CS235239B1 - Linearizováný optoelektronický převodník s nulovým indikátorom - Google Patents

Abstract

Ůčelom vynálezu je linearizovať převodová charakteristiku izolačného člena s dvomi optrónmi rozdielnych vlastností a tiež citlivo indikovat nulovú hodnotu vstupného signálu. Dosiahne sa to připojením dvoch nesúhlasných vývodov prijímačov oboch optrónov (6, 7) na vstup prúdového· zosilňovača (12), pričom budič vstupného optrónu (6) je připojený na jednosměrná stranu diodového mostíka (5), ktorého striedavá strana je připojená medzi výstup a spátnovazobný vstup napaťovo-prúdového prevodníka (3), na ktorý sa privádza vstupný signál, kým budič výstupného optrónu (6) je zapojený medzi výstup prúdového zosilňovača (12) a vstup linearizačného prúdovo-napátového prevodníka (13) s linearizačnými potenciometrami (14). Výstup tohto prevodníka (13) je připojený na vstup prepinača polarity (15), z ktorého je vyvedený analogový výstup a ktorý má přepínací vstup spojený s výstupom jedného z dvoch komparátorov (23, 24) připojených na výstup znamienkového optrónu (20). Budič tohto znamienkového optrónu (20) je připojený medzi výstup napaťovo-prúdového prevodníka (3) a predpaťový zdroj (21). Komparátory (23, 24) majú dva logické výstupy (25, 26) pre indikáciu polarity i nulovej hodnoty vstupného signálu.

Description

235239 4

Vynález rieši linearizáciu prevodovej cha-rakteristiky izolačného člena s dvojicou ne-spárovaných optrónov a citlivá indikáciu nu-lové] hodnoty vstupného signálu.

Doposial' známe optoelektronické převo-dníky sú linearizované pomocou spárovanejdvojice optrónov v zapojeniach, ktorými savzájomne kompenzujú dve rovnaké nelinea-rity. Přenos signálov obidvoch polarit sa rie-ši nastavením vhodného pracovného bodu voblasti najmenších nelinearít použitej dvo-jice optrónov. Tieto optoelektronické pře-vodníky spravidla ani nemajú indikáciu nu-lovej hodnoty vstupného signálu alebo akmajú, potom je jej citlivost relativné malá.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránenélinearizovaným optoelektronickým prevod-níkom s nulovým indikátorom podlá vyná-lezu, ktorého podstata spočívá v tom, žedvojica nespárovaných optrónov má dvavzájomne nesúhlasné vývody prijímačovspolu připojené na vstup unipolárneho prú-dového zosilňovača, pričom vývodu budičavstupného optrónu sú připojené na jedno-směrná stranu diodového mostíka, ktoréhostriedavá strana je připojená na výstup na-paťovo-prúdového prevodníka, na ktoréhovstup je připojený snímací bočník. Vývodybudiča druhého, výstupného optrónu, sú při-pojené medzi výstup unipolárneho prúdové-ho zosilňovača a vstup unipolárneho linea-rizačného prúdovo napaťového prevodníka,ktorý má linearizačné potenciometre aktorého· výstup je připojený na přepí-nač polarity, z ktorého je vyvedený vý-stup linearizačného optoelektronického pre-vodníka a ktorý má přepínací vstuppřipojený n,a jeden z dvoch logickýchvýstupov dvojice komparátorov. Kompará-tory sú navzájom inverzně a ich vstupy súpřipojené na výstup z prijímača ďalšieho,znamienkového optrónu. Výstup znamienko-vého optrónu je súčasne spojený s vyvažo-vacím potenciometrom a budič tohto optró-nu v sérii s obmedzovacím odporom je při-pojený medzi výstup napaťovo-prúdovéhoprevodníka a jeden pól predpaťového zdro-ja. Druhý pól predpaťového zdroja, spolus jedným z dvojice vstupov napařovo-prú-dového prevodníka a jedným polom sníma-cieho bočníka, je spojený s izolovaným u-zemnením, zatial1 čo ostatná část schémymá společný vývod vytvořený ako samostat-né uzemnenie. Připojením nesúhlasných vývodov prijí-mačov dvojice optrónov na vstup unipolár-neho prúdového zosilňovača a budiča vstup-ného optrónu na výstup diodového mostíka,respektive budiča výstupného optrónu med-zi výstup unipolárneho prúdového zosilňo-vača a vstup unipolárneho linearizačnéhoprúdovo-napáťového prevodníka, sa vytvoříprotispojenie optrónov, v ktorom sa zhodnézložky nelinearít optrónov vykompenzujú arozdiely nelinearít sa vykompenzujú v uni-polárnom linearizačnom prúdovo-napaťovompřevodníku. Výhoda unipolárnosti spracova- nia signálov, t.j. spracovania iba jednej po-larity signálov, je v tom, že linearizácioujednej vetvy prevodovej charakteristiky sasúčasne získá linearita pre obidve polaritysignálu. Nie je přitom potřebné nastavovat'kludové pracovně body, pre ktoré sú potřeb-né dostatočne tepelns aj časové stabilnějednosměrné zdroje. Dosiahne sa tiež novýúčinok tým, že je možné použit v podstatěakúkolvek dvojicu optrónov značné rozdiel-nych vlastností. Připojením znamienkovéhooptrónu na výstup napaťovo-prúdového pre-vodníka, kde je připojená striedavá stranadiodového mostíka, sa umožní jednak indi-kácia polarity vstupného signálu a tiež vel-mi citlivá indikácia nulovej hodnoty vstup-ného signálu. Přitom připojením jednéhoz logických výstupov na přepínací vstup pre-pínača polarity sa opáť získajú obe vetvyprevodovej charakteristiky optoelektronic-kého prevodníka, ktoré sa unipolarizovalipřipojením diodového mostíka na výstup na-paťovo-prúdového prevodníka.

Na priloženom výkrese je schéma zapoje-nia konkrétného prevedenia linearizačnéhooptoelektronického prevodníka s nulovýmindikátorom.

Na obrázku je jeden vývod snímaciehobočníka 1 spojený cez vstupný odpor 2 sinvertujúcim vstupom operačného zosilňo-vača, t.j. napaťovo-prúdového prevodníka 3,ktorého neinvertujúci vstup je spolu s dru-hým vývodom snímacieho bočníka připoje-ný na izolované uzemnenie 4. Medzi výstupnapaťovo-prúdového prevodníka 3 a jehoinvertujúci vstup je připojená striedavá stra-na diodového mostíka 5. Na jednosmernejstraně diodového mostíka 5 je připojený bu-dič vstupného optrónu S, ktorého přijímačmá kolektorový vývod připojený na prvúsvorku 19 prvého zdroja 8 s druhým polomuzemněným. Emitorový vývod prijímačavstupného optrónu 6 je spojený s kolektoro-vým vývodom prijímača výstupného optrónu7 a tiež je spojený s invertujúcim vstupomďalšieho operačného zosilňovača, t.j. uni-polárneho prúdového zosilňovača 12 s ne-invertujúcim vstupom uzemněným. Emito-rový vývod výstupného optrónu 7 je připo-jený na druhů svorku 11 druhého zdroja 9s druhým polom uzemněným. Na výstup u-nipolárneho prúdového zosilňovača 12 jepřipojená katoda a na vstup unipolárneholinearizačného prúdovo-napaiového prevod-níka 13 je připojená anóda budiča výstupné-ho optrónu 7. Súčasťou unipolárneho linea-rizačného prúdovo-napaťového prevodníka13 sú linearizačné potenciometre 14, kto-rých počet je daný číslom n. Vývod na vý-stupe, ktorý je znamienkovo súhlasný s vý-vodom na vstupe unipolárneho linearizačné-ho prúdovo-napaťového prevodníka 13, jepřipojený na přepínaný vstup 16 prepínačapolarity 13, pričom dalšia dvojica znamien-kovo súhlasných vývodov vstupu a výstupuprevodníka 13 je uzemněná. Přepínaný vstup 235239 5 16 prepínača polarity 15 je cez odpor 151připojený na invertujúci vstup a cez dvojicuodporov 152 a 154 v sérii připojený na nein-vertujúci vstup operačného zosilňovača 155na výstup 18 je připojený spatnovazobný od-por 153. Na uzol dvojice odporov 152 a 154je připojený emitor tranzistora 157 s uzem-něným kolektorom a bázou cez odpor 156připojenou na přepínací vstup 17 prepínačapolarity 15. Přepínací vstup 17 je spojený sprvým logickým výstupom 25 invertujúcehokomparátora 23, ktorý obsahuje operačný zo-silňovač 233 s výstupom připojeným cez od-por 234 na katodu Zenerovej diody 235 s u-zemnenou anodou a na prvý logický výstup25, pričom neinvertujúci vstup operačnéhozosilňovača 233 je cez odpor 232 uzemněný acez odpor 213 spojený s druhou svorkou 11,zatial' čo jeho invertujúci vstup je cez odpor231 připojený na uzol emitora prijímača zna-mienkového optrónu 29 s kolektorom připo-jeným na prvú svorku 18 a jedného koncavyvažovacieho potenciometra 22 s bežcoma druhým koncom připojeným na druhu svor-ku 11. Do opísaného uzla je připojený ajvstup neinvertujúceho komparátora 24, kto-rý je cez odpor 242 připojený na nainvertu-júci vstup operačného zosilňovača 243, kte-rého invertujúci vstup je cez odpor 241 u-zemnený a cez odpor 246 spojený s prvousvorkou 10 a ktorého výstup je cez odpor244 připojený na katodu Zenerovej diody 245s uzemněnou anodou a tiež na druhý logic-ký výstup 26. Anoda budiča znamienkovéhooptrónu 20 je cez obmedzovací odpor 19 při-pojená na výstup napatovo-prúdového pře-vodníku 3 a katoda budiča je spojená s jed-ným vývodom predpáťového zdroja 21 s dru-hým vývodom připojeným na izolované u-zemnenie 4.

Napaťový signál danej polarity zo sníma-cieho bočníka 1 sa v napaťovo-prúdovompřevodníku 3 změní na úměrný prúdový sig-nál zodpovedajúceho směru, ktorý však cezsvietivú diódu, teda budič vstupného optrónu 5 preteká iba jedným smerom po usměrněnídiodovým mostíkom 5. Vo vstupnom optróne 6 nastáva odizolovanie vstupného signálu po-mocou optického přenosového kanálu. Podl'avybudenia tohto optrónu 6 dodává emitor je-ho fototranzistora vždy kladný prúd prísluš-nej hodnoty do invertujúceho vstupu unipo-lárneho prúdového zosilňovača 12. Tento mádostatočne vysoké prúdové zosilnenie a na-pája z výstupu svietivú diódu, t.j. budič vý-stupného optrónu 7, ktorý je zapojený v zá-pornej spatnej vazbě unipolárneho prúdové-ho zosilňovača 12. Prúdom kolektore foto-tranzistora, t.j. prijímača výstupného optró-nu 7, ktorý je vždy záporný z hladiska pří-slušného uzla, sa vykompenzuje vďaka vyso-kému prúdovému zosilneniu unipolárnehoprúdového zosilňovača 12 prúd jeho invertu-júceho vstupu temer na nulovú hodnotu. Akby boli prúdové převodové charakteristikyobidvoch optrónov 6, respektive 7 úplnézhodné, potom by musel byt aj prúd budiča 6 výstupného optrónu 7 rovnaký, ako prúd bu-diča vstupného optrónu 6. Nebola by potřeb-ná už žiadna ďaišia linearizácia. Odchýlkycharakteristik oboch optrónov 6, respektive7, sa vykompenzujú pomocou linearizačnýchpotenciometrov 14 unipolárneho linearizač-ného prúdovo-napáťového prevodníka 13, cezktorého vstup preteká celý prúd budiča vý-stupného optrónu 7. Počet „n“ linearizačnýchpotenciometrov 14 je přitom daný žiadanýmpočtom bodov, v ktorých sa má jedna vetvaprevodovej charakteristiky optoelektronic-kého prevodníka, zodpovedajúca kladnej a-lebo zápornej polaritě jeho vstupného signá-lu, presne zhodovať s teoretickou lineárnoucharakteristikou. Obidve polarity napatia navýstupe 18 optoelektronického prevodníkasa opat získajú pomocou prepínača polarity15, v ktorom sa na základe signálu na prepí-nacom vstupe 17 výstupné napatie z unipo-lárneho linearizačného prúdovo-napáťovéhoprevodníka 13 privádza raz iba na invertujú-ci vstup operačného zosilňovača 155, keď jetranzistor 157 nasýtený, druhý raz zase naobidva vstupy pri zablokovaném tranzistore137. V prvom případe je napaťový přenosprepínača polarity —1, v druhom případe jenapaťový přenos +1. Tranzistor 157 je při-tom spínaný H-úrovňou signálu na prvom lo-gickom výstupe 25, která vznikne vtedy, keďna vstupe linearizovaného optoelektronické-ho prevodníka je kladné napatie. Vtedy je to-též potřebné napatm z výstupu unipolárneholinearizačného prúdovo-napaťovébo prevod-níka 13, ktoré je vždy záporné, invertovattak, aby na výstupe 18 bolo kladné napátie.leda přepínač polarity má mat napaťový pře-nos —1.

Dva logické signály, na prvom logickomvýstupe 25 a druhom logickom výstupe 26,pre samostatná indikáciu polarity vstupnéhosignálu pomocou H-úrovne a jeho nulovejhodnoty pomocou L-úrovne na oboch výstu-poch súčasne, sa získavajú prostredníctvomznamienkového optrónu 29, invertujúcehokomparátora 23 a neinvertujúceho kompará-tora 24. Logické úrovně na výstupoch obi-dvoch komparátorov 23, 24 sa upravujú po-mocou Zenerových diod 235, respektive 245.Velmi citlivá indikácia nulovej hodnotyvstupného signálu spočívá v tom, že prúd te-čúci z napatovo-prúdového prevodníka 3 dodiodového mostíka 5 preteká vždy cez troji-cu diod v sérii. Napaťový signál na tejto tro-jici diod je logaritmickou funkciou klesajú-ceho prúdu. Este aj pri velmi malých hod-notách prúdu je úbytok napatia daný zhru-ba súčtom prahových napatí diod a je tedarelativné velký. Aby bolo možné preniesť o-krem nulovej hodnoty aj informácie o zna-mienku vstupného signálu linearizovanéhooptoelektronického prevodníka, pracuje zna-mienkový optrón 20 s trojhodnotovou logi-kou. Pri kladnom vstupnom napatí, ktoré na-páťovo-prúdový převodník 3 invertuje na zá-porné, sa znamienkový optrón 20 uzavrie,

Claims (1)

1. 235239 7 pretože na katóde jeho budiča je zápornénapátie z predpáťového zdroja 21, ktoré jekladnejšie ako napatie na anóde. Při zápor-nom vstupnom napatí dává napáťovo-prádo-vý převodník 3 na anodu budiča znamienko-vého optrónu 20 kladné napatie a preto jejeho prúd maximálny. Nulovému vstupnémunapátiu zodpovedá přibližné polovičná hod-nota hudiaceho prádu znamienkového optró-nu 20. Při teito hodnotě sa pomocou vyvažo-vacieho potenciometra 22 nastaví přibližnénulové napatie na vstupoch obidvoch kompa-rátorov 23, 24. Vhodnými polaritami a vel1- kosťami referenčných napatí, ktoré sa dodá-vajú cez odpor 235 na neinvertujúci vstup o-peračného zosilňovača 233, respektive cezodpor 24S na invertujúci vstup operačnéhozosilňovača 243, sa zaručí, že pri přibližnénulovom napatí na vstupoch obidvoch kom-parátorov 23, respektive 24, budú na prvomlogickom výstupe 25, respektive na druhomlogickom výstupe 28, súčasne L-úrovne indi-kujúce nulová hodnotu vstupného signálulinearizovaného optoelektronického prevod-níka s nulovým indikátorom. PREDMET Linearizovaný optoelektronický převod-ník s nulovým indikátorom, ktorý obsahujetri optróny, napaťovo-prúdový převodník,diodový mostík, unipolárny prúdový zosil-ňovač, unipolárny linearizačný prádovo-na-paťový převodník, polovodičový přepínačpolarity, dva amplitudové komparátory atri jednosměrné zdroje, vyznačený tým, žena dvojpólový vstup napáfovo-prádovéhoprevodníka (3) je připojený snímací bočník(1), jedným koncom spojený s izolovanýmuzemněním (4), medzi výstup spátnovazob-ný vstup napáťovo-prúdového prevodníka(3) je připojený striedavý vstup diodovéhomostíka (5), na ktorého jednosměrněj stra-ně je připojený budič vstupného optrónu(6), ktorého přijímač je jedným vývodompřipojený na prvú svorku (10] prvého zdro-ja (8) s druhým polom uzemněným a dru-hým vývodom je spolu s nesúhlasným vývo-dom prijímača výstupného optrónu (7) spo-jený s jedným polom vstupu unipolárnehoprúdcvého zosilňovača (12) s druhým po-lom uzemněným, pričom zvyšný vývod pri-./'ή VYNALEZU jímača výstupného optrónu (7) je připoje-ný na druhá svorku (11) druhého zdroja(9) s druhým polom uzemněným a budičvýstupného optrónu (7) je pripo ený medzivýstup unipolárneho prádového zosilňovača(12) a vstup unipolárneho linearizačnéhoprádovo-napáťového prevodníka (13) s li-nearizačnými potenciometrami (14) s dru-hým pólom vstupu uzemněným, pričom vý-stup unipolárneho linearizačného prádovo--napáťového prevodníka (13) je připojenýna přepínaný vstup (16) prepínača polari-ty (15) s výstupom (18) a s přepínacímvstupom (17) spojeným s prvým logickýmvýstupom (25) invertujáceho komparátora(23), alebo s druhým logickým výstupom(26) ne invertujáceho komparátora (24), pri-čom neuzemnené vstupy oboch komparáto-rov (23 a 24] sá připojené na výstup zna-mienkového optrónu (20), ktorého budič jepřipojený cez odpor (19) medzi výstup na-páťovo-prúdového prevodníka (3) a vývodpredpáťového zdroja (21) s druhým vývo-dom spojený s izolovaným uzemněním (4). 1 list výkresov