Оптоэлектронный умножитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 06 С 9/О ЕНИЯ(72) В.П.Медведев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЮ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИД":ТЕЛЬСТВ(5 Й)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УИНОЖИТЕЛЬ,содержащий два операционных усилителя, инвертирующий вход первого изкоторых через первый масштабный резистор подключен к первому входу умножителя и соединен с первым выводомвторого масштабного резистора, инвертирующий вход второго операционного усилителя через третий масштабный резистор связан с его выходом,являющимся выходом умножителя и через четвертый масштабный резисторподключен ко второму входу умножителя, неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно черезпятый и шестой масштабные резисторысоединены с шиной нулевого потенциЯО 1012287 ала, отли чающий ся тем, что, с целью повышения быстродействия и повышения точности, в нега дополнительно введены два диодных излучателя, два транзисторных фотоприемника и седьмой и восьмой масштабные резисторыпричем к выходу первого операционного усилителя подключены анод первого диодного излучателя, катод которого подключен ко. второму выводу второго масштабного резистора, и катод второго диодного излучателя, анод которого через седьмой масштабный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, первый и второй диодные излучатели соот вет стае нно апти чески Е связаны с первым и вторым транзис" торными фотоприемниками, причем эмиттер первого транзисторного фотоприемникаподключен к эмиттеру второго транзисторного. фотоприемника и соединен со вторым е ,входом умножителя, коллектор первого транзисторного фотоприемника подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, коллектор второго транзисторного фотоприемника подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через вось-, мой масштабный резистор подключен ко: второму входу умножителя.1 1012Изобретение относится к вычислительнбй технике,Известно много типов аналоговыхумножителей. Из них наиболее простыми являются умножители на операцион 5ных усилителях с применением аттенюаторов на полевых транзисторах илина оптоэлектронных устройствах,Умножители с применением аттенюаторов на полевых транзисторах и оптоэлектронных устройствах являютсядешевыми и простыми устройствами 11.Однако они обладают большим дрейфоми нелинейностью, равными 5-254, чтоограничивает их применение в точныхизмерительных приборах, например вумножителях с применением аттенюаторов на полевых транзисторахтемпературный дрейф может составлять 3-73,а временной за 8-2 ч работы до 20.Аналогичным дрейфом обладают также Фоторезисторы, которые применяются в умножителях с применением аттенюаторов на оптоэлектронных устройствах, Для уменьшения дрейфа и нелинейности в этих устройствах применяют по две и более подобранных похарактеристикам пары излучатель-Фоторезистор, которые включают по дифференциальной или мостовой схемам 21.Необходимость подбора по характеристикам, а также малое быстродействие Фоторезисторных оптронов недают возможности применить эти устройства в точных измерительных приборах.35Для повыше ни я бы ст роде й ст вия вумножителях с применением оптоэлектронных устройств в качестве излучателей используют электрическую лампу, питаемую повышенным напряжением.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является умножитель, выполненный на двух операционных у сипи т елях. На выход перво - 45го усилителя подается один из сигналов сомножителей, в выходной цепи его включен излучатель оптоэлектронного устройства, а в цепи отрицательной обратной связи - один из 50фотоприемниковФоторези стор ). Вто"рой - фоторезистор включен на входевторого из сомножителей. Проводимость обоих Фоторезисторов пропорциональна яркости светового потока излучателяэлектрической лампы), т.е,уровню одного из сигналов сомножителей. Так как коэффициент усиления 287 1этого усилителя пропорционален проводимости второго Фоторезистора, то выходное напряжение его пропорциональ.но сигналам обоих сомножителей. Первый фоторезистор обеспечивает оптическую обратную связь, что улучшает линейность передаточной характеристики схемы 3 1Указанный-умножитель характеризу" ется большим дрейфом сопротивленийфоторезисторов до 204), что вызываетдрейф второго усилителя, пропорцио" нальный его коэффициенту усиления, а также малым быстродействием фото- резисторов, что ограничивает рабо-чую полосу частрт до нескольких десятков сотен герц,Цель изобретения - повышение быстродействия и точности умножителя,Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный умножитель содержащий два операционных усилителя, инвертирующий вход первогоиз которых через первый масштабныйрезистор подключен к первому входу .умножителя и соединен с первым вы-водом второго масштабного резистора,и нверти рующий вход второго операци оРного усилителя через третий масштабный резистор связан с его выходом, являющимся выходом умножителя, и через четвертый масштабный резистор подключен ко второму входу умножителя, неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно через пятый и шестой масштабные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала, дополнительно введены два диодных излучателя, два транзисторных фотоприемника и седьмой и восьмой масштабные резисторы, причем к выходу первого операционного усилителя подключены анод первого диодного излучателя, катод которого подключен ко второму выводу второго масштабного резистора, и катод второго диодного излучателя, анод которого через седьмой масштабный резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, первый и второй диодные излучатели соответственно оптически связаны с первым и вторым транзисторными фотоприемниками, причем эмиттер . первого транзисторного фотоприемника подключен к эмиттеру второго транзисторного фотоприемника и соединен со вторым входом умножителя, коллектор первого транзисторного фотопри3 10122 емника подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, коллектор второго транзисторного фотоприемника подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через восьмой масштабный резистор подключен ко второму входу умножителяНа чертеже приведена принципиаль е ,ная схема предлагаемого усилителя,Схема включает масштабные резисторы 1-8, первый и второй операционные усилители 9 и 1 О, первый и. второй светодиодные излучатели 11 и 12, пер вый и второй транзисторные фотоприемники 13 и 14, первый и второй входы 15, 16 и выход умножителя 17.В соответствии с чертежом входной сигнал умножителя 01 через резистор 1 подается на вход 15 операционного усилителя 9, в цепи отрицательной обратной связи которого включены светодиодные излучатели 11 и 12. Входной сигнал умножителя О через резистор 4 подается на вход операционного усилителя 10, во входной цепи которого включены Фотоприемники 13 и 14, имеющие оптическую связь со светодиодными излучателями 11 и 13, Произве 30 дение сигналов умножителя снимается с выхода 17, операционного усилителя 1 О относительно шины нулевого потенциала.Умножитель работает следующим образом,Входной сигнал постоянного токаО например) положительной полярности подается на вход операционного усилителя 9 в качестве сигналаодного из сомножителей, где усили"вается и открывает светодиод 12,включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 9. Яркостьсветового потока излучателя 12 пропорциональна сигналу О 1(, причем коэффициент пропорциональности равенкоэффициенту усиления К операционного усилителя 9. Одновременно навход 16 операционного усилителя 1 Оподается сигнал 0 постоянного токапроизвольной 1 положительной или отрицательной) олярности в качествевторого умножителя.ЯСветодиоды 11, 12 и транзис"торы фотоприемника 13 и 14, включен 55ные во входной цепи операционногоусилителя 10, образуют оптоэлектрон-ное устройство. Когда 01 =О, свето 87 фдиоды. 11 и 12 закрыты, закрыты также и транзисторы фотоприемников 13 и 14. подключенные параллельно резисторам 4 и 8 мостовой схемы операционного усилителя 10. Сопротивления закрытого состояния транзисторов фотоприемников 13 и 14 велики (200-100 кОм) что не нарушает баланса мостовой схемы, составленной из резисторов 3,4,6, 8 и операционного усилителя 10. В результате сигнал С, приложенный ко входу 16, на выход 17 операционного усилителя 1 О не проходит, так как является синфазным для обоих вхо-, дов операционного усилителя 10 сигналом. Этот сигнал ослабляется усили" телем 10 на 70-80 дБ. При положительном постоянном сигнале Оу, равном нулю, открывается светодиод 12, который открывает транзистор фотоприемника 14, Это вызывает разбаланс моста резисторов 3, 4, б и 8 на входе операционного усилителя 10 и прохождение на выход 17 инвертированного сигнала И, усиленного в К 9, Разгде В и К сопротивления резисторов 3 и 4 соответственно, причем чем больше сигнал, тем меньше значение ,резистора 4 и тем больше коэффициент усиления усилителя 10 и произведение сигналов 0и О на выходе умчожителяЗначение резистора 4 можно изме-. нять в пределах 100-50 Ом, что дает возможность не только обеспечить умножение двух сигналов, но и обеспечить их усиления в 1(1 К К 1; равное квадрату коэффициентов усиления операционных усилителей 9 и 1 О.При отрицательном входном сигнале 01 открывается светодиод 11, который открывает транзистор фотоприемника 13. Это приодит к уменьшению значения сопротивления К резистора 8 и обеспечивает прохождение на выход 17 и усиление сигнала Ь без ин 3еертирования его полярности. Однако основное назначение оптоэлектронной пары 11 и 13 является компенсация дрейфа характеристик как оптоэлект" ронного устройства., так и всего предлагаемого устройства. Компенсация дрейфа обеспечивается за счет балансной схемы включения транзисторов фотоприемников 13 и 14. Одинаковые из- . менения сопротивлений транзисторов фотоприемников 13 и 14 не вызываютСоставитель Г. Рожновактор И. Келемеш Техред А. Ач Корректор С,шекмар Тираж 70 ч арственного комитет изобретений и откры ва, Ж, Раушская 2768/62ВНИИПИ Гопо дел1130 Я, М ПодписноеСССРйбд, Ц/ Ужгород, ул. Проектная, Ц ент",5 10122 разбаланса схемы моста, составленной из резисторов 3, М, 6 и 8.Предлагаемый умножитель по сравнению со схемами аналогов и прототипа обладает: высоким быстродействием, так как ширина полосы пропускания фототранэистора равнь несколь-. ким сотням килогерц, а фоторезисто" ров, применяемых в схемах аналогов и прототипа, равна нескольким сотням 1 о герц; высокой стабильностью и ли- . нейностью преобразованя, которые определяются балансной схемой предлагаемого устройства, обеспечивающей крмпенсацию дрейфа оптоэлектрон ных пар, и высокой линейностью операционных усилителей, в результате чего достигается точность 0,1-0,6 против 5-253 в известных; более простым, следовательно, более надежным и действенным, выполнением,так как операционные усилители и оптоэлектронное устройство являются миниатюрными приборами и легко выполняются в интегральном исполнении, Кро- д 876ме того, применение в предлагаемом1у ст рой ст ве оптоэле кт ро нных ми кросхем,например серии К 2 М 9 ПК 1 позволяетуменьшить дрейф светодиодов и фото"транзисторов на два порядка и болееэа счет стабилизации эмиттерных переходов фототранэисторов и примене-ния повторно кратковременного режима работы умножителя. Это не только улучшает характеристики предлагаемого умножителя, но и расширяет егофункциональные возможности. Так, например, за счет высоких коэффициентовусиления обоих усилителей предлагаемоеустройство можно применять в качестве высокочувствительного нуль-органаили компаратора, не обладающего гистерезисом . и дрейфом, преобразователяпеременйого напряжения в постоянноеи т,д,Описанные преимущества предлагаемо. го устройства позволяют применить его во многих областях электроники и измерительной техники,