Оптомагнитный усилитель Советский патент 1984 года по МПК H03F9/02 

: ;716Л9

2.Усилитель по п. 1, о тли ч а ю щ и и с я тем, что, силовой диод представляет собой светодиод.

3.Усилитель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также с целью рас,ширения- функционадьньк возможностей, нагрузйа дополнительно содержит инерционный излучающий,элемент, оптически связаннь1Й с фотодиодньм элементом.

А, Усилитель, по пп. 1-3, о т личающийся тем, что он со1 .

держит дополнительную цепь, включенную параллельно источнику переменного напряжения и содержащую источник излучения, оптически связанный с фотодиодным элементом, а также датчик аналогового сигнала с изменяемым сопротивлением.

5. Усилитель по п. 4, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что оптическая связь между источником излучения и фотодиЪдньМ элементом осуществлена через управляемь1й элемент с изменяемой оптической плотностью.

1. ОПТОМАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержа.1ций фотодиодный элемент, в'клю- ченньй последовательно с источником переменного напряжения и обмоткой, распрложенной на магнитопроводе с гй-' '-, '\''стерезисной характеристикой намагничивания, силовой диод, блокирующий .диод и нагрузку, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения коэффициента усиления мощности, ^блокирующий диод включен последовательно с фотодиодным элементом, силовой . диод включен последовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с ис" точником напряжения и силовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи.

Изобр-етение относится-к устройствам преобразованная и усиления электр магнитного излучения и предназначено использования в системах автоматического регулироваюгя. рптомагнитный усилитель мЪжет быт использован в .качестве э;11емента заЦитной автоматики в установках высог kiK энерг.ётйческих уровней ив каче ствё основы при построении измерител ных трансформаторов в линиях элekTpo передач высокого и сверхвысокого на-пряжения. ..-, - ., ; Известно устройство магнитного усиле.ния, содержащее фотодиод, фото- катод которого воздействует на состо яние, другого полупроводниковой струк туры, с помощью которой изменяют . состояние среды, облада.ющей магнитным гистерезисом и этой средой управ ляют электрич еской энергией независимого источника напр1яжёняя. Недостатком этого устройства явля ется многоступенчатость преобразования и нйзка:я надёжность. Наиболее близким к изобретению является отгтомагнитньгй усй йитель, в котором источник переменного напряже ния последоватезтьно включён с полупроводниковым фотоди одом, нагрузкой и обмоткой, размещенной на магнитопроводе с гистерезисной характеристи кой намагничивания, силовой диод, блокирующий диод. В пОлупёриойнепройЬдя щёг6 состоя ния фотодиода через нагрузку протекает фототок, что приводит к снижению КПД преобразования - усиления . и может в ряде случаев оказывать дестабилизирующее воздействие на коэффициент усиления. :. В полупериод проводящего состояния фотодиода через нагрузку протекает рабочий ток, величина которого ограничена максимально допустимым током прямой поля1)ности, протекающим через фотодиод. Это приводит к ограничению коэффициента ус ш-ения мощности оптомагнитного усилителя. . , Целью .изобретения является повышение коэффициен.та у сидениямощноетй с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также расширения функциональных возможностей. Это достигается тем, что оптомагнитньй усилитель содержит блокирующий диод, включенный последовательно с чувствительным к излучению элементом, и силовой диод, включенный по следовательно с нагрузкой, при этом фотодйодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с источником питания и силовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи, причем вместо силового диода мсжет быть включен светодиод. . . Кроме того, в цепь нагрузки оптомагнйтного усилителя целесообразно дополнительно включить инерционный излучающий элемент, оптически связанный с фотодиодным элементом. Оптомагнитный усилитель может содерж1ать дополнительную цепь, включенную параллельно источнику переменного напряжения и содержащую источник излучения, оптически связанный с фотодиодным элементом, а так|же датчик аналоговых сигналов с из-:; меняемым сопротивлением. Также оптомагнитный усилитель может иметь оптич ескую связь между источником излучения и светочувствительным элементом, осуществляемую че рез управляемый элемент с изменяе-. мой оптической плотностью, установленный между ними., На фиг. 1 показана электрическая схема предлагаемого оптомагнитного усилителя на фиг. 2-9 - электрические схемы предлагаемого оптомагнитного усилителя в различных вариантах выполнения. Оптомагнитный усилитель, показанный на фиг. 1, содержит включенные последовательно фотодиод 1, блокирующий диод 2, источник 3 переменного напряжения и обмотку 4, размещенную на магнитопроводе, обладающем гистерезисной характеристикой на магничивания. Силовой диод 5 и вклю.ченный последовательно с ним Нагрузо ный резистор 6 подсоединены параллельно цепи, содержащей последовательно-встречно включенные фотодиод и блокирующий диод 2, при этом диоды 2 и 5 подключены относительно друг друга встречно параллельно. В качестве чувствительного к излучению элемента вместо фотодиода 1 может быть подключен фоторезистор 7 (см. фиг. 2). Инерционный излучающий элемент 8 (см. фиг. 3) подсоединен к нагрузоч ному резистору 6 так, чтобы через н го протекала по меньшей мере часть тока нагрузки, и оптически связан с фотодиодом 1. В частности, в качестве инерционного излучающего эле .мента 8 использована лампа накалива ния, включенная последовательно с н грузочным резистором 6. Кроме этого инерционный излучающий элемент 8 может быть подсоединен параллельно нагрузочному резистору 6. Схема, изображенная на фиг. 4, имеет один или нескойЁКодбттедгнй- тел1ьньк фотодиодов 9, подсоединенны параллельно основному фотодиоду 1 На фиг. 5 показан вариант выполнЪния оптомагнитного усилителя,- схё ма которого содержит одну или riecколько дополнительных цепей, состоя щих из последовательно соединенных дополнительного фотодиода 9 и встречно ему включенного дополнительно :; блокирующего диода 10, при этом каждая такая цепьподключена параллельно основной цепи, состоящей из фотодиода 1 и блокирующего диода 2. В схемах, показанных на фиг. 3, 4 и 5, вместо фотодиодов 1 и 9 в качестве чувствительных к излучению элементов могут быть включены фоторезисторы. Б схеме, изображенной на фиг. 6,.-i .вместо силового диода 5 (см. фиг. 1) и нагрузочногорезистора 6 вютючены светодйоды 11 (см. фиг. 6) . и 12, причем последние подсоединены последовательнр согласно.. Кроме того, светодиоды 11 и 12 (см. фиг. 7) могут быть включены согласно параллельно. Оптомагнитный усилитель, изображенный на фиг. 8, содержит одну или несколько цепей, каждая из которых подключена параллельно источнику 3 переменного напряжёния и Состоит из последовательно соединенньйс источников 13 излучения и датчика 14 аналогового сигнала с изменяемым напряжением. , Каждый источник 13 излут генйя оптически связан с соответствутащин фотодиодом 1 и 9. Кроме того, возможен вариант выполнения, при котором все источники 13 излучения оптически связаны с одним фотодиодом 1. . Источники 13 излучения выполнены в виде ламп накалива1тая. Кроме того, в качестве истЬчников 13 излучения могут быть включены свето иоды Оптомагнитньй усилитель, изображенный на фиг. 9,содержит управляемьй элемент 15 с ггаменяемой плотное тью, установленный между источником 13 излучения и фотодиодом 1 и осуществляющий оптическую связь последних. Оптомагнитный ус итель, показанный на фиг. 1, работает следующим образом. В зависимости от полярности переменного напряжения силовой диод 5может находиться в двух состояниях: проводящем, когда напряжение приложено в прямом направлении, и непрвводящей при противоположной полярное ти. в непроводящем состоянии силового диода 5 и при наличии освещения фотодиода 1 в цепи, образованной блокирующим диодом 2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного напряжения, появляется фототок, изменяюпщй магнитную индукцию материала магнитопровода. К KdHficy каждого проводящего полупериода силового -диода 5 (началу его непроводящего.состояния) индукция материала магнитопровода достигает насыщения. . При отсутствии оптического сигнала магнитная индукция материала магнитопровода остается в насьлцении, при этом к нагрузочному резистору 6 приложено все напряжение источника 3 При воздействии оптического сигЬала в интервал времени, когда к ловому диоду 5 и фотодиоду 1 приложе но напряжение обратной полярности, п цепи, образованной блокирующим диодом 2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного напряжения, на чина4т протека ть фототок, под дейст вйем которого происходит изменение магнитн ой индукции до величины, которая является исходным состоянием, для следующего интервала. В следующий полупериод переменного напряжения, соответствующий пройодяв еМу состоянию силового диода 5 и фотодиода 1, магнитное состояние материала магнитопровода изменяется от исходного значения до состояния насыщения. Этот процесс происходит в течение начального периода проводящего полупериода. . ; В результате к нагрузочному резис тору 6 приложено напряжение питания после достижения состояния .насыщения, т.е. в течение бблее короткого интервала по сравнению со случаем, когда оптический сигнал отсутствует. Таким образой, в предложенном рптойагнитном усилителе происходит Усиление и преобразование оптического сигнала в электрический путем магнитного усиления фотопотока фото диода 1. . ; . , В сЯязи с тем что фотопрток проте кает по цепи, образованной фотодиодом 1, блокирую1дамх диодом 2, обмот, кой 4 и источником 3, а ток нагрузки протекает в другой полупериод по остальной цепи, обмёткой 4, источником 3, силовым диодом 7 16 5 и резистором 6, в оптомагнитном усилителе достигнут высокий КПД преобразования - усиления и исключены дестабилизируюпще воздействия на коэффи14иент усиления. Кроме того, благодаря тому что цепи токов нагрузки и фотопотока разделены, в схеме достигнут высокий коэффициент усиления мощноЬти. Оптомагнитный усилитель может быть использован в системах регулирования и управления производственными процессами вместо традиционных магнитных усилителей, Прй этом управляю щим воздействием является оптический сигнал. Наряду с существенными уменьшениями размеров магнитопровода улучшены динамические параметры усилителя; инерционность снижена до минимально возможной величины, равной половине периода частоты источника 3 переменного напряжения. Оптомагнитный усилитель может найти применение в качестве элемента. защитной „автоматики в установках шысоких энергетических уровней и в измерительных устройствах в. качестве основы при построении измерительного трансформатора в линиях электропередач высокого и сверхвысокого напряжения. . . , . : . , . . ; Усилитель, показанньш на фиг. 3, может быть применен в, схемах плавной регулировки искусственнрго освещения, а в схемах изображенных .на фиг. 4 и 5 - в качестве основы дпя построения логических элементов, реализующих функцию ИЛИ-НЕ, а также для суммирования входного оптического сигнала. Схемы, изображенные на фиг. 6 и 7, могут найти применение там, где требуется получить выходной сигнал в виде оптического сигнала. При этом светодиод может быть включе н вместо силового диода или последовательно с НИИ. .- . Оптомагнитные усилители, показан 1ые на фиг. 8 и 9, могут быть использованы как элементы, реагирующие, например, на одновременное изменение температуры и прозрачности воздуха, при этом в качестве датчика 14 установлено термосопротивление, а в качестве элемента 15 использована воздуйная среда, изменяющая свою прозрачность, например, отдыма. Во всех описанных схемах ток нагрузки появляется только в один полупе- риод частоты источника питания. Для повышения эффективности использования источника питания можно при716А9менять двухполупериодные схемы, в которых ток в нагрузке будет существовать в оба полупериода и коэффициент усштения мощности увеличится примерно в четыре раза.

г 2

716691

V

Фа г. 5

/ .

А

rtV

П

12

4

7

7I649I

Фс/г.8

fS /

/J

/

57

V

X

X

/

X

A