Оптоэлектронное дифференцирующее устройство

 

ОПИСДНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 524201 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено27.11.74 (21) 2078429/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.08.76.Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 14.02.77 (51) M. Кл.

606 0 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК 681.325. . 65:621.374.33:

:621.383 (088.8) Г. К. Арутюнов (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ДИ ФФЕРЕНЫИРУЮШЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для дифференцирования входного сигнала, заданного в виде напряжения или светового потока, с получением выходного сиг нала как электрической, так и оптической природы.

Известны оптоэлектронные дифференцирующие устройства.

Одно из известных дифференцирующих устройств содержит инжекционный светодиод, преобразующий ток через емкость в световой сигнал, яркость которого пропорциональна току через емкость fl) . Недостатком устройства является узкий диапазон .работы.

Наиболее близким техническим решением к данному является оптоэлектронное дифференпирующее 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 выводами источника .постоянного напряжения. Каждый фотоприемник связан с одним из оптических входов устройства непосредственно, с другим через оптическую линию задержки, а через установленные последовательно поглощающий оптический фильтр и светоделительную пластину с выходом соответствующего светодиода (2) .

Однако такое устройство не может работать от электрического сигнала и выдает сигнал только электрической природы.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в него введены электронный блок задержки, включенный между электрическим входом устройства.и вторым входным резистором операционного усилителя, и переключатель, соединенный подвижным 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;

524201 р Разность Величин обеспечивается усилителем-инвертором блока задержки 3, инвертирующим знак ) в „< < — Ь )

В положении Q. переключателя 6, обеспечивающего отрицательную обратную электри29 ческую связь усилителя 5 за счет резисто„-а обратной связи 7, при наличии входных сигналов () „ (i) имеем выходной сигнал;

Я5 ьых я (Вх Вх

U = — — 1V (4)-U (t-d,t) 1

35 При малых 64 в первом приближении имеем

Б положении О KQHTQKT0B переключателя

6 усилитель 5 подключен ко Входам светодиодов 8 и 9. 4О

Световые потоки, формиру-емые светодиодами 8 и 9, через светоделительные пластины 10, 11 и поглошаюшие Оптические фильтры 12, 13 поступают на вход фотоприемников 14, 15 соответственно. Светоделительные пласт*|ны 10, ll в то же время обеспечивают поступление на оптические выходы выходных сигналов Ф и Ф„инверсных IIo отношению друг к другу. Фильтры 12, 13 обусловлива1от необходимый коэффициент Я) передачи чстройства.

Фотоприемники 14, 15 служат для годведения входных Оптических сигналов к усилителю 5, а также для обеспечения нормаль- 55 ной работы этого усилителя в режиме оптической обратной связи. Одним Выводом Фотоприемники 14., 15 подключены к клеммам противоположной полярности источника постоянного тока (фотоприемник 14 подклк?-60

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, поглошаюшие оптические фильтры 12, 13, фотоприемники (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 ) х И), то через резистор 2 подводится сигнал U®>(t-üÎ, где h4 — 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. Б положении CL контактов переключателя 6 цепь обратной связи операционного усилителя 5 замыкается через резистор отрицательной обратной связи

7, который обеспечивает электрическую связь между ВхОдОм и Вь?ходом устрОйстВа* чен к 0, а фотоприемник 15 — к — Я ), а другим — ко входу усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

При входном напряжении U „(1) 0, поступающем на вход резистора 1 и одновременно на блок задержки 3, благодаря усилителю-инвертору имеем на входе усилителя 5 сигнап положительной полярности, если U>> М во времени нарастает, и отрицательный, если оно убывает, При этом сигнал с о отв етствует напряжению. ()-()вх()- )вх(- ) где — сопротивление резисторов 1, 2;

%> — сопротивление резистора 7.

Разделив и умножив правую часть на

Л, имеем R ьЕ gU

Вх

dU

ВХ

Ъ ь|Х д эз

С где С . — коэффициент пе3

1 редачи дифференциатора при входном и выходно . электрических сигналах.

При нарастаюшем U В х ииеем

UBI,iX Oy при убывающем U „имеем въ

При U „«Q имеем обратную картину, т.е. при нарастающем 0щх величича

U В- х ?О, пРИ Убывающем U в имеем

Бъых О. р положении 6 переключателя 6, обеспечиваюшего Отрицательную оптическую связь, имеем выходной световой поток Ф1 или Фц

При этом Ф соотвстствует сигналам отрицательной полярности, а Ф вЂ” сигналаМ пс ложительной полярности, 524201

При U „-0 и нарастающем входном то- лу ке ЭЗх, равном

U (t) - U (4-at)

ЗХ ВХ

ВХ R

Ь на выходе усилителя 5 возникает отрицательное напряжение, в результате чего загорается высвечива:ощий светодиод 8 и оптический 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 3 -3 = 0 (О

ВХ 15

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

20 прозрачное зеркало 10 и поглощающий тический фильтр 12 поступает на выход канала оптической связи и на фотоприемник 14.

Если U C 0 и его значение нарастает, вх то имеем: 9 =0>

du „ рэ

Если УВ„L О и его значение убывает, то имеем б11 „

Фэ d4 а

Ф,=о

При наличии оптического сигнала% в„(О, соответствующего значениям положительной полярности, его подводят на вход фотоприемника 14 и через оптическую линию задержки 16 на фотоприемник 15. При этом на входе усилителя 5 появляется ток

3 =3 +K9 (4)-3 -1ЪФ (t — at)

ВХ О ВХ О ВХ

1 где

J о

К— темновой ток; передаточный коэффициент фотоприемников 14, 15; световой поток, проходящий через фотоприемник 15, Ф„

=3 +) о K ток, будет л1. К dU

Зх вх

At,И коэффициент, 45 где С, фэ ) характеризующий устройство при обратной оптической связи и входном электрическом сигнале.

При этом Ф у в канале оптический свя- > зи равен нулю.

Если 7Вх 0 и убывает, то имеем: ф =Q

МЬ dU du а 1ф ВХ ВХ

Действительно, при 3зх 0 на выходе Операционного усилителя 5 появляется напряжение положительной полярности, в результате чего загорается светодиод 9 и оптический поток обратной связи через по- Ю

ЗО где К вЂ” коэффициент поглощения on13 тического фильтра 13.

Так как темновой ток 3 фотоприемника 15 компенсируется темновым током 3g фотоприеьщика 14, имеем, исходя из форму- 35 лы (1) Ф U (4) -U (4-д1)

77 ВХ ВХ

3 =К вЂ”вЂ”

ВХ 7i

1 1

Л,„=К Ф,„Ct)-Ф,„<а-at))

Если Ф> (t) нарастает, то 3в 0

В положении а переключателя 6 выходное напряжение U

ВЫХ на основании

+.1 =0

ВЫХ где

3 = 1

7 К

Обусловленное электрической обратной связью и большим коэффициентом усиления усилителя, будет и„,„=-а, к,„<ц-Ф,„к-аи1,, т удс.1 = — R .К h+ — = — C вх» аФ

Вых 7 эф д > где Сэф Я7 И Ь1 — коэффициент, характеризующий устройство при входном оптическом и выходном электрических сигналах.

ПРи этом, если Ф в„наРастает, то Ивы„ 0, а если ф убывает, то U .ъ 0 вых

При наличии оптического сигнала Ф „Ю, соответствующего значениям отрицательной полярности, его подводят на вход фотоприемника 15 и через оптическую линию задержки

17 на фотоприемник 14. Нетрудно вычислить, что вх, С7ф э =-я кы — = — с

ЗЫХ 7 д.6 у И при атом, если@ qq нарастает, то 0вых>0, а если ф В» убывает, то l3 > <{), При наличии оптического сигнала ф,, соответствующего значениям положительной (отрицательной) полярности и положении 8 переключателя 6, обеспечивающего отрицательную обратную оптическую связь, и на

524201 основании равенства токов на входе усилителя 5 имеем

3 -3 =О иаи -3 +3 =0, ъх Ф вх

II 1 где, и ., — токи, обусловленные зна- > И ченияф световых потоков Ф и Фи 3g> ток, обусловленный значением Ф „, з,„=<< Ф „<м-Ф <а-ьа> о, что вызывает на выходе усилителя 5 отрицательный потенциал. В результате срабатывает светодиод 8, и световой поток ф поступает на выход канала оптической связи Фи

Звх = 34

П 13 иФ аФ откуда ф К а — =Сф и at = Ф at где С вЂ” коэффициент передачи, харак- go теризующий устройство при входных и выходных оптических сигналах. При Ф с убывающем имеем 3 „ О, что вызывает на выходе усилителя 5 положительный потенциал. В результате срабатывает светодиод 9, и све- 2б товой поток ф поступает на выход канала оптической связи дф d4 ф =К at — *=С вЂ”

iX Д Д1

Значения ф и ф» соответствуют сигналам отрицательной и положительной полярности соответственно. При ф », соответствующем отрицательным значениям, при

4 » нарастающем, имеем

ФФа ;

d4 а при Ф убывающем имеем ф аФ и Иat

Наличие реактивностей на входе опера- 40 ционного усилителя предложенного устройства позволяет исключить появление самовозбуждения. Кроме того, устройство позволяет решитв вопрос электромагнитной совместимости при совместной работе электрических аналоговых устройств и оптоэлектронных.

Формула изобретения

Оптоэлектронное дифференцирующее усч ройство, содержащее операционный усилитель, вход которого соединен через первый входной резистор с электрическим входом ycr ройства, с резистором обратной связи и через пару фотоприемников с разноименными выводами источника постоянного напряжения, каждый фотоприемник связан с одним из оптических входов устройства непосредственно, с другим — через соответствующую оптическую линию задержки, а через установленные последовательно поглошающий оптический фильтр и светоделительную пластину - с выходом соответствующего светодиода, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены электронный блок задержки, включенный между электрическим входом устройства и вторым входным резистором операционного усилителя, и переключатель, соединенный подвижным 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. св СССР № 281550, кл.

Н 03 к 19/00 от 25.02.69 r.

2. Авт. св. СССР № 300867, кл.

& 02 f 3/00 от 28.07.69 r.

524201

Составитель Ю. Козлов

Техред д. Ковач Корректор Ь. Югас

Редактор Л. Утехина

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

Заказ 4972/410 Тираж 864 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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