CS231543B1 - Linearizovaný analogovo-logický optoelektronický převodník - Google Patents

Description

Vynález rieši linearizáciu prevodovej charakteristiky izolačného člena s dvojicou navzájom značné odlišných optrónov a získáme logických signálov pre velmi citlivú indikáciu znamienka pri nenulovej hodnotě vstupného signálu.

Doposial’ známe optoelektrické převodníky majú linearizáciu prevodovej charakteristiky vyrlešenú pomocou spárovanej dvojice optrónov s rovnakou nelinearitou, ktorá ka a s tým spojenú indikáciu nulovej hodristiky optoelektronického prevodníka vykompenzuje pomocou vhodného recipročného zapojenia optrónov. Indikáciu znamienka a s tým spojenú indokáciu nulovej hodnoty vstupného signálu spravidla tieto převodníky nemajú alebo je odvodená z analogového výstupu linearizovaného prevodníka. Jej citlivost je relativné malá. Tieto převodníky vyžadujú kvóli přenosu signálov obidvoch polarit nastavovat ktudové pracovně body optrónov v oblasti najmenších nelinearít a vyžadujú dostatočne stabilně napájacie zdroje alebo z nich odvodené referenčně napátia.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránené linearizovaným analógovo-logickým optoelektronickým prevodníkom podlá vynálezu, ktorého podstata je v tom, že dvojica optrónov s různými nelinearitami má budiče zapojené v sérii na jednosmernej straně diodového mostíka, ktorý má striedavý vstup cez dvojicu Zenerových diod připojený na výstup invertujúceho operačného zosilňovača a druhým polom spojený s izolovaným uzemněním. Přijímač vstupného optrónu je zapojený na jednosmernú stranu druhého diodového mostíka so striedavou stranou připojenou v spatnej vazbě invertujúceho operačného zosilňovača, na ktorého vstup je cez vstupný odpor připojený snímací bočník, druhým koncom spojený s izolovaným uzemněním. Přijímač druhého, výstupného optrónu je připojený medzi jednosměrný zdroj a vstup jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka. Výstup tohoto je spojený so vstupom jednokvadrantového linearizačného prevodníka, ktorý má potřebný počet linearizačných potenciometrov. Na jeho výstup je připojený operačný přepínač s analogovým výstupom a s přepínacím vstupom připojeným na výstup jedného z dvojice navzájom inverzných komparátorov, ktoré majú na referenčný vstup připojené odporové deliče, napájané z dvojice různých zdrojov. Komparátory majú vstupy spojené s uzlom jedného vývodu prijímača znamienkového optrónu a vyvažovacieho odporu, zatial' čo zvyšné vývody týchto sú připojené na dva různé zdroje. Budič znamienkového optrónu je připojený cez obmedzovací odpor medzi neuzemnený vývod striedavého vstupu prvého diodového mostíka a predpaťový zdroj s druhým pólom spojeným s izolovaným uzemněním.

Recipročným spojením dvojice optrónov zo strany budičov sa rovnaké zložky nelinearít ich prúdových převodových charakteristik navzájom vykompenzujú. Rozdieilnosf týchto nelinearít sa úplné vykompenzuje pomocou linearizačných potenciometrov jednokvadrantového linearizačného prevodníka. Oproti doterajšiemu stavu techniky sa tým dosahuje nový účinok, pretože možno použit dvojicu optrónov bez toho, aby sa premeriavali ieh charakteristiky a vyberali dvojice s dovolenými odchýlkami. Ďalej tým, že sa použije diodový mostík pre napájanie budičov obidvoch optrónov a druhý diodový mostík pre přijímač vstupného optrónu, umožňuje sa spracovať obidve polarity vstupného signálu a to bez nastavovania nenulových ktudových pracovných bodov optrónov, resp. bez použita ďalšej dvojice optrónov. Vylúči sa tak potřeba kvalitně stabilizovaných referenčných zdrojov, resp. zmenší sa potřebný počet optrónov. Jednokvadrantovým spracovaním signálov za výstupným optrónom, t. j. spracovaním iba jednej polarity signálov, sa tiež značné zjednoduší realizácia jednokvadrantového linearizačného prevodníka. Potřebný počet jeho linearizačných potenciometrov klesne na polovicu, pretože stačí nastavovat body súhlasu prevodovej charakteristiky optoelektrického prevodníka s ideálnou lineárnou převodovou charakteristikou iba pre jednu polaritiu vstupného signálu. Pre opatovné získanie obidvoch polarit výstupného signálu sa použije operačný přepínač, na ktorého riadenie sa využije jeden z komparátorov, ktorý je aj tak potřebný na získanie logickej veličiny pre indikáciu znamienka, resp. nulovej hodnoty vstupného signálu. Nakoniec, připojením budiča dalšieho, znamienkového optrónu na striedavý vstup prvého diodového mostíka, sa využije prahové napátie stvoříce diod zapojených pre jeden, resp. druhý směr prúdu v sérii. Získá sa tým velmi citlivá indikácia nulovej hodnoty vstupného signálu bez toho, aby sa zapájeli antiparalelně dvojice výkonových diod do výkonových obvodov, na ktoré je cez snímací bočník připojený linearizovaný analógovo-logický optoelektronický převodník podlá vynálezu.

Příklad konkrétného zapojenia linearizovaného analógovo-logického optoelektronického prevodníka podl'a vynálezu, je vysvětlený podl'a obrázku na pripojenom výkrese.

Na obr. je snímací bočník 1 jedným koncom cez vstupný odpor 2 připojený na vstup invertujúceho operačného zosilňovača 3, druhým koncom spojený s izolovaným uzemnením 4 na neinvertujúcom vstupe invertujúceho operačného zosilňovača 3. Na výstupe tohoto je cez dvojicu Zenerových diod 6, zapojených proti sebe, připojený voči izolovanému uzemneniu 4 striedavý vstup prvého diodového mostíka 5. Na jeho jednosmernom výstupe sú v sérii spojené svietivé diody, t. j. budiče vstupného optrónu 8, resp. výstupného optrónu 9. Medzi výstup a vstup, teda v zápornej spátnej vazbě invertujúceho operačného zosilňovaČa 3, je zapojená striedavá strana druhého diodového mostíka 7. S uzlom katód tohto mostíka je spojený kolektor a s uzlom anod emitor fototranzistora typu NPN prijímača vstupného optrónu 8. Kolektor fototranzistora typu NPN prijímača výstupného optrónu 9 je připojený na prvú svorku 12 spojenu s neuzemneným vývodom prvého zdroja 10. Emitor tohto fototranzistora je připojený na invertujúci vstup dalšieho operačného zosilňovaČa, t. j. jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka 14 s neinvertujúcim vstupom uzemněným. Medzi jeho vstup a výstup je připojený spatnovazobný odpor 15. Na výstup jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka 14 je připojený nesymetrický vstup jednokvadrantového linearizačného prevodníka 18. Súčasťou tohoto prevodníka je n linearizačných potenciometrov 17. Na nesymetrický výstup jednokvadrantového linearizačného prevodníka 18 je připojený přepínaný vstup 18 operačného prepínača 20 s analogovým výstupom 21 a s přepínacím vstupom 19, ktorý je připojený na druhý logický výstup 31 neinvertujúceho komparátora 28 s referenčným vstupom spojeným s odbočkou druhého odporového deliča 29, ktorý je připojený medzi prvú svorku 12 a uzemnenie. Další, invertujúci komparátor 26, ktorý má prvý logický výstup 30 a referenčný vstup, ktorý je spojený s odbočkou prvého odporového deliča 27 zapojeného medzi druhů svorku 13 a uzemnenie, má svoj vstup připojený spolu so vstupom neinvertujúceho komparátora 28 na emitor fototranzistora typu NPN prijímača znamienkového optrónu 23 s kolektorom spojeným s prvou svorkou 12 a tiež na jeden koniec vyvažovacieho odporu 25 s druhým koncom připojeným na druhů svorku 13 spojenú s neuzemneným vývodom druhého zdroja 11, pričom bežec odporu je spojený s jedným z jeho koncov. Budič znamienkového optrónu 23 má anodu připojenu cez obmedzovací odpor 22 na ten vývod dvojice Zenerových diód 8, ktorý je spojený so striedavým vstupom prvého diodového mostíka 5 a katodu na vývod predpatového zdroja 24 s druhým vývodom připojeným na izolované uzamnenie 4.

Napa f o vým signálom danej polarity na snímacom bočníku 1 je daná velkost a směr prúdu tečúceho cez vstupný odpor 2 na striedavý vstup druhého diodového mostíka

7. Prúd po usměrnění týmto mostíkom přetéká aj cez přijímač vstupného optrónu 3. Předpokládá to však, že na výstupe invertujúceho operačného zosilňovaČa 3 je dostatočné napatie opačnej polarity ako vstupné napatie na snímacom bočníku 1 a tiež to, že svietivá dioda, teda budič vstupného optrónu 8, je cez dvojicu Zenerových diód 8 a prvý diodový mostík 5 vybudený primeraným prddom. Invertujúci operačný zosilňóvač 3 takýmto zapojením vlastně splňa funkciu lineárneho prevodníka medzi absolutnou hodnotou vstupného napatia na snímacom bočníku 1 a výstupným prúdom vstupného optrónu 8. Dvojicou Zenerových diód 6 sa zaistí dostatočné napájacie napátie pre přijímač vstupného optrónu 8. Pretože budiče obidvoch optrónov 8, 9 sú zapojené v sérii a preteká nimi rovnaký prúd, pri upínej zhode charakteristik oboch optrónov by bol prúd prijímača výstupného optrónu 9 rovnaký, ako prúd prijímača vstupného optrónu 8 a teda by bol priamo úměrný absolútnej hodnotě vstupného signálu na snímacom bočníku 1. Bez akejkolvek ďalšej linearizácie, na výstupe jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka 14, ktorý teda pracuje iba s jednou polaritou signálu, by bolo napatie lineárně závislé od absolútnej hodnoty vstupného napatia na snímacom bočníku 1. V dósledku róznych vlastností optrónov 8, 9, bude táto závislost nelineárna. Linearizácia sa uskutoční v jednokvadrantovom linearizačnom převodníku 18, ktorý spracováva opat iba jednu polaritu signálov. Ten obsahuje linearizačné potenciometre 17. Ich počet n je daný počtom bodov, v ktorých sa má zosúhlasiť skutočná převodová charakteristika pre jednu polaritu vstupného signálu linearizovaného analógovo-logického optoelektronického prevodníka s ideálnou lineárnou převodovou charakteristikou. Po linearizácii sa získajú opat obe polarity signálu na analógovom výstupe 21 prostredníctvom operačného prepínača 20. Pomocou jeho prepínacieho vstupu 19 sa zadáva přenos signálu so změnou alebo bez změny jeho polarity. V danom případe, keď je na vstupe jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka 14 zapojený emitor fototranzistora typu NPN výstupného optrónu 9 a předpokládá sa, že obidva převodníky 14, 16 invertujú, potom pri kladnom, resp. zápornom vstupnom napatí na snímacom bočníku 1, operačný přepínač 20 signál neinvertuje, resp. invertuje. Na prepínacom vstupe 19 použitého známého zapojenia operačného prepínača 20 s operačným zosilňovačom a spínacím tranzistorom typu NPN, v prvom případe neinvertujúceho přenosu je potřebná L-úroveň signálu, v druhom případe invertujúceho přenosu je potřebná H-úroveň signálu. Preto je přepínací vstup 19 připojený na druhý logický výstup 31 z neinvertujúceho komparátora 28, ktorý pomocou H-úrovne signalizuje záporné znamienko vstupného signálu na snímacom bočníku 1. Vtedy je na výstupe invertujúceho operačného zosilňovaČa 3 kladné napatie a cez budič, aj přijímač znamienkového optrónu 23 preteká maximálny prúd. Na emitore prijímača tohto optrónu je voči uzemneniu kladné napatie, značné vačšej hodnoty, ako kladné referenčně napatie z druhého odporového deliča 29 na neinvertujúcom komparátore 28 a preto tento má svoj druhý logický výstup překlopený do H-úrovne. ínvertujúci komparátor 26 je při kladnom vstupnom napatí překlopený do L-úrovne. Pri kladnom vstupnom napatí na snímacom bočníků 1 cez budič znamienkového optrónu 23 nepřetéká prúd, pretože ínvertujúci operačný zosilňovač 3 dodává na anodu budiča zápornejšie napatie, ako je napatie na jeho katodě z predpaťového zdroja 24. Přijímač znamienkového optrónu 23 je tiež uzavretý a na jeho emitore je záporné napatie, ktoré neinvertujúci komparátor 28 překlopí do L-úrovne a Ínvertujúci komparátor 28 s malým záporným napatím na referenčnom vstupe z prvého odporového deliča 27 překlopí do H-úrovne.Tým sa indikuje nenulový kladný vstupný signál optoelektrického prevodníka. Znamienkový optrón 23 pracuje s trojhodnotovou logikou, pretože pri nulovom vstupnom napatí na snímacom bočníků 1 a teda aj pri nulovom napatí na výstupe invertujúceho operačného zosilňovača 3, preteká cez budič tohoto optrónu přibližné polovičný prúd. Vtedy je výstup znamienkového optrónu 23 vyvážený, t. j. pomocou vyvažovacieho odporu 25 je nastavené přibližné nulové napatie na vstupoch obidvoch komparátorov 26, 28. V dósledku malého kladného, resp. záporného napatia na referenčnom vstupe neinvertujúceho komparátora 28, resp. invertujúceho komparátora 28, je na prvom logickom výstupe 30 a súčasne na druhom logickom výstupe 31 L•úroveň. Tým sa indikuje nulová hodnota vstupného signálu optoelektronického prevodníka. Přitom maličká odchýlka vstupného napatia na snímacom bočníků 1 voči nule má za následok nepatrné vybudenie vstupného optrónu 8, teda maličký prúd tečúci cez prvý diodový mostík 5 a budiče optrónov 8, 9 a tým aj značnú hodnotu napatia na anóde budiča znamienkového optrónu 23, danú prahovým napatím štyroch diód v sérii. Toto napatie je iba o niečo nižšie, než pri plnom vstupnom napatí optoelektronického prevodníka. Příslušný komparátor 2S, resp. 28, indikuje pomocou H-úrovne nenulový signál.

Claims (1)

1. Linearizovaný analógovo-logický optoelektronický převodník, ktorý obsahuje celkové tri optróny, vyznačený tým, že budiče vstupného optrónu (8) a výstupného optrónu (9), sú do série zapojené na jednosměrně j straně prvého diodového mostíka (5), připojeného zo striedavej strany jedným vývodom na izolované uzemnenie (4] druhým vývodom cez dvojicu Zenerovýc.h diód (6), zapojených proti sebe, na výstup invertujúceho operačného zosilňovača (3) s neinvertujúcim vstupom spojeným s izolovaným uzemnením (4j a snímacím bočníkom (1), ktorý je druhým koncom cez vstupný odpor (2) připojený na vstup tohto zosilňovača, kde je připojený aj jeden vývod striedavej strany druhého diodového mostíka (7) s druhým vývodom spojeným s výstupom tohoto zosilňovača (3j, pričom na jednosměrně j straně tohto diodového mostíka (7) je připojený přijímač vstupného optrónu (8), zatiať čo přijímač výstupného optrónu (9) je připojený medzi prvú svorku (12) a vstup jednokvadrantového prúdovo-napaťového prevodníka (14) s výstupom připojeným na vstup jednokvadrantového linearizačného prevodníka (16) s počtom linearizačných potenciometrov (17) polovičným voči počtu bodov zhody skutočnej a ideálnej lineárnej prevodovej charakteristiky optoelektronického prevodníka a dalej výstup jednokvadrantového linearizačného prevodníka (16)

   YNALEZU je spojený s přepínaným vstupom (18) operačného prepínača (20), ktorý má analogový výstup (21) a přepínací vstup (19), ktorý je spojený s prvým logickým výstupom (30), resp. druhým logickým výstupom (31), invertujúceho komparátora (26) s prvým odporovým deličom (27) zapojeným medzi druhů svorku (13) a uzamnenie a svojou odbočkou připojeným na referenčný vstup tohoto komparátora, resp. neinvertujúceho komparátora (28) s druhým odporovým deličom (29) zapojeným medzi prvú svorku (12) a uzemnenie a svojou odbočkou připojeným na referenčný vstup tohoto komparátora, ktorého vstup, spolu so vstupom invertujúceho komparátora (26), je připojený na koniec vyvažovacieho odporu (25) spojený s vývodom prijímača znamienkového optrónu (23) a zvyšným vývodom prijímača spojeným s prvou svorkou (12) prvého zdroja (10) s druhým polom uzemněným, pričom druhá svorka (13) druhého zdroja (11) s druhým polom uzemněným je připojená na zvyšný koniec vyvažovacieho odporu (25) a budič znamienkového optrónu (23) je cez obmedzovací odpor (22) připojený medzi neuzemnené vývody, jeden zo striedavej strany prvého diodového mostíka (5) a druhý z predpaťového zdroja (24), ktorých uzemněné vývody sú spojené s izolovaným uzemněním (4).