Оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей

 

Союз Соеетсиик

Социалистические

Республии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 05. 11.79 (21) 2835824/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 15.08.81- Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 18 08 81 (53}N. Кл.

Н 03 К 17/78

Геоуддрстевеиыа комитет

СССР ае делам кэобретекнк и открытий (53) УДК 821. .382(088.8} (72) Авторы изобретения ц и т .-н:-у„ нов ие-" " н

B. Г. Данилюк и М. Б. (71) Заявитель (54} ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО

РАЗДЕЛЕНИЯ ЫЕ ПЕЙ

Устройство относится к аналоговой измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля, связи и телеметрии.

Известно оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей -на базе

5 дифференциальной оптической связи, содержащее источник сигнала входной цепи, два резистора, один светодиод, два фотодиода,. два источника гока и два операционных

tO усилителя Pl).

Недостатки этого устройства — сложность обеспечения согласованности фотодиодов и светопередающих трактов, а также сложность сохранения согласованности

t$ параметров в широком диапазоне измерения температур.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей, содержащее источник входного сигнала, два резистора, две оптические пары "светоди од фотодиод», два источника тока и три операционных усилителя, причем катод светодиода первой оптической пары подключен одновременно к кнвертирующему входу первого операционного усилителя, к источнику тока входной цепи и к резистору входной цепи, который подключен к общему проводу входной цепи. Анод этого светодиода подключен к выходу первого операционного усилителя, а его неинвертирующий вход соединен с источником сигнала входной цепи. Катод фотодиода первой окткческой пары соединен с анодом фотодиода второй оптической пары к с инверт Hp щим входом второго операционного усилителя, а его некнвертирующкй вход опт временно подключен к общему проводу выходной цепи, к аноду фотодиода первой оптической пары к к катоду фотодиода второй оптической пары, выход же второго операционного усилителя соединен с анодом светодиода втсрой оптической кары, а катод светодиода втсрой оптической пары одновременно подключен к источнику тока выходной цепи, к резистору выходной цепи

8560 и к неинвертируюшему входу третьего операционного усилителя, ннвертирующий вход которого соединен с выходной цепью оптоэлектронного устройства.

Недостатки этого устройства — необходимость пол-онки оптических пар по коэффициентам передач по току и сложность выравнивания температурных коэффициентов обеих пар, т.е. низкая линейность.

Е ель изобретения — повышение линейно- 1О сти оптоэлектронного устройства гальванического разделения цепей.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей, содержащее источник входнм о сигнала, два резистора, два светодиода и два фотодиода, два источника тока, три операционных усилителя, причем катод первого светодиода подключен K co2О ответствующему источнику тока и к резистору входной цепи, который подключен к общей шине, анод этого 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 второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого и соответственно анод и катод первого и второго фотодио30 . дов объединены и подключены к общей шине, выход второго операционного усилителя соединен с анодом второго светодиода, катод которого подключен к соответствующему источнику тока и к резистору выход- З н,й цепи, подключенному к общей шине, инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с выходной шиной устройства, дополнительно введены два светодиода, два фотодиода, два источника тока 4О и два резистора, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подсоединен к катоду третьего фотодиода и к аноду четвертого фотодиода, а соответст« венно их анод и катод объединены и под- 45 ключены к обшей шине, выход первого опе рационного усилителя подключен к катоду третьего светодиода,. aего анод соединен с соответствующим резистором входной цепи, подключенным к общей шине и с соот- 50 ветствующим источником тока, выход второго операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя и к катоду четвертого светодиода, анод которого подключен к соответствующему резистору выходной цепи, соединенному с общей шиной, и к соответствующему источнику тока.

07 Д

На чертеже приведена функциональная схема оптоэлектронного устройства гальванического разделения цепей.

Устройство содержит источник 1 входного сигнала, три операционных усилителя

2-4, два резистора 5 и 6 входной цепи, два резистора 7 и 8 выходной цепи, светодиоды: первый 9, второй 10, третий

11, четвертый 12, фотодиоды: первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16, два источника 17 и 18 тока входной цепи, и два источника 19 и 20 выходной цепи, а также общую шину 21 входной це. пи и общую шину 22 выходной цепи.

Источник 1 входного сигнала, подключен к неинвертируюшему 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 светодиода

9 и катоду светодиода 11, катод и анод которых соответственно подключены к резисторам 5 и 6. Фотодиоды 13 и 14 своими катодом и анодом соответственно подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 3, выход которого соединен с анодом светодиода 10 и с катодом светодиода 12, а также с неинвертирующим входом операционного усилителя 4, а их .катод и анод подключены к резисторам 7 и 8. Анод и катод фотодиодов 13 и 14, а также неинвертирующий вход операционного усилителя 3 объединены и подключены к общему проводу выходной цепи. Источники 17 и 20 тока подключены соответст»> венно к резисторам 5-8 входной и выходной цепей относительно общей шины 21 и

22. Инвертируюший вход операционного усилителя 4 соединен с выходной цепью всего оптоэлектронного устройства.

Устройство гальванического разделения цепей работает следующим образом.

При подаче, например, положительного напряжения с источника 1 входного сигнала через операционный усилитель 2 на светодиод 9 поступает приращение тока, а на светодиоде 11 ток уменьшается.

При 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 "-8 таким образом, что находятся по току в середине выбранного рабочего диапазона. Сигнал от фотодиодов 15 и 16 поступает в цепь

5 8 отрицательной обратной связи операционного усилителя 2 таким образом, что если коэффициент передачи операционного усилителя 2 стремится к то коэффициент передачи всего каскада с отрицательной обратной связью, операционный усилитель 2, светодиоды 9 и 11, фотодиоды

15 и 16 будут .стремиться к 1.

Соответственно происходит изменение тока в фогодиодах 13 и 14 и напряжения на выходе оперативного усилителя 3, прк этом изменяется и яркость на светодиодах 10 и 12, причем на светодиоде 10увеличивается, 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 вызывает аналогичное действке стабилизации коэффициента усиления всего каскада, как и в предыдущем каскаде.

Кроме того, появляется общая цепь огрицательной обратной связи, действующая с выхода операционного усилителя 3 через светодиоды 10 и 12, фотодиоды 15 и 16 на инвертирующий вход операционного усилителя 2. Таким образом, устройство содержит две цепи местной отрицательной обратной связи к одну цепь общей отрицательной обратной связи, действующей с выхода операционного усилителя 3 íà ахоа операционного усилителя 2. Аналогично работает схема прк поступлении отрицательного входного напряжения. Увеличива» ется яркость свечения светодиода 11, а светодиода 9 — уменьшается. Ток фогоднода 16 увеличивается, фотодиода 15 — уменьшается. Ианное изменение яркости светодиодов 9 и 11 вызывает и изменение тока через фотодкоды 13 и 14, включенные во входную цепь операционного усилителя 3. Г1ри этом потенциал на выходе операционного усилителя 3 получает отрицательное приращение, яркость светодиода

1 1 увеличивается, а на светодиоде 9— уменьшается. Но так как этн светодиоды освещают также фотодиоды 13 и 14, го замыкается цепь местной обратной связи (операционный усилитель 3, светодиоды

10 и 12, фотодиоды 13 и 14у. Аналогичное изменение происходит и в канале операционного усилителя 2. С помощью источников 17-20 тока задается начальное смещение в рабочую точку на светодиодах

S и 11, 10 к 12. Операционный усилитель 4 является буферным. Входные и выходные сигналы поступают в данном устройстве относительно общих шин 21 и 22.

56007 6

Такая ",.схема позволяет передавать двухполярные сигналы с коэффициентом передачи, равным 1 до величины 10.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую линейность.

Ф ор мула из обретен ия ля подсоединен к катоду третьего фогоао диода н к аноду чегвергжо фогодкода,а соответственно кх анод и катод обьединены н подключены к обшвй шине, выход первого операционного усилителя подключен к катоду третьего светодиода, а его анод соединен с cooraercray«

45, ютцкм резистором входной цепи, подключенным к общей шине и с соответствующим источником тока, выход второго операционного усилителя подключен к неинверткруюитему входу т ретьего операционного усилителя и к катоду четвертого светодиода

1 анод когщэого подкжочен к соответствующему резистору выходной цепи, соединен- ному с общей шиной, и к соответствующему источнику тока.

Исгочйнкк информации, принятые во внимание при экспертизе

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

f0

ЗО

Оптоэлектронное устройство гальванического разделения цепей, содержащее источник входного сигнала, два резистора, два светодиода и два фотодиода, два источника тока, три операционных усилителя, причем катод первого светодиода подключен к соответствующему источнику тока и к резистору входной цепи, который подключен к общей шине, анод этого светодиода подключен к вькоду первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником входного сигнала, катод первого фотодиода соединен с анодом второго фотодиода к с инверткрующим входом вгорого операционного усилителя, неннвергкрующий вход которого к соответственно анод и катод первого и второго фогоднодов объединены и подключены к обтцвй шине, выход второго операционного усилителя соединен с анодом второго свегодиода, катод которого подключен к соответствующему источнику тока и резистору выходной цепи, подключенному к общей шине, ннвертнрукицнй вход третьего операционного усклигеля соединен с выходной шиной устройства, î r n к ч а ю» щ е е с я тем, что, с целью ковышенкя линейност к, дополнительно введены два светодиода, два фогодкода„два источника тока и два резистора, прн этом кнвертирующий вход первого операционного усилите856007

3

Составитель Л. Багян

Редактор И. Касарда Техред А.Савка Корректор О. Билак

Заказ 6965/86 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4