CS231543B1 - Linearizovaný analogovo-logický optoelektronický převodník - Google Patents

Description

231543

Vynález rieši linearizáciu prevodovej cha-rakteristiky izolačného člena s dvojicou na-vzájom značné odlišných optrónov a získá-me logických signálov pre velmi citlivá in-dikáciu znamienka pri nenulovej hodnotěvstupného signálu.

Doposial známe optoelektrické převodní-ky majú linearizáciu prevodovej charakte-ristiky vyriešenú pomocou spárovanej dvoji-ce optrónov s rovnakou nelinearitou, ktoráka a s tým spojenu indikáciu nulovej hod-ristiky optoelektronického prevodníka vy-kompenzuje pomocou vhodného recipročné-ho zapojenia optrónov. Indikáciu znamien-ka a s tým spojenu indokáciu nulovej hod-noty vstupného signálu spravidla tieto pře-vodníky nemajú alebo je odvodená z analo-gového výstupu linearizovaného prevodní-ka. Jej citlivosť je relativné malá. Tieto pře-vodníky vyžadujú kvóli přenosu signálov o-bidvoch polarit nastavovat kludové pracov-ně body optrónov v oblasti najmenších ne-linearít a vyžadujú dostatočne stabilně na-pájacie zdroje alebo z nich odvodené refe-renčně napátia.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránenélinearizovaným analógovo-logickým opto-elektronickým prevodníkom podlá vynálezu,ktorého podstata je v tom, že dvojica op-trónov s různými nelinearitami má budičezapojené v sérii na jednosmernej straně di-odového mostíka, ktorý má striedavý vstupcez dvojicu Zenerových diod připojený navýstup invertujúceho operačného zosilňova-ča a druhým polom spojený s izolovanýmuzemněním. Přijímač vstupného optrónu jezapojený na jednosměrná stranu druhéhodiodového mostíka so striedavou stranoupřipojenou v spatnej vazbě invertujúcehooperačného zosilňovača, na ktorého vstup jecez vstupný odpor připojený snímací boč-ník, druhým koncom spojený s izolovanýmuzemněním. Přijímač druhého, výstupnéhooptrónu je připojený medzi jednosměrnýzdroj a vstup jednokvadrantového prúdovo--napaťového prevodníka. Výstup tohoto jespojený so vstupom jednokvadrantového li-nearizačného prevodníka, ktorý má potřeb-ný počet linearizačných potenciometrov. Najeho výstup je připojený operačný přepínačs analogovým výstupom a s přepínacímvstupom připojeným na výstup jedného zdvojice navzájom inverzných komparátorov,ktoré majú na referenčný vstup připojenéodporové deliče, napájané z dvojice růz-ných zdrojov. Komparátory majú vstupyspojené s uzlom jedného vývodu prijímačaznamienkového optrónu a vyvažovaciehoodporu, zatial čo zvyšné vývody týchto súpřipojené na dva rožne zdroje. Budič zna-mienkového optrónu je připojený cez ob-medzovací odpor medzi neuzemnený vývodstriedavého vstupu prvého diodového mos-tíka a predpaťový zdroj s druhým pólomspojeným s izolovaným uzemněním.

Recipročným spojením dvojice optrónovzo strany budičov sa rovnaké zložky neli- nearít ich prúdových převodových charak-teristik navzájom vykompenzujú. Rozdieil-nosf týchto nelinearít sa úplné vykompen-zuje pomocou linearizačných potenciomet-rov jednokvadrantového linearizačného pre-vodníka. Oproti doterajšiemu stavu techni-ky sa tým dosahuje nový účinok, pretožemožno použiť dvojicu optrónov bez toho,aby sa premeriavali ich charakteristiky avyberali dvojice s dovolenými odchýlkami.Ďalej tým, že sa použije diodový mostíkpre napájanie budičov obidvoch optrónov adruhý diodový mostík pre přijímač vstup-ného optrónu, umožňuje sa spracovať obi-dve polarity vstupného signálu a to bez na-stavovania nenulových kludových pracov-ných bodov optrónov, resp. bez použita ďal-šej dvojice optrónov. Vylúči sa tak potřebakvalitně stabilizovaných referenčných zdro-jov, resp. zmenší sa potřebný počet optró-nov. Jednokvadrantovým spracovaním sig-nálov za výstupným optrónom, t. j. spraco-vaním iba jednej polarity signálov, sa tiežznačné zjednoduší realizácia jednokvadran-tového linearizačného prevodníka. Potřebnýpočet jeho linearizačných potenciometrovklesne na polovicu, pretože stačí nastavovatbody súhlasu prevodovej charakteristiky op-toelektrického prevodníka s ideálnou line-árnou převodovou charakteristikou iba prejednu polaritiu vstupného signálu. Pre opa-tovné získanie obidvoch polarit výstupnéhosignálu sa použije operačný přepínač, naktorého riadenie sa využije jeden z kompa-rátorov, ktorý je aj tak potřebný na získanielogickej veličiny pre indikáciu znamienka,resp. nulovej hodnoty vstupného signálu.Nakoniec, připojením budiča ďalšieho, zna-mienkového optrónu na striedavý vstup pr-vého diodového mostíka, sa využije praho-vé napátie stvoříce diod zapojených pre je-den, resp. druhý směr prúdu v sérii. Získása tým velmi citlivá indikácia nulovej hod-noty vstupného signálu bez toho, aby sa za-pájali antiparalelné dvojice výkonovýchdiod do výkonových obvodov, na ktoré jecez snímací bočník připojený linearizovanýanalógovo-logický optoelektronický převod-ník podlá vynálezu. Příklad konkrétného zapojenia linearizo-vaného analógovo-logického optoelektronic-kého prevodníka podlá vynálezu, je vysvět-lený podlá obrázku na pripojenom výkrese.

Na obr. je snímací bočník 1 jedným kon-com cez vstupný odpor 2 připojený na vstupinvertujúceho operačného zosilňovača 3,druhým koncom spojený s izolovaným u-zemnením 4 na neinvertujúcom vstupe in-vertujúceho operačného zosilňovača 3. Navýstupe tohoto je cez dvojicu Zenerovýchdiod 6, zapojených proti sebe, připojený vo-či izolovanému uzemneniu 4 striedavý vstupprvého diodového mostíka 5. Na jeho jedno-smernom výstupe sú v sérii spojené svieti-vé diody, t. j. budiče vstupného optrónu 8,resp. výstupného optrónu 9. Medzi výstup 231543 a vstup, teda v záporné] spátnej vazbě in-vertujúceho operačného zosilňovača 3, jezapojená striedavá strana druhého diodo-vého mostíka 7. S uzlom katód tohto mos-tíka je spojený kolektor a s uzlom anod e-mitor fototranzistora typu NPN prijímačavstupného optrónu 8. Kolektor fototranzis-tora typu NPN prijímača výstupného optró-nu 9 je připojený na prvú svorku 12 spoje-nu s neuzemneným vývodom prvého zdroja10. Emitor tohto fototranzistora je připoje-ný na invertujúci vstup dalšieho operačné-ho zosilňovača, t. j. jednokvadrantovéhoprúdovo-napaťového prevodníka 14 s nein-vertujúcim vstupom uzemněným. Medzi jehovstup a výstup je připojený spatnovazobnýodpor 15. Na výstup jednokvadrantovéhoprúdovo-napaťového prevodníka 14 je při-pojený nesymetrický vstup jednokvadranto-vého linearizačného prevodníka 16. Súčas-ťou tohoto prevodníka je n linearizačnýchpotenciometrov 17. Na nesymetrický výstupjednokvadrantového linearizačného prevod-níka 16 je připojený přepínaný vstup 18 o-peračného prepínača 20 s analogovým vý-stupom 21 a s přepínacím vstupom 19, ktorýje připojený na druhý logický výstup 31 ne-invertujúceho komparátora 28 s referenč-ným vstupom spojeným s odbočkou druhéhoodporového deliča 29, ktorý je připojenýmedzi prvú svorku 12 a uzemnenie. Další,invertujúci komparátor 26, ktorý má prvýlogický výstup 30 a referenčný vstup, ktorýje spojený s odbočkou prvého odporovéhodeliča 27 zapojeného medzi druhů svorku13 a uzemnenie, má svoj vstup připojenýspolu so vstupom neinvertujúceho kompa-rátora 28 na emitor fototranzistora typuNPN prijímača znamienkového optrónu 23 skolektorom spojeným s prvou svorkou 12a tiež na jeden koniec vyvažovacieho odpo-ru 25 s druhým koncom připojeným na dru-hů svorku 13 spojenú s neuzemneným vývo-dom druhého zdroja 11, pričom bežec odpo-ru je spojený s jedným z jeho koncov. Budičznamienkového optrónu 23 má anodu připo-jenu cez obmedzovací odpor 22 na ten vý-vod dvojice Zenerových diód 6, ktorý jespojený so striedavým vstupom prvého dio-dového mostíka 5 a katodu na vývod pred-paťového zdroja 24 s druhým vývodom při-pojeným na izolované uzamnenie 4.

Napaťovým signálom danej polarity nasnímacom bočníku 1 je daná vefkosť a směrprúdu tečúceho cez vstupný odpor 2 nastriedavý vstup druhého diodového mostíka 7. Prúd po usměrnění týmto mostíkom pře-téká aj cez přijímač vstupného optrónu 3.Předpokládá to však, že na výstupe inver-tujúceho operačného zosilňovača 3 je dosta-točné napatie opačnej polarity ako vstupnénapatie na snímacom bočníku 1 a tiež to, žesvietivá dioda, teda budič vstupného optró-nu 8, je cez dvojicu Zenerových diód 6 aprvý diodový mostík 5 vybudený primera-ným prddom. Invertujúci operačný zosilňů-vač 3 takýmto zapojením vlastně spina funkciu lineárneho prevodníka medzi abso-lutnou hodnotou vstupného napátia na sní-macom bočníku 1 a výstupným prúdomvstupného optrónu 8. Dvojicou Zenerovýchdiód 6 sa zaistí dostatočné napájacie napá-tie pre přijímač vstupného optrónu 8. Pre-tože budiče obidvoch optrónov 8, 9 sú za-pojené v sérii a preteká nimi rovnaký prúd,pri úplnej zhode charakteristik oboch optró-nov by bol prúd prijímača výstupného op-trónu 9 rovnaký, ako prúd prijímača vstup-ného optrónu 8 a teda by bol priamo úměr-ný absolútnej hodnotě vstupného signáluna snímacom bočníku 1. Bez akejkofvek ďal-šej linearizácie, na výstupe jednokvadranto-vého prúdovo-napaťového prevodníka 14,ktorý teda pracuje iba s jednou polaritousignálu, by bolo napatie lineárně závislé odabsolútnej hodnoty vstupného napatia nasnímacom bočníku 1. V důsledku různýchvlastností optrónov 8, 9, bude táto závis-lost nelineárna. Linearizácia sa uskutoční vjednokvadrantovom linearizačnom převod-níku 16, ktorý spracováva opať iba jednupolaritu signálov. Ten obsahuje linearizač-né potenciometre 17. Ich počet n je danýpočtom bodov, v ktorých sa má zosúhlasiťskutočná převodová charakteristika pre jed-nu polaritu vstupného signálu linearizova-ného analógovo-logického optoelektronic-kého prevodníka s ideálnou lineárnou pře-vodovou charakteristikou. Po linearizácii sazískajú opáť obe polarity signálu na analó-govom výstupe 21 prostredníctvom operač-ného prepínača 20. Pomocou jeho prepína-cieho vstupu 19 sa zadáva přenos signálu sozměnou alebo bez změny jeho polarity. Vdanom případe, keď je na vstupe jednokva-drantového prúdovo-napaťového prevodníka14 zapojený emitor fototranzistora typu NPNvýstupného optrónu 9 a předpokládá sa, žeobidva převodníky 14, 16 invertujú, potompri kladnom, resp. zápornom vstupnom na-patí na snímacom bočníku 1, operačný pře-pínač 20 signál neinvertuje, resp. invertuje.Na prepínacom vstupe 19 použitého známé-ho zapojenia operačného prepínača 20 s o-peračným zosilňovačom a spínacím tranzis-torem typu NPN, v prvom případe neinver-tujúceho přenosu je potřebná L-úroveň sig-nálu, v druhom případe invertujúceho pře-nosu je potřebná H-úroveň signálu. Preto jepřepínací vstup 19 připojený na druhý lo-gický výstup 31 z neinvertujúceho kompa-rátora 28, ktorý pomocou H-úrovne signali-zuje záporné znamienko vstupného signáluna snímacom bočníku 1. Vtedy je na výstu-pe invertujúceho operačného zosilňovača3 kladné napatie a cez budič, aj přijímačznamienkového optrónu 23 preteká maxi-málny prúd. Na emitore prijímača tohto op-trónu je voči uzemneniu kladné napatie,značné vačšej hodnoty, ako kladné refe-renčně napatie z druhého odporového deli-ča 29 na neinvertujúcom komparátore 28 a preto tento má svoj druhý logický výstup

Claims (1)

1. 231543 31 překlopený do H-úrovne. ínvertujúcikomparátor 26 je při kladnom vstupnomnapatí překlopený do L-úrovne. Pri kladnomvstupnom napatí na snímacom bočníku 1cez budič znamienkového optrónu 23 nepře-téká prúd, pretože Ínvertujúci operačný zo-silňovač 3 dodává na anodu budiča zápor-nejšie napatie, ako je napatie na jeho kato-dě z predpaťového zdroja 24. Přijímač zna-mienkového optrónu 23 je tiež uzavretý a najeho emitore je záporné napatie, ktoré ne-invertujúci komparátor 23 překlopí do L--úrovne a Ínvertujúci komparátor 28 s ma-lým záporným napatím na referenčnomvstupe z prvého odporového deliča 27 pře-klopí do H-úrovne.Tým sa indikuje nenulo-vý kladný vstupný signál optoelektrickéhoprevodníka. Znamienkový optrón 23 pracujes trojhodnotovou logikou, pretože pri nulo-vom vstupnom napatí na snímacom bočníku1 a teda aj pri nulovom napatí na výstupeinvertujúceho operačného zosilňovača 3,preteká cez budič tohoto optrónu přibližnépolovičný prúd. Vtedy je výstup znamienko- vého optrónu 23 vyvážený, t. j. pomocou vy-važovacieho odporu 25 je nastavené přibliž-né nulové napatie na vstupoch obidvochkomparátorov 26, 28. V dósledku maléhokladného, resp. záporného napatia na refe-renčnom vstupe neinvertujúceho kompará-tora 23, resp. invertujúceho komparátora28, je na prvom logickom výstupe 30 a sú-časne na druhom logickom výstupe 31 L--úroveň. Tým sa indikuje nulová hodnotavstupného signálu optoelektronického pre-vodníka. Přitom maličká odchýlka vstupné-ho napatia na snímacom bočníku 1 voči nu-le má za následok nepatrné vybudenievstupného optrónu 8, teda maličký prúd te-čúci cez prvý diodový mostík 5 a budičeoptrónov 8, 9 a tým aj značnú hodnotu na-pátia na anóde budiča znamienkového op-trónu 23, danú prahovým napatím štyrochdiod v sérii. Toto napatie je iba o niečo niž-šie, než pri plnom vstupnom napatí opto-elektronického prevodníka. Příslušný kom-parátor 2S, resp. 28, indikuje pomocou H--úrovne nenulový signál. PEEDMET Linearizovaný analógovo-logický opto-elektronický převodník, ktorý obsahuje cel-kové tri optróny, vyznačený tým, že budičevstupného optrónu (8) a výstupného optró-nu (9), su do série zapojené na jednosměr-ně j straně prvého diodového mostíka (5),připojeného zo striedavej strany jedným vý-vodom na izolované uzemnenie (4] druhýmvývodom cez dvojicu Zenerovýc.h diod (6),zapojených proti sebe, na výstup invertujú-ceho operačného zosilňovača (3) s neinver-tujúcim vstupom spojeným s izolovaným u-zemnením (4) a snímacím bočníkom (1),ktorý je druhým koncom cez vstupný odpor(2) připojený na vstup tohto zosilňovača,kde je připojený aj jeden vývod striedavejstrany druhého diodového mostíka (7) sdruhým vývodom spojeným s výstupom to-hoto zosilňovača (3), pričom na jednosměr-ně j straně tohto diodového mostíka (7] jepřipojený přijímač vstupného optrónu (8),zatial' čo přijímač výstupného optrónu (9)je připojený medzi prvú svorku (12] a vstupjednokvadrantového prúdovo-napaťovéhoprevodníka (14) s výstupom připojeným navstup jednokvadrantového linearizačnéhoprevodníka (16) s počtom linearizačnýchpotenciometrov (17) polovičným voči počtubodov zhody skutočnej a ideálnej lineárnejprevodovej charakteristiky optoelektronic-kého prevodníka a dalej výstup jednokva-drantového linearizačného prevodníka (16) YNALEZU je spojený s přepínaným vstupom (18) o-peračného prepínača (20), ktorý má analo-gový výstup (21) a přepínací vstup (19),ktorý ie spojený s prvým logickým výstu-pom (30), resp. druhým logickým výstu-pom (31), invertujúceho komparátora (26)s prvým odporovým deličom (27) zapojenýmmedzi druhů svorku (13) a uzamnenie asvojou odbočkou připojeným na referenčnývstup tohoto komparátora, resp. neinvertu-júceho komparátora (28) s druhým odporo-vým deličom (29) zapojeným medzi prvúsvorku (12) a uzemnenie a svojou odboč-kou připojeným na referenčný vstup toho-to komparátora, ktorého vstup, spolu sovstupom invertujúceho komparátora (26), jepřipojený na koniec vyvažovacieho odporu(25) spojený s vývodom prijímača znamien-kového optrónu (23) a zvyšným vývodomprijímača spojeným s prvou svorkou (12)prvého zdroja (10) s druhým polom uze-mněným, pričom druhá svorka (13) druhé-ho zdroja (11) s druhým polom uzemněnýmje připojená na zvyšný koniec vyvažovacie-ho odporu (25) a budič znamienkového op-trónu (23) je cez obmedzovací odpor (22)připojený medzi neuzemnené vývody, jedenzo striedavej strany prvého diodového mos-tíka (5) a druhý z predpaťového zdroja(24), ktorých uzemněné vývody sú spojenés izolovaným uzemněním (4). 1 list výkresov