Оптоэлектронный операционный усилитель

(и) 645169 О П И С АНИ Е ИЗОБРЕТЕН И Я Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 07.02,77 (21) 2450309/18-24с присоединением заявки Ме -(45) Дата опубликования описания 06.0 б.79 6 67/ 51) М,Кл Государстееннын комите СССР по делам изобретений и открытийИзобретение относится к области автоматики и может быть использовано в аналоговых и цифровых устройствах обработки электрических сигналов.При помощи оптоэлектронного опера ционного усилителя можно синтезировать аналоговые усилитель, сумматор, функциональный элемент, интегратор, дифференциатор, множительно-делительные устройства, а также цифровые логические элемен ты, триггеры и другие устройства.Известны оптоэлектронные операционные усилители. Один из известных усилителей содержит стабилизатор напряжения, в - котором для изменения напряжения используется фоторезистор, оптически связанный с источником света. Стабилизатор также содержит устройство, состоящее из дифференциальной схемы и схемы усиления постоянного тока, которое предназначено для 20 подведения напряжения к базе транзистора (11, Недостатком такого усилителя является ограниченная область применения.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является оп тоэлектронный операционный усилитель, содержащий фотодиодный делитель напряжения, усилитель, постоянного тока, связанный с источником питания, вход усилителя постоянного тока через входной резистор сое- Зо динен с входом операционного усилителя, а через резистор обратной связи с выходом усилителя постоянного тока, являющимся выходом операционного усилителя, который через два светодиода, включенных встречно-параллельно, связан с шиной нулевого потенциала 21.Недостатком этого операционного усилителя является конструктивная сложность.Целью изобретения является упрощение операционного усилителя.Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронном операционном усилителе выводы источника питания усилителя постоянного тока соединены с крайними выводами фотодиодного делителя напряжения, средний вывод которого связан со входом усилителя постоянного тока, причем фото- диоды делителя напряжения связаны с соответствующими оптическими входами операционного усилителя.На чертеже представлена принципиальная схема оптоэлектронного операционного усилителя.Цифрами на чертеже обозначены: входной резистор 1, усилитель 2 постоянного тока, резистор 3 обратной связи, светодиоды 4, б, фотодиодный делитель 6, 7 напряжения на фотодиодах и источник 8 питания, Усилитель может суммировать входные сиг= - КфвхРз бО а во втором Ф, = КфК - Ф.,з калы, поступающие на инвертировашгый (или неинвертированный) вход через входной резистор 1 и формирует напряжение на выходе за счет тока в цепи обратной связи с его выхода через резистор обратной связи 3. Выходная цепь операционного усилителя состоит из двух светодиодов 4 и 5, включенных встречно-параллельно и выдающих световой, поток, соответствующий выходному сигналу положительной и отрицательной полярности. Фотодиоды б и 7 предназначены для приема входных оптических сигналов и преобразования их в соответствующий ток. Так 15 как фотодиод б подключен к положительному, а фотодиод 7 к отрицательному полюсу источника питания, то световые потоки, поступающие на фотодиод б и 7 можно назвать световыми потоками, соответствую щпми величинам положительной и отрицательной полярности. Фотодиоды б и 7 включены последовательно друг с другом и общей точкой подключены ко входу усилителя постоянного тока 2. 25Работа устройства в качестве усилителя- сумматора оптических и электрических сигналов осуществляется следующим образом.При наличии входного сигнала электрической природы Увх, подводимого через входной резистор 1 на вход усилителя 2, на выходе последнего напряжение имеет значение: В зависимости от полярности 1 вх (соответственно от полярности Увых) срабатывает один,из светодиодов 4, б, а именно, при наличии на выходе усилителя 2 вых О срабатывает светодиод 4, а при 1 вых)0 - светодиод 5. Световой поток, вырабатываемый светодиодом, определяется из соотно шения: 1 хв - передаточный коэффициент светодиода. Поэтому при Рвх )О, т. е. 1 вых О световой поток Ф,Ф 0; Фв=О, а при Р О, т. е. при Р,ы)0 световой поток Ф 2 0; Ф 1 =О. Значения световых потоков Ф, или Ф 2 (т. е. потоков со светодиода 4 или Б), таково: при наличии нескольких:входов, т. е. нескольких входных напряжений Р., подвохсдимых на резисторы Я,., чтобб1 с а световой поток, соответственно: При У,х ) 0 световой поток на светодиоде 4 Ф 1 = Ф 2, а при УвхО, световой поток на светодиоде б Ф 2 =Ф,Рассмотрим работу устройства в случае подведения к его входу оптических сигналов. При наличии входного оптического сигнала на фотодиоде б имеем, что на выходе операционного усилителя К - передаточный коэффициент фотоприемника;6 - коэффициент поглощения оптической системы, подводящей входной световой сигнал на фотодиод.Зависимость тока, вырабатываемого фотодиодом б от входного светового потока, определится в виде: 1 О - темновые токи фотодиодов б и 7 компенсируют друг друга. При подведении Фвх на вход фотодиода б, 1/ых 0. В этом случае световой ноток на светодиоде б отсутствует, Ф 2=0, а на светодиоде 4 будет: При подведении Фвх на вход фотодиода 7, вых)0 и Ф 1=0, Ф,Ф О.Если световой поток Ф,х условно соответствует величинам положительной полярности, то Фь следовательно должен соответствовать,величинам отрицательной полярности.При Ф,х )0 срабатывает светодиод 4, а при Ф,.О, срабатывает светодиод Б. В первом случае иы,= К - зФ,аФ, ОФ,=з6./=1 к= Тогда Ф,=Ф (Фз=0) при ХФ,)Ф. 15 Ф 2=Ф (Ф 4=0) при ХФ 7(- 1 к. Составитель Ю. Козловактор Б, Герцен Техред Л. Камышникова Корректор И. Сима на каз 113 С/31 11 зд. % 837 Тираж 779 Подис 1 11 ПО Государственого комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, К.35, Раушскан наб., д, 4/5 ред. Патент п. Харьк соответствуя сигналам отрицательной и положительной полярности соответственно,Если световые потоки поступиот одновременно на фотодиоды б и 7 (Ф; на фото- диод б и Ф, на фотодиод 7) имеем, что Оптоэлектронный операционный усили тель может быть использован в качестве логического элемента, если дополнительно к выходу операционного усилителя подключить два диода и операционный усилитель в роли инвертора, а на вход наряду со вход ными резисторами подвести и резистор опорного сигнала,Усилитель не исключает возможности подведения на вход одновременно нескольких электрических сигналов, В этом случае 3 О необходимо предусмотреть несколько входных резисторав 1. Оптоэлектронный операционный усилитель, содержащий фотодиодный делитель напряжения, усилитель постоянного тока, связанный с источником питания, вход усилителя постоянного тока через входной резистор соединен с входом операционного усилителя, а через резистор обратной связи с выходом усилителя постоянного тока, являющимся выходом операционного усилителя, который через два светодиода, включенных встречно-параллельно, связан с шиной нулевого потенциала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения операционного усилителя, в нем выводы источника питания усилителя постоянного тока соединены с крайними выводами фотодиодного делителя напряжения, средний вывод которого связан со входом усилителя постоянного тока, причем фотодиоды делителя напряжения связаны с соответствующими оптическими входами операционного усилителя,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1. Патент США,3325724, кл. 323 - 21,опублик. 1967. 2. Па 1 ент США,3590251, кл. 250 в 2,опублик. 1969.