DE2614359A1 - Optoelektronische zweiwegekopplung - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München -, VPA 76 P 1 D 3 k BRB

Optoelektronische Zweiwegekopplung

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Zweiwegekopplung, mit einem galvanisch vom Signalausgang getrennten Signaleingang für Signalspannungen bis unter 1 V, bei der ein erster optoelektronischer Koppler über seinen Sender mit dem Signaleingang und über seinen Empfänger mit dem Signalausgang verbunden ist.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen für optoelektronische Koppler können diese ohne besondere Maßnahmen nicht eingesetzt werden, da der Signalspannungspegel zu niedrig ist, um die Infrarot-Lumineszenzdiode (IRED) des optoelektronischen Kopplers direkt anzusteuern. Ein Stromversorgungsgerät kann nicht verwendet werden, da sonst die galvanisch zu trennende Seite des Signaleinganges dann wieder unzulässig mit der Netzspannung verbunden wäre.

Anwendungsbeispiele für eine optoelektronische Zweiwegekopplung, bei der der Signaleingang galvanisch vom Signalausgang getrennt ist, sind:
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a) Geräte der Elektromedizin zum Schutz des Patienten,

b) Nachrichtenübertragungstechnik,

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c) Tastköpfe für Oszillographen und andere Meßgeräte mit vollständiger Erdfreiheit des Vorverstärkers,

d) Schaltungen auf Hochspannungs- beziehungsweise Netzspannungs-Potential für Elektrizitätszähler und Regelschaltungen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine optoelektronische Zweiwegekopplung anzugeben, bei der auch kleine Signalspannungen unter 1 V bei galvanischer Trennung von Signaleingang und Signalausgang übertragbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch wenigstens einen weiteren optoelektronischen Koppler parallel zum ersten Koppler mit zu diesem entgegengesetzter Koppelrichtung.

Bei der Erfindung ist der Signaleingang galvanisch vollständig vom Signalausgang getrennt. Es wird kein Stromversorgungsgerät benötigt. Trotzdem sind Signalspannungen bis weit unter 1 V übertragbar, wenn mehrere optoelektronische Koppler parallel zum ersten Koppler vorgesehen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung, und

Fig. 2 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 und 2 sind drei optoelektronische Koppler K^ bis K, parallel zueinander angeordnet, wobei die Koppler K₂ und K, eine zum Koppler K^ entgegengesetzte Koppelrichtung haben. Der Koppler K₁ besteht aus einer Diode D^ als Sender und einen

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Transistor T₁ als Empfänger. Der Koppler Kp besteht aus einer Diode Dp als Sender und einem Transistor T₂ oder einer Diode als Empfänger. Der Koppler K^ besteht aus einer Diode D, als Sender und einem Transistor T-, oder einer Diode als Empfänger. Die Richtung des übertragenen Lichtes ist jeweils durch Pfeile 1 angedeutet. Die Dioden D₁ bis D-, sind Infrarot-Lumineszenzdioden.

Die Diode D₁ ist über einen Widerstand R₁ mit 47 kOhm mit Eingangsklemmen 2, 3 verbunden, an denen eine Eingangsspannung U liegt, die < 1,0 V ist.

Die Transistoren Tp und T.* liegen mit ihrer Kollektor-Basis-Strecke in Reihe zwischen Verbindungsstellen 4 und 5 auf Leitungen, die mit dem Klemmen 2, 3 verbunden sind.

Die Dioden D₂ und D₅ sind mit einer Klemme 6 verbunden, an die ein Gleichstrom I^ von 50 mA abgegeben wird. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann anstelle des Gleichstromes Ip auch ein Strom mit impulsförmigem Verlauf verwendet werden.

Durch die Dioden D₂ und D, in den Kopplern K₂ und K, fließt der Gleichstrom Ip = 50 mA. Die von den Dioden D₂ und D, erzeugte Strahlung trifft auf die Transistoren T₂ und T,. Die Kollektor-Basis-Strecken dieser Transistoren T₂ und T, arbeiten als Photoelement. Jedes dieser Photoelemente erzeugt eine Spannung von 0,5 bis 0,6 V. Da die Transistoren T₂ und T^ in Reihe geschaltet sind, geben sie eine Spannung ab, die ausreicht, um die Diode D₁ zu betreiben. Der Strom durch die Diode D₁ beträgt ungefähr 100 /uA. Diesem Gleichstrom überlagert fließt der Signalstrom, der von einer Signalspannungsquelle an den Klemmen 2, 3 über den Widerstand R₁ abgegeben wird.

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Der Koppler K^ arbeitet als normaler optoelektronischer Koppler, so daß ein Ausgangssignal U an der Klemme 7 zur Verfügung steht. Die Klemme 7 ist über einen Lastwiderstand R^ einer Gleichspannungsquelle 8 verbunden, die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eine Spannung von 5 V und beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 12 V abgibt.

Der verfügbare Strom für die Diode D^ ist verhältnismäßig gering. Daher sind nur Koppler mit großem Koppelfaktor zwischen der Diode D^ und der Kollektor-Basis-Diode des Transistors T^ geeignet. Bei dem zur Verfügung stehenden Strom liegt der Koppelfaktor des Kopplers K^ bei etwa 10 %. Zu beachten ist, daß die handelsüblichen Koppler mit einem wesentlich höheren Arbeitspunkt gemessen werden. In diesem Fall sollte der Arbeitspunkt geeignet eingestellt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn durch die Dioden D₂ und D, anstelle eines Gleichstromes ein impulsförmiger Strom mit einem Spitzenwert von zum Beispiel 1 A fließt. Das Tastverhältnis beträgt dann 0,1, damit die Verlustleistung innerhalb der zugelassenen Grenzen gehalten wird. Es steht dann für die Diode Dj. ein impulsförmiger Strom ^ 1 mA zur Verfugung, und der Koppelfaktor für den Koppler K₁ liegt bei 100 %. Bei dieser Betriebsart mit impulsförmiger Stromversorgung liegt die Grenzfrequenz des zu übertragenden Signales höher (zum Beispiel 3,3 kHz bei Fig. 1 und 100 kHz bei Fig. 2), und es ist keine besondere Auswahl für die Koppler erforderlich. Am Ausgang U stehen in diesem Fall amplitudenmodellierte Impulse zur Verfügung. Die Pulsfrequenz muß jedoch höher als die doppelte Grenzfrequenz des Systems sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Grenzfrequenz wegen des geringen Kollektorstromes des Transistors T^ verhältnismäßig gering (3,3 kHz). Durch eine Gleichstromeinprägung in

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die Basis des Transistors T. läßt sich die Grenzfrequenz jedoch auf 4,6 kHz vergrößern. Von "besonderem Vorteil ist eine Cascode schaltung aus einem Transistor T₅-, Widerständen R-,, FL , Rc sowie dem Widerstand Rt . Der Widerstand R-* hat einen V/iderstandswert von 1 kOhm. Der Widerstand R^ hat einen Widerstandswert von 1 kOhm. Der Widerstand R,- hat einen Widerstandswert von 20 MOhm. Der Widerstand R^ hat einen Widerstandswert von 10 kOhm. Der Widerstand R₅ bewirkt gleichzeitig eine Gegenkopplung für die Basisströmeinprägung. Die Grenzfrequenz beträgt in diesem Fall 55 kHz.

Wenn das zu übertragende Eingangssignal U sehr klein ist, kann eine Verstärkung vor der Einspeisung in die Diode D^ vorgenommen werden. Die Stromversorgung für einen hierzu geeigneten Verstärker kann parallel zur Diode D^ abgenommen werden. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist hierzu eine Verstärkerstufe aus einem Transistor T. und einem Widerstand R₂ mit einem Widerstandswert von 3 MOhm vorgesehen. Selbstverständlich können-auch mehrstufige Verstärker mit Gegenkopplung sowie logische Schaltungen verwendet werden.

Statt den von den Transistoren T₂ und T-, gelieferten Strom parallel zur Signalspannungsquelle (U an den Klemmen 2, 3) einzuspeisen, können bei niederohmigen Signalspannungsquellen auch die Transistoren T₂, T^, die Diode D^ und die Signalspannungsquelle in Reihe geschaltet sein.

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims (6)

Patentansprüche

1./Optoelektronische Zweiwegekopplung, mit einem galvanisch vom Signalausgang getrennten Signaleingang für Signalspannungen bis unter 1 V, bei der ein erster optoelektronischer Koppler über seinen Sender mit dem Signaleingang und über seinen Empfänger mit dem Signalausgang verbunden ist, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren optoelektronischen Koppler (Kg, K^) parallel zum ersten Koppler (K..) mit zu diesem entgegengesetzter Koppelrichtung.

2. Zweiwegekopplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei weitere Koppler (Kp, K,).

3. Zweiwegekopplung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verstärkerstufe zwischen dem Signaleingang und dem ersten Koppler (K^).

4. Zweiwegekopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Cascodeschaltung zwischen dem ersten Koppler (K..) und dem Signalausgang.

5. Zweiwegekopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (Dp, D,) der weiteren Koppler (K
Impulsen beaufschlagt sind.

K,) mit Gleichstrom oder

6. Zweiwegekopplung nach Anspruch 5, daß die Impulse nicht moduliert sind.

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ORIGINAL INSPECTED