CS235239B1 - Linearizováný optoelektronický převodník s nulovým indikátorom - Google Patents

Description

Vynález rieši linearizáciu prevodovej charakteristiky izolačného člena s dvojicou nespárovaných optrónov a citlivá indikáciu nulovej hodnoty vstupného signálu.

Doposial' známe optoelektronické převodníky sú linearizované pomocou spárovanej dvojice optrónov v zapojeniach, ktorými sa vzájomne kompenzujú dve rovnaké nelinearity. Přenos signálov obidvoch polarit sa rieši nastavením vhodného pracovného bodu v oblasti najmenších nelinearit použitej dvojice optrónov. Tieto optoelektronické převodníky spravidla ani nemajú indikáciu nulovej hodnoty vstupného signálu alebo ak majú, potom je jej citlivost relativné malá.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstránené linearizovaným optoelektronickým prevodníkom s nulovým indikátorom podta vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že dvojica nespárovaných optrónov má dva vzájomne nesúhlasné vývody prijímačov spolu připojené na vstup unipolárneho prúdového zosilňovača, pričom vývodu budiča vstupného optrónu sú připojené na jednosměrná stranu diodového mostíka, ktorého striedavá strana je připojená na výstup napaťovo-prúdového prevodníka, na ktorého vstup je připojený snímací bočník. Vývody budiča druhého, výstupného optrónu, sú připojené medzi výstup unipolárneho prúdového zosilňovača a vstup unipolárneho linearizačného prúdovo napaťového prevodníka, ktorý má linearizačné potenciometre a ktorého výstup je připojený na přepínač polarity, z ktorého je vyvedený výstup linearizačného optoelektronického prevodníka a ktorý má přepínací vstup připojený na jeden z dvoch logických výstupov dvojice komparátorov. Komparátory sú navzájom inverzně a ich vstupy sú připojené na výstup z prijímača ďalšieho, znamienkového optrónu. Výstup znamienkového optrónu je súčasne spojený s vyvažovacím potenciometrom a budič tohto optrónu v sérii s obmedzovacím odporom je připojený medzi výstup napaťovo-prúdového prevodníka a jeden pól predpaťového zdroja. Druhý pól predpaťového zdroja, spolu s jedným z dvojice vstupov napařovo-prúdového prevodníka a jedným pólom snímacieho bočníka, je spojený s izolovaným uzemnením, zatiaí čo ostatná časť schémy má společný vývod vytvořený ako samostatné uzemnenie.

Připojením nesúhlasných vývodov prijímačov dvojice optrónov na vstup unipolárneho prúdového zosilňovača a budiča vstupného optrónu na výstup diodového mostíka, respektive budiča výstupného optrónu medzi výstup unipolárneho prúdového zosilňovača a vstup unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka, sa vytvoří protispojenie optrónov, v ktorom sa zhodné zložky nelinearit optrónov vykompenzujú a rozdiely nelinearit sa vykompenzujú v unipolárnom linearizačnom prúdovo-napaťovom převodníku. Výhoda unipolárnosti spracovania signálov, t.j. spracovania iba jednej polarity signálov, je v tom, že linearizáciou jednej vetvy prevodovej charakteristiky sa súčasne získá linearita pre obidve polarity signálu. Nie je přitom potřebné nastavovat ktudové pracovně body, pre ktoré sú potřebné dostatočne tepelns aj časové stabilně jednosměrné zdroje. Dosiahne sa tiež nový účinok tým, že je možné použit v podstatě akúkotvek dvojicu optrónov značné rozdielnych vlastností. Připojením znamienkového optrónu na výstup napátovo-prúdového prevodníka, kde je připojená striedavá strana diodového mostíka, sa umožní jednak indikácia polarity vstupného signálu a tiež velmi citlivá indikácia nulovej hodnoty vstupného signálu. Přitom připojením jedného z logických výstupov na přepínací vstup prepínača polarity sa opat získajú obe vetvy prevodovej charakteristiky optoelektronického prevodníka, ktoré sa unipolarizovali připojením diodového mostíka na výstup napaťovo-prúdového prevodníka.

Na priloženom výkrese je schéma zapojenia konkrétného prevedenia linearizačného optoelektronického prevodníka s nulovým indikátorom.

Na obrázku je jeden vývod snímacieho bočníka 1 spojený cez vstupný odpor 2 s invertujúcim vstupom operačného zosilňovača, t.j. napaťovo-prúdového prevodníka 3, ktorého neinvertujúci vstup je spolu s druhým vývodom snímacieho bočníka připojený na izolované uzemnenie 4. Medzi výstup napaťovo-prúdového prevodníka 3 a jeho invertujúei vstup je připojená striedavá strana diodového mostíka 5. Na jednosmernej straně diodového mostíka 5 je připojený budič vstupného optrónu S, ktorého přijímač má kolektorový vývod připojený na prvú svorku 19 prvého zdroja 8 s druhým pólom uzemněným. Emitorový vývod prijímača vstupného optrónu 6 je spojený s kolektorovým vývodom prijímača výstupného optrónu 7 a tiež je spojený s invertujúcim vstupom ďalšieho operačného zosilňovača, t.j. unipolárneho prúdového zosilňovača 12 s neinvertujúcim vstupom uzemněným. Emitorový vývod výstupného optrónu 7 je připojený na druhů svorku 11 druhého zdroja 9 s druhým pólom uzemněným. Na výstup unipolárneho prúdového zosilňovača 12 je připojená katóda a na vstup unipolárneho linearizačného prúdovo-napaiového prevodníka 13 je připojená anoda budiča výstupného optrónu 7. Súčasťou unipolárneho linearizačného prúdovo-napaťového prevodníka 13 sú linearizačné potenciometre 14, ktorých počet je daný číslom n. Vývod na výstupe, ktorý je znamienkovo súhlasný s vývodom na vstupe unipolárneho linearizačného prúdovo-napaťového prevodníka 13, je připojený na přepínaný vstup 16 prepínača polarity 13, pričom ďalšia dvojica znamienkovo súhlasných vývodov vstupu a výstupu prevodníka 13 je uzemněná. Přepínaný vstup prepínača polarity 15 je cez odpor 151 připojený na invertujúci vstup a cez dvojicu odporov 152 a 154 v sérii připojený na nemvertujúci vstup operačného zosilňovača 155 na výstup 18 je připojený spátnovázobný odpor 153. Na uzol dvojice odporov 152 a 154 je připojený emitor tranzistora 157 s uzemněným koiektorom a bázou cez odpor 156 připojenou na přepínací vstup 17 prepínača polarity 15. Přepínací vstup 17 je spojený s prvým logickým výstupom 25 invertujúceho komparátora 23, ktorý obsahuje operačný zosilňovač 233 s výstupom připojeným cez odpor 234 na katodu Zenerovej diody 235 s uzemnenou anódou a na prvý logický výstup 25, pričom neinvertujúci vstup operačného zosilňovača. 233 je cez odpor 232 uzemněný a ccz odpor 273 spojený s druhou svorkou 11, zatial' čo jeho invertujúci vstup je cez odpor 231 připojený na uzol emitora prijímača znamienkového optrónu 29 s koiektorom připojeným na prvú svorku 18 a jedného konca vyvažovacieho potenciometra 22 s bežcom a druhým koncom připojeným na druhů svorku 11. Do opísaného uzla je připojený aj vstup neinvertujúceho komparátora 24, ktorý je cez odpor 242 připojený na nainvertujúci vstup operačného zosilňovača 243, ktorého invertujúci vstup je cez odpor 241 uzemnený a cez odpor 246 spojený s prvou svorkou 10 a ktorého výstup je cez odpor 244 připojený na katodu Zenerovej diody 245 s uzemněnou anódou a tiež na druhý logický výstup 2S. Anoda budiča znamienkového optrónu 20 je cez obmedzovací odpor 19 připojená na výstup napáťovo-prúdového převodníku 3 a katoda budiča je spojená s jedným vývodom predpáťového zdroja 21 s druhým vývodom připojeným na izolované uzemnenie 4.

Napaťový signál danej polarity zo snímacieho bočníka 1 sa v napaťovo-prúdovom převodníku 3 změní na úměrný prúdový signál zodpovedajúceho směru, ktorý však cez svietivú diódu, teda budič vstupného optrónu 8 preteká iba jedným smerom po usměrnění diodovým mostíkom 5. Vo vstupnom optróne S nastáva odizolovanie vstupného signálu pomocou optického přenosového kanálu. Podl'a vybudenia tohto optrónu 6 dodává emitor jeho fototranzistora vždy kladný prúd príslušnej hodnoty do invertujúceho vstupu unipolárneho prúdového zosilňovača 12. Tento má dostatočné vysoké prúdové zosilnenie a napája z výstupu svietivú diódu, t.j. budič výstupného optrónu 7, ktorý je zapojený v zápornej spatnej vazbě unipolárneho prúdového zosilňovača 12. Prúdom kolektora fototranzistora, t.j. prijímača výstupného optrónu 7, ktorý je vždy záporný z hladiska příslušného uzla, sa vykompenzuje vďaka vysokému prúdovému zosilneniu unipolárneho prúdového zosilňovača 12 prúd jeho invertujúceho vstupu temer na nulovú hodnotu. Ak by boli prúdové převodové charakteristiky obidvoch optrónov 6, respektive 7 úplné zhodné, potom by musel byt aj prúd budiča výstupného optrónu 7 rovnaký, ako prúd budiča vstupného optrónu 6. Nebola by potřebná už žiadna ďalšia linearizácia. Odchýlky charakteristik oboch optrónov 6, respektive 7, sa vykompenzujú pomocou linearizačných potenciometrov 14 unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka 13, cez ktorého vstup preteká celý prúd budiča výstupného optrónu 7. Počet „n“ linearizačných potenciometrov 14 je přitom daný žiadaným počtom bodov, v ktorýeh sa má jedna vetva prevodovej charakteristiky optoelektronického prevodníka, zodpovedajúca kladnej alebo zápornej polaritě jeho vstupného signálu, presne zhodovať s teoretickou lineárnou charakteristikou. Obidve polarity napatia na výstupe 18 optoelektronického prevodníka sa cpaf získajú pomocou prepínača polarity 15, v ktorom sa na základe signálu na prepínacom vstupe 17 výstupné napátie z unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka 13 privádza raz iba na invertujúci vstup operačného zosilňovača 155, ked je tranzistor 157 nasýtený, druhý raz zase na obidva vstupy pri zablokovanom tranzistore 137. V prvom případe je napěťový přenos prepínača polarity —1, v druhom případe je napěťový přenos +1. Tranzistor 157 je přitom spínaný H-úrovňou signálu na prvom logickom výstupe 25, která vznikne vtedy, ked na vstupe linearizovaného optoelektronického prevodníka je kladné napátie. Vtedy je touž potřebné napátie z výstupu unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka 13, ktoré je vždy záporné, invertovat tak, aby na výstupe 18 bolo kladné napátie. leda přepínač polarity má mať napěťový přenos —1.

Dva logické signály, na prvom logickom výstupe 25 a druhom logickom výstupe 26, pre samostatnú indikáciu polarity vstupného signálu pomocou H-úrovne a jeho nulovej hodnoty pomocou L-úrovne na oboch výstupoch súčasne, sa získavajú prostredníctvom znamienkového optrónu 29, invertujúceho komparátora 23 a neinvertujúceho komparátora 24. Logické úrovně na výstupoch obidvoch komparátorov 23, 24 sa upravujú pomocou Zenerových diod 235, respektive 245. Velmi citlivá indikácia nulovej hodnoty vstupného signálu spočívá v tom, že prúd tečúci z napáťovo-prúdového prevodníka 3 do diodového mostíka 5 preteká vždy cez trojicu diod v sérii. Napěťový signál na tejto trojici diod je logaritmickou funkciou klesajúceho prúdu. Ešte aj pri velmi malých hodnotách prúdu je úbytok napátia daný zhruba súčtom prahových napětí diod a je teda relativné velký. Aby bolo možné preniesť okrem nulovej hodnoty aj informácie o znamienku vstupného signálu linearizovaného optoelektronického prevodníka, pracuje znamienkový optrón 20 s trojhodnotovou logikou. Pri kladnom vstupnom napátí, ktoré napěťovo-prúdový převodník 3 invertuje na záporné, sa znamienkový optrón 20 uzavrie, pretože na katóde jeho budiča je záporné napatie z predpáťového zdroja 21, ktoré je kladnejšie ako napatie na anóde. Pri zápornom vstupnom napatí dává napáťovo-prúdový převodník 3 na anódu budiča znamienkového optrónu 29 kladné napatie a preto je jeho prúd maximálny. Nulovému vstupnému napátiu zodpovedá přibližné poiovičná hodnota hudiaceho prúdu znamienkového optrónu 29. Pri tejto hodnotě sa pomocou vyvažovacieho potenciometra 22 nastaví přibližné nulové napatie na vstupoch obidvoch komparátorov 23, 24. Vhodnými polaritami a veikosťami referenčných napatí, ktoré sa dodávajú cez odpor 235 na neinvertujúci vstup operačného zosilňovača 233, respektive cez odpor 24S na invertujúci vstup operačného zosilňovača 243, sa zaručí, že pri přibližné nulovom napatí na vstupoch obidvoch komparátorov 23, respektive 24, budú na prvom logickom výstupe 25, respektive na druhom logickom výstupe 28, súčasne L-úrovne indikujúce nulovú hodnotu vstupného signálu linearizovaného optoelektronického prevodníka s nulovým indikátorom.

Claims (1)

1. PREDMET

   Linearizovaný optoelektronický převodník s nulovým indikátorom, ktorý obsahuje tri optróny, napaťovo-prúdový převodník, diodový mostík, unipolárny prúdový zosilňovač, unipolárny linearizačný prúdovo-napaťový převodník, polovodičový přepínač polarity, dva amplitúdové komparátory a tri jednosměrné zdroje, vyznačený tým, že na dvojpólový vstup napáfovo-prúdového prevodníka (3) je připojený snímací bočník (1), jedným koncom spojený s izolovaným uzemněním (4), medzi výstup spátnovazobný vstup napáťovo-prúdového prevodníka (3) je.připojený striedavý vstup diodového mostíka (5), na ktorého jednosměrněj straně je připojený budič vstupného optrónu (6), ktorého přijímač je jedným vývodom připojený na prvú svorku (10) prvého zdroja (8) s druhým pólom uzemněným a druhým vývodom je spolu s nesúhlasným vývodom prijímača výstupného optrónu (7) spojený s jedným polom vstupu unipolárneho prúdcvého zosilňovača (12) s druhým pólom uzemněným, pričom zvyšný vývod priVYNALEZU jímača výstupného optrónu (7) je připojený na druhů svorku (lij druhého zdroja (9) s druhým pólom uzemněným a budič výstupného optrónu (7) je pripo ený medzi výstup unipolárneho prudového zosilňovača (12) a vstup unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka (13) s linearizačnými potenciometrami (14) s druhým pólom vstupu uzemněným, pričom výstup unipolárneho linearizačného prúdovo-napáťového prevodníka (13) je připojený na přepínaný vstup (16) prepínača polarity (15) s výstupom (18) a s přepínacím vstupom (17) spojeným s prvým logickým výstupom (25) invertujúceho komparátora (23), alebo s druhým logickým výstupom (26) neinvertujúceho komparátora (24), pričom neuzemnené vstupy oboch komparátorov (23 a 24) sú připojené na výstup znamienkového optrónu (20), ktorého budič je připojený cez odpor (19) medzi výstup napáťovo-prúdového prevodníka (3) a vývod predpáťového zdroja (21) s druhým vývodom spojený s izolovaným uzemněním (4).