Оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей Советский патент 1981 года по МПК H03K17/78 

Устройство относнгся к аналоговой из- мерительной технике н можег быгь испопьаовано в системах автомагизированнся о контроля, связи и телеметрии. Известно оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей на базе дифференциальной оптической связи, содержащее источник сигнала входной цепи, два резистора, один светодиод, два фотодиода,, два источника тока и два сдаерационных усилителя 1. Недостатки этого устройства - сложность обеспечения согласованности фотодиодов и светопередающих трактов, а сложность сохранения согласованности параметров в широком диапазоне изме рения температур. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предла гаемому является оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей, содержащее источник входного сигнала, дв резИстфа, две оптические пары светоди од-фотоДйод, два источника тока и три оп ационных усилителя, гфнчем катод светодиода первой оптическ(й пары подключен одновременно к инвертирующему входу перBCffo операционного усилителя, к источнику тока входной цепи и к резистору входгной цепи, которьй подключен к общему проводу входной цепи. Анод этого светодкода подключен к выкоду первого операциоиного усилителя, а его неинв тирутощий вход соединен с источником сигнала входной цепи. Катод фотодиода оптической пары соединен с анодом фотодиода второй оптической пары и с инвертирук щим входом второго операционного усилителя, а его нейнвертирующий вход одновременно подключен к проводу выходной цепи, к аноду фотодиода первой оптической пары и к катоду фотодиода вто-, рой оптическсй пары, выход же второго операционного усилителя соединен с анодом светодиода второй оптической пары, а катод светодиода второй оптическсА пары одновременно подключен к источнику тока выходной цепи, к резистору выходной и к не инвертирующему входу третьего операционного усилителя, (швертирующнй вход которого соединен с выходной цепью овгоэпектронного устройства. Недостатки этого устройства - необхо- димость подгонки оптических пар по коэффициентам передач по току н сложность выравнивания температурных коэффициентов обеих пар, т.е. низкая пинейность. Цель нзофетення - повышение линейности оптоэлектронного устройства гальванического разделения цепей. Поставленная цель достигается тем, что в опгоэлекгронное устройство гальванкческого разделення цепей, содержащее источник входного сигнала, два резистора, два светодиода в два фотодиода, два источника тока, три операдисиных усилителя, причем катод первого светодиода подключен к соответствующему источнику тока и к резис тору входной цепи, который подключен к общей шине, анод этот-о светодиода подключен к выходу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником входного сигнала, катод первого фотодиода соединен с анодом второго фотодиода и с инвертирующим входом втфого операцисжного усилителя, ненн вергирующий вход которого и соответствен но анод и катод первого и второго фотодно , дов обьединены и подключены к общей шине, выход операцисяяного усилителя соединен с анодом второго светодиода, катод которого подключен к соответствующему источнику тока и к резистору выход- И ,й цевй, подключенному к общей щине, инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с выходной шиной устройства, дополнительно введены два свето диода. Два фотодиода, два источника тока и два резистора, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подсоединен к катоду третьего фотодиода и к аноду четвертого фотодиода, а соответственно их анод и катод обьединены и подключены к общей шине, выход первого операционного усилителя подключен к катоду третьего светодиода,. а его анод соединен с соответствующим резксгсром входной цепи, подключенным к общей шине н с соотоегствующим источником тока, выход второго операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя и к катоду четвертого сьегодиЬда, анод которсзго подклточен к соогветсгвующему резистору вьрсодной цепи, соединенному с общей шиной, и к соответствующему источнику тока. 85 74 На чертеже приведена функциональная схема оптоэлектронного устройства гальванического разделения цепей. Устройство содержит источник 1 входного сигнала, три операцисяных усилителя 2-4, два резистора 5 и 6 входной цепи, два резистора 7 и 8 выходной цепи, светодноды: первый 9, BTqjdS 1О, третий 11,четвертый 12, фотодиоды: первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16, два 17 и 18 тока входной цепи, и два источника 19 и 2О выходной цепи, а также обилую щину 21 входной це пи и общую шину 22 выходной цепи. Источник 1 входного сигнала, подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, его инвертирующий вход соединен одновременно с катодом третьего фотодиода 15 и анодом четвертого фотодиода 16, а их анод и катод соответственно подключены к общему проводу входной цепи. Выход операционного усилителя 2 подсоединен к аноду светоднода 9 и катоду светодиода 11, катод и анод которых соответственно подключены к резисторам 5 н 6. Фотодиоды 13 и 14 своими катодом и анодом соответственно подключены к инвертирующему входу cxiepaционного усилителя 3, выход которого соединен с анодом светодиода 1О и с катодом светодиода 12, а также с неинвертирующнм входом операдионноого усилителя 4, а их .катод и анод подключены к резисторам 7 и 8. Анод и катод фотодиодов 13 и 14, а также не инвертирующий вход операционного усилителя 3 обьединены и подключены к общему проводу вьсходной цепи. Источники 17 и 20 тока подключены соответственно к резисторам 5-8 входной и высходной цепей относительно общей шины 21 и 22. Инвертирующий вход операционного усилителя 4 соединен с выходной цепью всего оптойлектронного устройства. Устройство гальванического разделения цепей работает следующим образом. При подаче, нагфимер, положительного напряжения с источника 1 входного сигнала через операционный усилитель 2 на светодиод 9 поступает приращение тока, а на светодиоде 11 ток уменьшается. этом яркость свечения светодиода 9 увеличивается, а яркость свечения светодиода 11 уменьшается. Светодиоды 9 и 10, фотодиоды 13 и 15, светодиоды 11 и 12,фотодиоды 14 и 16 предварительно сбалансированы резисторами 5-8 таким образом, что находятся по току в середине выфанного рабочего диапазона. Сигнал от фотодиодов 15 и 16 поступает в цепь

отрицательной обратной связи операционнего усилителя 2 таким образом, что если коэффициент передачи операционного усилителя 2 стремится к ов , то коэффициент передачи всего каскада с отрицательной офатной связью, операционный усилитель 2, светодиоды 9 и 11, фотодиоды 15 и 16 будут .стремиться к 1.

Соотвегственно происходит изменение тока в фотодиодах 13 и 14 и напряжения на выходе оперативного усилителя 3, щи« этом изменяется и яркость на светодиодах 10 и 12, причем на светодиоде 1Оувеличивается, а на светодиоде 12 -уменьшается. Сигнал от фотодиодов 13 и 14 поступает в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 3, вызывает изменение напряжения на фотодиодах 13 и 14 и вызьшает аналогичное действие стабилизации коэффициента усиления всего каскада, как и в предыдущем каскаде.

Кроме того, появляется общая цепь отрицательной обратной связи, действующая с выхода операционного усилителя 3 через светодиоды Ю и 12, фотодиоды 15 и 16 на инвертирующий вход операционного усилителя 2. Таким образом, устройство содержит две цепи местной отрицательней офатнсй связи и одну цепь общей отрицательной офатной связи, действующей с вькода операционного усилителя 3 на вход операционного усилителя 2. Аналогично работает схема при поступлении отрицательного входного напряжения. Увеличивав ется яркость свечения светодиода 11, а светодиода 9 - уменьшается. Ток фогодиода 16 увеличивается, фотодиода 15 - уменьшается. Данное изменение яркости све- тодиодов 9 и 11 вызывает н изменение тока через фотодиоды 13 и 14, включенные во входную цепь операцисданого усилителя 3. При этом потенциал на выходе операционного усилителя 3 получает отрицательное приращение, щзкость светодиода 11 увеличивается, а на светодиоде 9 уменьшается. Но так как эти светодиоды освещают также фотодиоды 13 и 14, то замыкаегся цепь местной обратной связи (операционный усилитель 3, светодиоды 10 и 12, фотодиоды 13 и 14.,), Аналогичное изменение происходит и в канале операционного усилителя 2. С помощью источников 17-2О тока задается начальное смещение в рабочую точку на светодиодах 9 и 11, 1О и 12. Операционный усилитель 4 является буферным. Входные и выходные сигналы поступают в данном устройстве относительно общих шин 21 и 22

Такая ;.схема позволяет передавать двухпол$фные сигналы с коэффициентом передачи, равным 1 до величины 10.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую линейность. Формула изобретения

Оптоэлектронное ycTpcaicTso гальванического разделения цепей, содержащее источник входного сигнала, два резистора. Два светодиода н два фотодиода, два источника тока, три операционных усилителя, причем катод первого светодиода подключен к соответствующему источнику тока

и к резистору входной депи, который подключен к обиюй шине, анод этого светодиода подключен к вькоду первсго операционного усилителя, неннверт1фующий вход которого соединен с источником входного

сигнала, катод первого фотодиода соединен с анодом второго фотодиода и с инверти рующим входом второго операционного усилителя, неш1в т1фующий вход которого и соответспзенно анод и катод первого и

второго фотодиодов объединены н подключены к общей шияе. выход вгорся о операциеиного згснлнгеля соединен с анодом вто рого свегоаиодд, кагод которого подключен к соотвегсгвующему источнику тока и резисгс у выходим цени, подключенному к о&кей шине, шшерг|фующ(1й вход третьего операционного усилителя соедин с с выходной щиной устройства, отличающееся тем, чго, с цепью вовышекня линейности, дополнительно введены два светодиода, два фотодиада,, два источника тока н два резистора, гфи этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подсоединен к катоду третьего фотодиода и к аноду четверг€9го фотодиода, а соответственно их анод и кагод объединены и подключены к общей шике, выход n iBcfo операционного усилителе подключен к катоду третьего светодиода, а его анод соединен с соответствующим резистором входной цепи, подключенным к общей шине и с соответствующим исгочником тсжа, выход второго операциехянсйРО усилителя подключен к не инвертирующему юсоду третьего операцисяшого усилителя и к катоду четвертого светодиода анод которовго подкгаочен к соответствующему резйстсру выходнсй цепи, соединенному с шиной, и к соответствующему источнику тока

Историки информации,

принятые во Ш{имание при экспертизе

1. Журнал Электроника, №2, 1978, с. 53, рис 4 (прототип).

+f

А

л

liu

Г

Н0

/.

и

i

.rtlI