Двухкаскадный оптоэлектронный преобразователь напряжения

 

ДВУХКАСКАДНЫЙ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий в каждом из гальванически не связанных входном и выходном каскадах операционный усилитель , к первому входу которого подключены входные резисторы, источник ритания и фотоприемник, причем входной каскад включает также транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя , а в его коллекторно-эмиттерную цепь через резистор смешения включен источник света, выход операционного усилителя выходного каскада образует выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования , ввходной и выходной каскада введено по одной гальванически не связанной одна с другой мостовой схеме, включающей в первом ключе резистор, во втором - фоторезистор , а третье и четвертое плечи образованы каждое цепочкой из последовательно соединенных источника напряжения и переменного ре- . зистора и зашунтированной конденсаг 1. тором переменной емкости, причем общая точка соединения первого второго плеч через, один из входных резисторов соединена с первым входом операционного усилителя, а общая. точка соединения третьего и четвер- 1 того плеч соединена со вторым вход дом операционного усилителя, а че- Срез источник света и транзистор с его выходом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (193 (И) 3(Я) Н 02 И 3 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

НАТА,>.!I,.)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЩЕ.фМ „"ЯЦ

Н ABT0PGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3331829/24-07 (22) 03. 09. 81 (46) 30.03.83. Бюл. 9 12 (72) Г.К. Арутюнов, A.А. Баланчивадзе, О.В. Зедгенидэе н P.Ê. Калитчев (53) 621.314.1(088.8) (56) .1. "Электронная техника".

Сер. 5, вып. 1 (201, 1977, с.91-97.

2. "Электроника", 1975, 9 10, с. 57 ° .

3. "Электронная техника". Сер.5, вып. -1 (20), 1977, с. 83-89, (54)(57) ДВУХКАСКАДНЫЙ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий в каждом из гальванически не связанных входном и выходном каскадах операционный усилитель, к первому входу которого подключены входные резисторы, источник питания и фотоприемник, причем входной. каскад включает также транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а в его коллекторно-эмиттерную цепь через резистор смещения включен источник света, выход операционного усилителя выходного каскада образует выходной вывод, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в входной и выходной каскады введено по одной гальванически не связанной одна с другой мостовой схеме, включающей в первом ключе резистор, во втором - фоторезистор, а третье и четвертое плечи образованы каждое цепочкой иэ последовательно соединенных источника напряжения и геременного ре-, зистора и эашунтированной конденса-. тором переменной емкости, причем е общая точка соединения первого и второго плеч через.один иэ входных уд резисторов соединена с первым вхо- Ц ф дом операционного усилителя, à o6gaa Q точка соединения третьего и четвертого плеч соединена со вторым входом операционного усилителя, а через источник света и транзистор— с его выходом

1008862

Изобретение относится к .электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим гальваническую развязку между усилительным звеном и выходным сопротивлением измерительных приборов °

Известно устройство, входной и выходной каскады которого снабжены . фоторезистивными элементами, а источники света соответствующих фоторезисторов включены последовательно и управляют усилительным звеном входного каскада $1) .

Известно также устройство, входной и. выходной каскады которого имеют по одному фотоприемнику и высвечивающему элементу, световые потоки которых действуют на оба фотоприемника соответственно (2) .

Указанные устройства обладают низкой точностью преобразования, обусловленной неодинаковостью характеристик ток .- свет и свет — сопротивление двух оптронов, кроме того, сопротивления фоторезпсторов оптронов зависят не только от величины светового потока, но и от приложенного напряжения. Если приложенное к фоторезисторам напряжение различно, то и мощность, выделяемая на них, различна, а это, в свою очередь, приводит к различию температурного режима и характеристик фоторезисторов, установленных в входном и выходном каскадах преобразователя.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности двухкаскадный оптоэлектронный преобразователь напряжения, входной и выходной каскады которого содержат по одному источнику света, по одному операционному усилителю а также фотоприемники. К входу операционного .усилителя входного каскада подключен управляемый по току элемент, включающий фоторезистор, а к входу операционного усилителя выходного каскада — управляемый элемент по напряжению, содержащий фотоприемник и резистор. Выход операционного усилителя входного каскада соединен с базОй транзистора, в коллекторноэмиттерную цепь которого включены последовательно соединенные источники света, соединенные с соответствующими фоторезисторами, входящими в элементы, управляемые по току и напряжению. Источники питания операционных усилителей входного и выходного каскадов электрически не связаны друг с другом, т.е, не имеют общих точек 31.

Выход операционного усилителя выходного каскада является выходом устройства. Фотоприемники, установленные на входах входного и выходного каскадов преобразователя, находятся в различных токовых режимах, при которых рассеяние мощности на каждом — разное. В результате этого, даже если выбрать фотоприемники с одинаковыми люксамперными характеристиками, точность преобразования— низкая. Кроме того, источники питания операционных усилителей входного и выходного каскадов всегда находятся под различной нагрузкой, 10 поэтому в схеме .возникают колебания напряжения, которые влияют на работу управляемых элементов по току и напряжению, в результате чего появляется погрешность преобразования.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Указанная цель достигается тем, что в двухкаскадном оптоэлектронном преобразователе. напряжения, содержащем в каждом из гальванически не связанных входном и выходном каскадах операционный усилитель, к первому входу которого подключены входные резисторы, источник питания и фотоприемник, причем входной каскад включает также транзистор, база которого соединена с выходом операционного усилителя, а в его коллекторно-эмиттерную цепь через резистор смещения включен источник света, выход операционного усилителя выходного каскада образует выходной вывод,в входной и выходной каскады введено по одной гальванически не

35Есвязанной одна с другой мостовой схеме, включающей в первом плече резистор, во втором — фоторезистор, а третье и четвертое плечи образованы каждое цепочкой из последовательно соединенных источника напряжения и переменного резистора и зашунтированной конденсатором переменной емкости, причем общая точка соединения первого и второго плеч через один из входных резисторов соединена с первым входом операционного усилителя, а общая,точка соединения третьего и четвертого плеч соединена со вторым входом операционного усилителя, а через ис50 точник света и транзистор — с его выходом.

На чертеже представлена функциональная схема двухкаскадного оптоэлектронного преобразователя напряжения.

Схема содержит операционные усилители 1 и 2 входного и выходного, каскадов соответственно, мостовые схемы 3 и 4 входного и выходного каскадов соответственно, стабилизированные источники 5-8 напряжения, резисторы 9 и 10 мостовых схем входного и выходного каскадов соответственно, фоторезисторы 11 и 12 мос65 товых схем входного и выходного кас1008862

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного напря.—

45 жения Бзх, подводимого на вход резистора 14 (т.е. Пзх — — О), световой, поток источника 13 света, управляемый транзистором 18 при выходном напряжении операционного усилителя

50 1 входного каскада равном нУлю, обеспечивает равенство сопротивлений резистора 9 и фоторезистора 11. При этом напряжения, проводимые на вход резисторов 15 и 16, равны нулю, что обеспечивает 0ЗЫх = О.

При Ug» ф 0 благодаря наличию оптической обратной свяэи, обеспечиваемый выходом операционного усилителя 1, транзистором 18, исттрчником 13 света и фоторезистором 11, 60 и при большом коэффициенте усиления

6 напряжения на входах резисторов 15 и 16 в любой момент времени равны

ПЗх. В результате этого на;выходе операционного усилителя 2 напряжения

65 Uзых К Ugp (где К - коэффициент

Мостовая схема 4 включает источники 7 и 8 напряжения с последовательно включенными резисторами 22 и 23 переменного сопротивления шунтируемые конденсаторами 26 и 27 переменной емкости, резистор 10 и фоторезистор 12.

Входом мостовых схем 3 и 4 яв-. ляются фрторезисторы .11 и 12, а входным сигналом — световой поток источника 13 света. Фоторезисторы

11 и 12 и источник 13 света пред. ставляют собой оптрон типа ОЭП-14107 со сдвоенным резистором. Стабилизированные источники 5-8 напряжения выбираются идентичными по напряжению и каждый снабжен последователькадов соответственно, источник 13 света, входные резисторы 14 и 15 операционного усилителя входного каскада, входной резистор 16 операционного усилителя выходного каскада, резистор 17 обратной связи операционного усилителя выходного каскада, транзистор 18, резистор 19 смещения, резисторы 20-23 переменного сопротивления, а также конденсаторы 24-27 переменной емкости.

Операционный усилитель 1 входног каскада предназначен для сравнения поступающих на вход через входные резисторы 14 и 15 напряжений входного сигнала мостовой схемы 3, а также для управления мостовымн схемами Э и 4, чтобы обеспечить тож-, дество между входным и выходным напряжениями мостовых схем 3 и 4.

Выход операционного усилителя 1 входного каскада соединен с базой транзистора 18, в коллектор-эмиттерный переход которого включены резистор 19 смещения и источник 13 света. Операционный усилитель 2 выходного каскада предназначен для усиления выходного напряжения мостовой схемы 4, подключейной на вход усилителя через резистор 16. Соотношение сопротивлений резисторов 16 и 17 обусловливает коэффициент .Усиления,операционного усилителя 2, выход которого является выходом устройства в целом.

Мостовые схемы Э и 4 нредназначены для формирования выходных напряжений, равных входному, и пред-. ставляют собой совокупность двух .стабилизированных источников напряжения, резистора и фоторезистора, двух. резисторов переменного сопротивления и конденсаторов переменной емкости.

Мостовая схема 3 включает источники 5 и 6 напряжения с последова.тельно включенными резисторами 20 и 21 переменного сопротивления, шунтируемые конденсаторами 24 и 25 переменной емкости, резистор 9 и фоторезистор 11. но включенными резисторами перемен- ного сопротивления с тем, чтобы иметь возможность обеспечить настройку на идентичность проводимости мостовых схем. Одновременно источники 5-8 напряжения с соответствующими резисторами 20-23 шунтируются подстрочными емкостями 24-27 соответственно с тем, чтобы обеспечить идентичность суммарной межэлектродной электроемкости каждого.источника напряжения. Только при наличии идентичных источников напряжения с идентичными характеристиками можно говорить о равенстве напряжений на

35 выходе каждой мостовой схемы с высокой точностью.

Транзистор 18 служит для управления световым потоком источника 13 света, начаЛьный световой поток которого подбирается при.помощи изменения сопротивления резистора 19 смещения. При этом фоторезисторы

11 и 12 и резисторы 9 и 10 имеют одинаковые сопротивления и на вы- ходах мостовых схем 3 и 4 напряжения равны нулю,. Резисторы 20-, 23 переменного сопротивления предназначены для обеспечения равенства сопротивления в плечах мостовых схем, где

° включены источники 5-8 напряжения, конденсаторы 24-27 переменной емкости — для установления равных межэлектродных емкостей в мостовых ,схемах, содержащих источники напряжения.

З5 Резисторы 9 и 10, а также фоторезисторы 11 и 12 подбираются одинаковыми и предназначены для обеспечения одинаковых значений. проводимости обеих мостовых схем независимо от светового потока источника

13 света.

1008862

Составитель И. Андреев

Редактор Л. Пчелинская Техред A,Áàáèíåö

Корректор д. дэятко

Заказ 2356/66 Тираж 685

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЯ

113035, Москва, 1 -35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 передачи, определяемый соотношением сопротивлений резисторов 17 и 16).

К вЂ” coI15 t

R4x

1 .

Выбор идентичных источников 5-8 напряжения,.резисторов 9 и 10 и фоторезисторов 11 и 12 при наотройке резисторов 20-23 переменных сопротивлений и конденсаторов 24-27 переменной емкости позволяет достичь идентичности в проводимостях мостовых схем 3 и 4 тождественности выходных напряжений мостовых схем и, следовательно, равенства напряжений на входах реэйсторов 15 и 16, которое обусловлено подбором идентичных резисторов 14 и 15 и величиной коэффициента усиления операционного усилителя 1.