Оптоэлектронный функциональный преобразователь

Авторы патента:

G06G9 - Аналоговые вычислительные машины (аналоговые оптические вычислительные устройства G06E 3/00; компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N)

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТЬРСКЬМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u)744652 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 240178 (21) 2573114/18-24 с присоединением заявки Noâ€” (23) Приоритет

Опубликовано 300680. Бюллетень ¹ 24 (51)M. Кл.

G G 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыти и (53) УАК 681. 335. .8 (088.8) Дата опубликования описания 3006.80 (72) Автор изобретения

В.A. Мальцев

Горьковский политехнический институт (71) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике.

Известны универсальные диодные функциональные преобразователи, KQторые осуществляют кусочно-.линейную. аппроксимацию монотонных функций(1).

Преобразователь имеет ряд входов, которые используются для подключения постоянных резисторов, сопротивления нагрузки н диодов. Переменные резисторы служат для коррекции расчетных значений постоянных резисторов и учета неидеальных ключевых характеристик диодов. Установка расчетных величин напряжений срабатывания диодов осуществляется при помощи ниэкоомного реостата, имеющего и перемещающихся движков, или при помощи последовательной цепи из сопротивлений, подключенных к источнику постоянного на- 20 пряжения, Однако для перестройки пассивного диодного функционального преобразователя, на котором смоделирована 25

Функция с убывающей первой производной, на функцию с возрастающей первой производной требуется изменение полярности включения диодов и включения на выходе преобразователя отри цательного компенсирующего напряже- ния, а это означает измененйе электрической схемы устройства и является поэтому сщественным недостатком.

° Известен также фотоэлектрический преобразователь, у которого характеристика преобразования подающего излучения в выходное напряжение имеет вид заданной функции (2). Преобразователь содержит каскад преобразующих элементов, причем на концах преобразующих элементов подсоединены выпрямители обратной полярности. Все выпрямители подключены так, что для постоянного падающего излучения они . обладают соответствующими токами ко1роткого замыкания Необходимость в перестройке преобразователя при пе.реходе к другой функциональной зависимости является его недостатком. ю

Известен также Электронно-оптичес». кий преобразователь (3), содержащий несколько блоков, состоящих из последовательно соединенных фотодиодов и блокинг-диодов, одни выводы которых соединены вместе и подключены к выходу преобразователя, а другие выводы соединены через резисторы. В пре.образователе также имеется блок, на

744652

1 который подается напряжение для получения обратного смещения блокингдиодов на выводах реэйсторов и поступает напряжение пилообразной ФОрмы для получения прямого смещения. В преобразователе выделяется выходной сигнал за счет вычитания из фототока, получаемого от общего соединительного зажима, сигнала, задержанйого только на время развертки этого тока в каждом блоке.

К недостаткам такого преобразователя относятся ограниченный 1тнапазон воспроизводимых функций и слабая помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь на фотодиодных оптронах (4).

Преобразователь содержит диоднорезистивные ячейки с оптронами светодиод-фотодиод, каждый из светодиодов которых включен последовательно с регулировочным и ограничительными резисторами между первым и вторым, соединенным с общей шиной, выводами источника опорного напряжения, один вывод фотодиода каждого оптрона

" соединен со входом преобразователя, а другой через встречно включенный диод вЂ” с соответствующим входом делителя напряжения, сопротивление нагрузки подключено одним выводом последовательно с делителем напряжения к первому выводу источника напряжения, а второй вывод резистора вместе со вторым выводом источника опорного напряжения подключен к общей шине.

Недостатками такого преобразователя являются узкий класс воспроизводимых функций, небольшой диапазон изменения выходного сигнала и низкая помехозащищенность.

Цель изобретения вЂ” расширение класса воспроизводимых функций, диапазона изменения выходного сигнала и повышение помехозащищенности преобразователя..

Поставленная цель достигается тем, что оптоэлектронный функциональный преобразователь дополнительно содержит второй и третий источники входных сигналов и два развязывающих оптрона светодиод-фоторезистор, светодиод первого развяэывающего оптрона подключен катодом к шине нулевого потенциала, а анодом вЂ” к первому выводу делителя напряжения, светодиод второго развязывающего оптрона под. ключен катодом к второму выводу делителя напряжения, а анодом вЂ” к вы воду источника опорного напряжения, фоторезисторы развязывающих оптронов одними выводами соединены с нагрузочным резистором, а вторыми подключены к разнополярным выходам второго и

:йретьего "Йсточников входных сигналов

На Фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронного функционального преобразователя, а на фиг, 2. вЂ” эквивалентная схема преобразователя относительно к-й

Оптоэлектронный функциональный ! преобразователь содержит нагруэочный резистор 1, делитель 2 напряжения., имеющий и перемещающихся движков и

1О п диодно-резистивных ячеек 3, каждая из которых содержит диод 4, ограничительный 5,регулировочный б резисторы и оптрон 7 светодиод-фотодиод, причем фотодиод 8 оптрона 7 и диод 4

15 включены непосредственно в цепь преобразователя, а светодиод 9 оптрона 7 и резисторы 5 и б вЂ” в цепь изготов-. ления, источник 10 опорного напряжения, источники 11, 12, 13 входных сигналов и два развязывающих оптрона

29 14, IS, светодиоды 16 которых включены во входную, а фоторезисторы 17вЂ” выходную цепь преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

25 При величине сопротивления фоторезисторов 17, много большей значения сопротивления нагрузки, напряжение выхода у PL ц (U « 1сд Ux 1сдf) ° где а вЂ” коэффициент передачи фоторезисторных развязывающих оптронов 14, 15, имеющий размерность (Ом . A );

35 Вм вЂ” сопротивление нагрузки

T,ä„,% вЂ” токи светодиодов 16 оптронов 14 и 15, соответственно.

С целью определения токов 1 д„ и

1,д можно представить эквивалентную схему преобразователя относительно

40 к-й ячейки в виде, изображенном йхк на фиг. 2; где В „. = сопротивление той части делителя напряжения, которая лежит слева от движка к-й

45 ячейки, а Вх = R(t - хк)6 вЂ” сопротивление участка, лежащего справа от координаты хк движка к-й ячейки. Фототок ячейки 1, „разделяется на два: хк

5() T+„= Iq,„(I вЂ” вЂ” ), текущий влево по

В делителю, и ? .1 вЂ” вЂ” текущий впрахк

cp< = рк во. Кроме фототока по делителю течет

U ток смещения 1 = вЂ” . Таким образом, 55 токи, протекающие по светодиодам 16, h n о

1„1, Ы„,=1,+ 1 „--,Ьх„1 „, р щ Подставив выражения для I, и 1,д из выра)кений (2) и (3) в (1), при

UX s -- U x . U получим

Uó AU Re> 1m«= ((1Х4 )

T. е. при Охз(1 Х1- U" Форма выходного 5 74

Ф напряжения однозначно определяется распределением фототока по ячейкам.

Использование напряжения U» и Ux в качестве входных позволяет значительно расширить класс моделируемых функций от функции одной переменной

Пу Е(П» ) до функции нескольких пе1 ,ременных U - f (U», U»,U»з) .

Благодаря току 1„, протекающему через светодиоды 16, их рабочая точка выводится на линейный участок с . высоким, коэффициентом передачи по току. Заземление источника 10 опорного напряжения 10 и введение развязывающих оптронов 14, 15 значительно увеличивает помехозащищенность устройства. Усилительные свойства фоторезисторных развязывающих оптронов 14, 15 позволяет увеличить масштаб моделируемой функции.

Формула изобретения

Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий диоднорезистивные ячейки с оптроном светодиод-фотодиод, светодиоды ячеек соединены анодом с выводом источника опорного напряжения, а катодом через последовательно включенные регулировочный и ограничительный резисторывЂ” с шиной нулевого потенциала, фотодиоды ячеек соединены одним выводом с выходом первого источника входного сигнала, а другим через встречно включенный диод вЂ” с соответствующим

4652 входом делителя напряжения, и нагрузочный резистор, соединенный с выходом преобразователя, о т л и,ч а ю шийся тем, чторс целью расширения класса воспроизводимых

5 функций, диапазона изменения выходного сигнала и повышения помехозащищенности преобразователя, он дополнительно содержит второй и третий источники входных сигналов и два развязывающих оптрона светодиод-фоторезистор, светодиод первого развязывающего оптрона подключен катодом к шине нулевого потенциала, а анодомк первому выводу делителя йапряжения, светодиод второго развязывающего опт; рона подключен катодом к второму выводу делителя напряжения, а анодомк выводу источника опорного напряжения, фоторезисторы развязывающих

;оптронов одними выводами соединены

20 с нагруэочным резистором, а вторыми подключены к раэнополярным выходам второго и. третьего источников входных сигналов.

1 Источники информации

25 принятые во внимание при экспертизе

1. Смолов В. Б. Аналоговые вычислительйые машины. М., Высшая школа, 1972, с. 269.

2. Патент CtdA М 3427459, 30 кл. 250-209, опублик. 1969.

3. Патент Японии Р 47-15975, кл. 97 (5) Дl, опублик. 1972.

4,. Авторское свидетельство СССР

Р 515127, кл. G 06 Я 9/00, 1975

З5 (прототип) °

744652 фиг.1 Ф г 2

Составитель Ю. Козлов