент передачя дифференциатора при входпом и выходном электрических сигналах. При нарастающем UBX имеем при убывающем U Бъ-х-О. При и.. О имеем обратную картину. f, величина т.е. при нарастающем вых 0, при убывающем U вх вът О, В положении 6 переключателя 6, обеслечивающегю отрицательную оптическую связь, имеем БЬсходной световой поток Ч j или Фц При этом J соответствует сигналам отрицательной полярности, а - - сигналам положительной полярности.

При и нарастающем входном токе 3-gx равном

вх

.0

на выходе усилителя 5 возникает отрицательное напряжение, в результате чего загорается высвечивающий светодиод 8 и онтический поток обратной связи через полупрозрачную пластину 11 и поглощающий оптический фильтр 13 поступает на выход канала оптической связи и на фотоприемник 15.

На входе усилителя 5 с большим коэффициентом усиления при наличии отрицательной обратной связи имеем . О Cl,

а также учитывая, что ток через фотоприемники 14, 15 определяется выражением

:) Зд+ КФ,

где

UQ- темновой ток;

К передаточный коэффициент фотоприемников 14, 15; - световой поток,

ток, проходящий через фотоприемник 15, будет.

II

1 где К - коэффициент поглощения оп тического фильтра 13. Так как темновой ток 3 фотоприемника 15 компенсируется темновым током JQ фотопрнемдака 14, имеем, исходя из форму лы (1) B. коэффициент, Фэ КК характеризующий устройство при обратной оптичесдсой связи и входном электрическом сигнале. При этом Ф I в канале оптический связи равен нулю. Если и ь О и убывает, то имеем: 0 At Я, Действительно, при -gx выхо де операционного усилителя 5 появляется напряжение положительной полярности, в результате чего загорается светодиод 9 и оптический поток обратной связи через по- 60

лулрозрачное зеркало 10 и поглощающий оптический фильтр 12 поступает на выход канала оптической связи и на фотоприемник 14Если и О и его значение нарастает, вх

то имеем: ii и

P7 93-dt Если {7вх О и его значение убывает, то имеем dOg)

ТГ, а. «Pj O

При наличии оптического сигнала P гх соответствующего значениям поло кительной полярности, его подводят на вход фотопри- емника 14 и через оптическую линию задержки 16 на фотоприемник 15. При этом на входе усилителя 5 появляется ток

BX V X -VR- BX Bx i Bx - BX - iЕсли (t) нарастает, то Л

.0

ВхВ положении Q пере1шючателя 6 выход-

и

на основании

ое напряжение У

выч

Ьх

и.

вых

где Обусловленное электрической обратной связью и больщим коэффициентом усиления усилителя, будет 1г,-к;,а))5. UBMX откуд. -Т.,-К-л-Ь -С,фгде Сдф К КД1 коэффициент, характеризующий устройство при входном оптическом и выходном электричес1сих сигналах. При этом, если I j нарастает, то а если ф g убьшает, то вых При наличии оптического сигнала ), соответствующего значениям отрицательной полярности, его подводят на вход фотоприемника 15 и через оптическую линию задержки 17 на фотоприемник 14.- Нетрудно вычислить, что ВЫХ - 7Кпри этом, еслифвх нарастает, то UBbix O) а если фв убывает, то UswCO, При наличии оптического сигнала Ф, соответствующего значениям положительной (отрицательной) полярности и положении & переключателя 6, обеспечивающего отрицагельную обратную оптическую связь, и на

основании равенства токов на входе усилителя 5 имеем

З.,

0 или - 3

вх

где 3 и 3

- токи, обусловленные значения световых потоков Ф и Чц ; 3gx ток, обусловленный значением , что вызьшает на выходе усилителя 5 отрицательный потенциал, В результате сра батывает светодиод 8, и световой поток j поступает на выход канала оптической связиФвх Н .,Л4 гг- Сфф-гг-1 - коэффициент передачи, характеризующий устройство при входных и выходных оптических сигналах. При IBIC убывающем имеем 3, , что вызывает на выходе усилителя 5 положительный потенциал. В результате срабатьшает светодиод 9, и све товой поток Ф, поступает на выход канала оптической связи dtd Фг г аГ ФЖЗначения и (j, соответствуют сигналам отрицательной и положительной полярности соответственно. При Фвч соответствующем Отрицательным значениям, при 1) нарастающем, имеем а при Ч-р, убьшающем имеем ф АЛ Наличие реактивностей на входе операционного усилителя предложенного устроюства позволяет исключить появление самовозбуждения. Кроме того, устройство позв

ляет решитБ вопрос электромагнитной сов-местимости при совместной работе электри ческих аналоговых устройств к оптоэлект- ронных.

Формула изобретения Оптоэлектронное дифференцирующее устройство, содержащее операционный усилитель, вход которого соединен через первый входной резистор с электрическим входом устройства, с резистором обратной связи и через пару фотоприемников с разноименными вьшодами источника постоянного напряжения, каждый фотоприемник связан с одним из оптических входов устройства непосредственно, с другим - через соответствующую оптическую линию задержки, а через установленные последовательно погло1цаи лхий оптический фильтр и светоделительную пластину - с выходом соответствующего светодиода, отличающееся целью расширения области применения устройства, в него введены элек- тронный блок задержки, включенный между электрическим входом устройства и вторым входным резистором операционного усилителя, и переключатель, соединенный подвиж- ным контактом с выходом операционного усилителя, первым. неподвижным контактом - с анодом и катодом соответствующих светодиодов, а вторым - с резистором обратной связи и электрическим выходом устройства, причем светоделительные пластины связаны с соответствующими оптическими выходами устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авт. ев СССР № 281550, кл. Н 03 к 19/ОО от 25.02.69 г. 2, Авт. св. СССР № 300867, кл. G-02 f 3/00 от 28.О7.69 г. -f, /7