Оптоэлектронный умножитель

 

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ, содержащий два операционных усилителя, инвертирующий вход первого из которых через первый масштабный резистор подключен к первому входу умножителя и соединен с первым выводом второго масштабного резистора, инвертирукщий вход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор связан с его выходом, являющимся выходом у множит ел я J. и через четвертый масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя , неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно через пятый и шестой масштабные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала , отли чающий ся тем, что, с целью повьшения быстродействия и повышения точности, в него дополнительно введены два диодных излучателя , два транзисторных фотоприемника и седьмой и восьмой масштабные резисторы,причем к выходу первого операционного усилителя подключены анод первого диодного излучателя, катод которого подключен ко второму выводу второго масштабного резистора, и катод второго диодного излучателя, анод которого через седьмой масштабный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного .усилителя, первый и второй диодные излучатели соответственно оптически О) С связаны с первым и вторым транзис- ; торными фотоприемниками, причем эмиттер ,первого транзисторного фотоприемника подключен к эмиттеру второго транзисторного фотоприемника и соединен со вторым s ;входол умножителя , коллектор первого транзисторного фотоприемника подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, коллектор второго транзисторного фотоприемника подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через вось-. мой масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя.

„„SU„„1012287

СОЮЗ ООВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g(gg G 06 G 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

- ) с (; " (,Ъ

Н АВТОРСКОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВЪГ (21) 3360695/18-24 (22) 10.12.81 (46) 15.04.83. Бел. и .(72) В.П.Медведев

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (53) 681.3(088..8) !

56) 1. Патент ВеликобританииИ 1269906,.кл. G 06 G 7/16, опублик.

1972 .

2.,Авторское свидетельство СССР

М 843956, кл. 6 06 G 9/00, 1979.

3. Патент США 11 3525860, кл. G 06 G 7/16, апублик. 1966 (прототип). (54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УИНОЖИТЕЛЬ, содержащий два операционных усилителя, инвертирующий вход первого из которых через первый масштабный резистор подключен к первому входу умножителя и соединен с первым выводом второго масштабного резистора, инвертирующий вход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор связан с его выходом, являющимся выходом умножителя,. и через четвертый масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя, неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно через пятый и шестой масштабные резисторы . соединены с шиной нулевого потенциала,отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и повышения точности, в нега дополнительно введены два диодных излучателя, два транзисторных фотоприемника и седьмой и восьмой масштабные резисторы,. причем к выходу первого операционного усилителя подключены анод первого диодного излучателя, катод которого подключен ко. второму выводу второго масштабного резистора, и катод второго диодного излучателя, анод которого через седьмой масштабный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, первый и второй диодные излучатели соответственно оптически связаны с первым и вторым транзис" .

TopHblHH фотоприемниками, причем эмиттер первого транзисторного фотоприемника ! подключен к эмиттеру второго транзисторного. фотоприемника и соединен со вторым

,входам умножителя., коллектор первого транзисторного фотоприемника подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, коллектор второго транзисторного фотоприемника подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через вось-, мой масштабный резистор подключен ко: второму входу умножителя.

1 1012

Изобретение относится к вычислительнбй технике.

Известно много типов аналоговых умножителей. Из них наиболее простыми являются умножители на операцион5 ных усилителях с применением аттенюаторов на полевых транзисторах или на оптоэлектронных устройствах.

Умножи тели с применением аттенюаторов на полевых транзисторах и on- 1р тоэлектронных устройствах являются дешевыми и простыми устройствами(1).

Однако они обладают большим дрейфом и нелинейностью, равными 5-254, что ограничивает их применение s точных и эмери тел ь ных. при бор ах, напри мер в умножителях с применением аттенюаторов на полевых транзисторах температурный дрейф может составлять 3-73, а временной за 8-24 ч работы до 203. <, Аналогичным дрейфом обладают также фоторезисторы, которые применяются в умножителях с применением аттенюаторов на оптоэлектронных устройствах, Для уменьшения дрейфа и нелинейности в этих устройствах применяют по две и более подобранных по характеристикам пары излучатель-фото резистор, которые включают по диффере н ци ал ь ной ил и мост о вой схемам 2 ).

Необходимость подбора по характеристикам, а также малое быстродействие фоторезисторных оптронов не дают возможности применить эти устройства в точных измерительных приборах.

Для повыше ни я быст родей ст вия в умножителях с применением оптоэлектронных устройств s качестве излучателей используют электрическую лампу, питаемую повышенным напряжением.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является умножитель, выполненный на двух операционных усилителях. На выход перво-4> го усилителя подается один из сигналов сомножителей, в выходной цепи его включен излучатель оптоэлектронного устройства, а в цепи отрицательной обратной связи — один из 50 фотоприемников (фоторези стор ) . .Вто" рой — фоторезистор включен на входе второго из сомножителей. Проводимость обоих фоторезисторов пропорциональна яркости светового потока из- 55 лучателя (электрической лампы), т.е. уровню одного из сигналов сомножителей. Так как коэффициент усиления

287 з этого усилителя пропорционален проводимости второго фоторезистора, то выходное напряжение его пропорционально сигналам обоих сомножителей. Первый фоторезистор обеспечивает оптическую обратную связь, что улучшает ли ней ност ь передаточной характеристики схемы t .3).

Указанный -умножитель характеризует ся бол ьши м дрейфом сопроти влений фоторезисторов (до 204), что вызывает дрейф второго усилителя, пропорцио" нальный его коэффициенту усиления, а также малым быстродействием фоторезисторов, что ограничивает рабо- чую полосу частрт до нескольких десятков сотен герц.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности умножителя, Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный умножитель содержащий два операционных усилителя, инвертирующий вход первого из которых через первый масштабный резистор подключен к первому входу . умножителя и соединен с первым Bbl водом второго масштабного резистора, инвертирующий вход второго операциоРного усилителя через третий масштабный резистор связан с его выходом, являющимся выходом умножителя, и через четвертый масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя, неи нвертирующие входы операционных у силителей соот вет ст венно через пятый и шестой масштабные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала, дополнительно введены два диодных излучателя, два транзисторных фотоприемника и седьмой и восьмой масштабные резисторы, причем к выходу nepeoro операционного усилителя подключены анод первого диодного излучателя, катод которого подключен ко второму выводу второго масштабного резистора, и катод второго диодного излучателя, анод которого через седьмой масштабный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, первый и второй диодные излучатели соответственно оптически связаны с первым и вторым транзисторными фотоприемниками, причем эмиттер . пер вог о т ран зи стор ного фотопри емни ка подключен к эмиттеру второго транзисторного фотоприемника и соединен со вторым входом умножителя, коллектор первого транзисторного фотопри3 10122 емника подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, коллектор второго транзисторного фотоприемника подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через восьмой масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя..

На чертеже приведена принципиаль- 1å ,ная схема предлагаемого усилителя, Схема включает масштабные резисторы 1-8 первый и второй операционные усилители 9 и 10, первый и второй светодиодные излучатели 11 и 12, пер- 5 вый и второй транзисторные фотоприемники 13 и 14, первый и второй входы

15, 16 и выход умножителя 17.

В соответствии с чертежом входной сигнал умножителя 01 через резистор

1 подается на вход 15 операционного усилителя 9, в цепи отрицательной обратной связи которого включены светодиодные излучатели 11 и 12. Входной сигнал умножителя 0 через резистор

4 подается на вход операционного усилителя 10, во входной цепи которого включены Фотоприемники 13 и 14, имеющие оптическую связь со светодиодными излучателями 11 и 13. Произве30 дение сигнапов умножителя снимается с выхода 1 7, операционного усилит еля 10 относительно шины нулевого потенциалаа.

Умножитель работает следующим образом.

Входной сигнал постоянного тока

О например) положительной полярности подается на вход операционного усилителя 9 в качестве сигнала одного из сомножителей, где усиливается и открывает светодиод 12, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 9. Яркость светового потока излучателя 12 про порциональна сигналу U, причем коэффициент пропорциональности равен коэффициенту усиления I< операционного усилителя 9. Одновременно на вход 16 операционного усилителя 1О подается сигнал U постоянного тока произвольной (положительной или отрицательной) tолярности в качестве второго умножителя.

Я

Светодиоды 11, 12 и транзисторы фотоприемника 13 и 14, включен55 ные во входной цепи операционного усилителя 10, образуют оптоэлектронное устройство. Когда 0у =О, свето87

I ф диоды. 11 и 12 закрыты, закрыты также и транзисторы фотоприемников 13 и 14. подключенные параллельно резисторам

4 и 8 мостовой схемы операционного усилителя 10. Сопротивления закрытого состояния транзисторов фотоприемников 13 и 14 велики (200-100 кОм) что не нарушает баланса мостовой схемы, составленной из резисторов 3,4,6, 8 и операционного усилителя 10. В результате сигнал Uy, приложенный ко входу 16, на выход 17 операционного усилителя 10 не проходит, так как является синфазным для обоих вхо-, дов операционного усилителя 10 сигналом. Этот сигнал ослабляется усилителем 10 на 70-80 дБ. При положительном постоянном сигнале U, равном нулю, открывается светодиод 12, который открывает транзистор фотоприемника 14. Это вызывает разбаланс моста резисторов 3, 4, 6 и 8 на входе операционного усилителя 10 и прохождение на выход 17 инвертированного сигнала Uy, усиленного в ky)g<, раз где R и К сопроти вления резисто ров 3 и 4 соответственно, причем чем больше сигнал, тем меньше значение ,рези стора 4 и тем больше коэффициент усиления усилителя 10 и произведение сигналов U1< и U на выходе умчожителя

Значение резистора 4 можно изме-. нять в пределах 100-50 Ом, что дает возможность не только обеспечить умножение двух сигналов, но и обеспечить их усиления в <,1 K К ; равное квадрату коэффициентов усиления операционных усилителей 9 и 1О.

При отрицательном входном сигнале

U> открывается светодиод 11, который открывает транзистор фотоприемника 13. Это при одит к уменьшению значения сопротивления Rg резистора

8 и обеспечивает прохождение на выход 17 и усиление сигнала U без ин3 вертирования его полярности. Однако основное назначение оптоэлектронной пары 1 1 и 1 3 я вляет ся компе нсация дрейфа характеристик как оптоэлект" ронного устройства, так и всего предлагаемого устройства. Компенсация дрейфа обеспечивается за счет балансной схемы включения транзисторов фотоприемников 13 и 14. Одинаковые из-менения сопротивлений транзисторов фотоприемников 13 и 14 не вызывают

Составитель Г. Рожнов

Редактор М. Келемеш Техред A. Дч Корректор С.шекмар

Заказ 2768/62 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 10122 разбаланса схемы моста, составленной из резисторов 3, 4, 6 и 8.

Предлагаемый умножитель по сравнению со схемами аналогов и прототипа обладает: высоким быстродейст вием, так как ширина nonocbl пропускания фототранэистора равна несколь-. ким сотням килогерц, а фоторезисторов, применяемых в схемах аналогов и прототипа, равна нескольким сотням 1в герц; высокой стабильностью и ли- . нейностью преобразован я, которые определяются балансной схемой предлагаемого устройства, обеспечивающей крмпенсацию дрейфа оптоэлектрон- 5 ных пар, и высокой линейностью операционных усилителей, в результате чего достигается точность 0,1-0,6 против 5-253 в известных; более простым, следовательно, более надежным и действенным, выполнением,так как операционные усилители и оптоэлектронное устройство являются миниатюрными приборами и легко выполняются в интегральном исполнении, Кро87

6 ме того, применение в предлагаемом

1 у ст рой ст ве оптоэле кт ро нных ми кросхем, например серии К2 49 ПК1 позволяет уменьшить дрейф светодиодов и фототранзисторов на два порядка и более эа счет стабилизации эмиттерных переходов фототранэисторов и примене- ния повторно кратковременного режима работы умножителя. Это не только улучшает характеристики предлагаемого умножителя, но и расширяет его функциональные возможности. Так, нап- . ример, за счет высоких коэффициентов усиления обоих усилителей предлагаемое устройство можно применять в качестве высокочувствительного нуль-органа или компаратора, не-обладающего гистерезисом - и дрейфом, преобразователя переменйого напряжения в постоянное и т,д, Описанные преимущества предлагаемого устройства позволяют применить его во многих областях электроники и измерительной техники,