Оптоэлектронное дифференцирующее устройство

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихУеспублик 52420(22) Заявлено 27. с присоединением (23) Приоритет (43) Опубликован (45) Дата опубл сударотвеииый комитетовета Миииотров СССРоо делам изооретеиийи открытий о 05.08.76.Бюллетень29 икования описания 14.02.77(71) Заявит 54 ЛЕКТРОННОЕ ДИффЕРЕНЦИРУЮШЕ УСТРОЙСТВО 2 ник связа дним из оптических дов но, с другимержки, а чеельно погло еез светоделительную етствую вене может рабо гнала и вылаой природы. Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для дифференцирования входного сигнала, заданного в виде напряжения или светового потока, с получением выходного сиг нала как электрической, так и оптической природы.Известны оптоэлектронные дифференцирующие устройства.Одно из известных дифференцируюших устройств содержит инжекционный светодиод, преобразующий ток через емкость в световой сигнал, яркость которого пропорциональна току через емкость 11 . Недостатком устройства является узкий диапазон работы.Наиболее близким техническим решением к данному является оптоэлектронное дифференцируюшее устройство, содержащее операционный усилитель, вход которого соединен через первый входной резистор с электрическим входом устройства, с резистором обратной связи и через пару фотоприемников - с разноименными выводами источника .постоянного напряжения. Каждый фотоприемустроиства непосредствен рез оптическую линию зад установленные последоват ший оптический фильтр и пластину с выходом соотв тодиода 21 .Однако такое устройст тать от электрического с сигнал только электричес Предложенное устройство отличается отизвестных тем, что в него введены электронный блок задержки, включенный между электрическим входом устройства и вторым входным резистором операционного усилителя, и переключатель, соединенный подвижным контактом с выходом операционного усилителя, первым неподвижным контактом - с анодом 0 и катодом соответствующих светодиодов, авторым - с резистором обратной связи и электрическим выходом устройства; причем светоделительные пластины связаны с соответствующими оптическими выходами устройства;524201 чен к + 0, а фотоприемник 15 - к - Я ), а другим - ко входу усилителя 5.Устройство работает следуюшим образом.При входном напряжении О Ю ъО, поступаюшем на вход резистора 1 и одновременно на олок задержки 3, благодаря усилителю-инвертору имеем на входе усилителя 5 сигнап положительной полярности, еси ли )вх М во времени нарастает, и отрицательный, если оно убывает, При этом сигнал соответствует напряжению. р Разность величин обеспечивается усилителем-инвертором блока задержки 3, инвертирующим знак ) в1 - ь)В положении й. переключателя 6, обеспечивающего отрицательную обратную электри О ческую связь усилителя 5 за счет резистора обратной связи 7, при наличии входных сигналов У х (т) имеем выходной сигнал; К,3 ЬЫХ РВХ ВХ ц = -- 1) И)-О (1-ьФ,) 1 1Зб При малых й в первом приближении имеем Б положении 6 контактов переключателя 6 усилитель 5 подключен ко входам светодиодов 8 и 9. 4 ОСветовые потоки, формируемые светодиодами 8 и 9, через светоделительные пластины 10, 11 и погдошаюшие Оптические фильтры 12, 13 поступают на вход фотоприемников 14, 15 соответственно. Светодеди- фб тельные пластины 1 О, 11 в то же время обеспечивают поступление на оптические выходы выходных сигналов Ф и Финверсных по отношению друг к другу, Фяьтры 12, 13 обусловлива 1 от необходимый коэффициент Я) передачи чстройства. Фотоприемники 14, 15 служат для годведения входных оптических сигналов к усилителю 5, а также для обеспечения нормаль- % ной работы этого усилитедч в режиме оптической обратной связи. Одним выводом фотоприемники 14 15 подклочены к клеьц ам противоположной полярности источника постоянного тока фотоприемник 14 подклюЭто позволило расширить область применения устройства.Принципиальная схема устройства представлена на чертеже.Устройство содержит входные резисторы 1, 2, электронный блок задержки 3, выполненный в виде соединенных посдедовательно электрической линии задержки и усидителяинвертора, источник постоянного напряжения 4, операционный усилитель 5, переключатель 6, резистор обратной связи 7, светодиоды 8, 9 светоделительные пластины 10, 11, поглошаюшие оптические фильтры 12, 13, фотоприемники например, фоторезисторы) 14, 15 и оптические линии задержки 16, 17,На чертеже волнистой линией Обозначены оптические канады передачи сигналов,Резисторы 1 и 2 подключены ко входу операционного усилителя постоянного тока 5 и подводят входной электрический сигнал различной подярности, Один сигнал подводится с запаздыванием, следовательно, если через резистор 1 подводится сигнал )Вх И) , то через резистор 2 подводится сигнал 3 ВХЫ-ЪО, где 61 - время задержки электронного блока задержки 3.Операционный усилитель постоянного тока 5 обеспечивает отрицательную обратную связь оптической иди электрической природы в зависимости от положения контактов переключателя 6. Б положении й контактов переключателя 6 цепь обратной связи операционного усилителя 5 замыкается через резистор отрицательной обратной связи 7, который обеспечивает электрическую связь между входом и выходом устройства. В" )=0 В, И)-) Х - Ь),где- сопротивление резисторов 1, 2;% - сопротивление резистора 7. Разделив и умножив правую часть на Ь 1, имеем7 ВХ ВХВЫХ Я ь 1 ДЦВХд 0ВХВХ д Зв- коэффициент пезэ 31редачи дифференциатора при входном и выходном электрических сигналах. При нарастающем Б В х ииеемвхпри убывающем У имеемВЪХПри ЗВО имеем обратную картину,т.е. при нарастающем Бвх величичаБ в- х ) О, пРи Убываюшем О в- имеемГ,0,Р положении 6 переключателя 6, обеспечиваюшего Отрицательную Оптическую связь, имеем выходной световой поток Ф 1 или Ф При этом Ф соответствует сигналам отрицательной полярности, а Ф - сигналаМ пс- ложитедьной полярности,524203.При0 и нарастающем входном то- лу ке ЭЗх, равномоп 0 ж -0 Ид) ЗХ ВХ о+ ф,ВХ й Ьна выходе усилителя 5 возникает отрицательное напряжение, в результате чего загорается высвечива:ощий светодиод 8 и оптический поток обратной связи через полупрозрачную пластину 11 и поглошающий оптический фильтр 13 поступает на выход канала оптической связи и на фотоприемник 15,На входе усилителя 5 с большим коэффициентом усиления при наличии отрицательной обратной связи имеем 3 -3 = О (йВХ 1 Ю1а также учитывая, что ток через фотоприемники 14, 15 определяется выражением3) прозрачное зеркало 10 и поглощающийтический фильтр 12 поступает на выходканала оптической связи и на фотоприемник 3.4.Если У С 0 и его значение нарастает,вхто имеем; 9 = О, а.(р,= с,Если УВ О и его значение убывает,то имеем боРл Фэ д 1 аф= оПри наличии оптического сигнала% вй),соответствующего значениям положительнойполярности, его подводят на вход фотоприемника 14 и через оптическую линию задержки 16 на фотоприемник 15. При этом навходе усилителя 5 появляется токЭ =3 аКЧ Я)Э -)ЪФ (-А 1)ВХ О ВХ О ЗХ)и А 1 Икоэффициент, 45 где СФэ КЩхарактеризующий устройство при обратной оптической связи и входном электрическом сигнале.При этом Ф у в канале оптический связи равен нулю,Если 73 хО и убывает, то имеем:ф:оь Ь ЗУ дца 14 ЗХ ВХДействительно, при 3 З О на выходе Операционного усилителя 5 появляется напряжение положительной полярности, в результате чего загорается светодиод 8 и оптический поток обратной связи через по- Ю ЗОгде К - коэффициент поглощения оп 11тического фильтра 13.Так как темновой ток 3 фотоприемника 15 компенсируется темновым током 3 фотоприеьщика 14, имеем, исходя из форму лы (1) Ф 0 И) -0 Н-д 1)В ВХ ВХ3 =К --ЗХ М15 1 Если Фвх Я) наРастает, то ЭзО В положении а переключателя 6 выходное напряжение 0выхна основанииЗЫХгдеЭ7 КОбусловленное электрической обратной связью и большим коэффициентом усиления усилителя, будетц,=-к, к 4,(ц-ф,к-ац,откуп;): - К К д Ь - =-Свх дзых= 7С = эф д 1 где Сэф )73 ф - коэффициент, характеризующий устройство при входном оптическом и выходном электрических сигналах, При этом, если Ф внарастает, то 0 зых(О, а если ф убывает, то У .ъ ОВЫПри наличии оптического сигнала ФВЮ , соответствующего значениям отрицательной полярности, его подводят на вход фотоприемника 15 и через оптическую линию задержки 17 на фотоприемник 14. Нетрудно вычислить, чтоВх, с)фд:-к кы - : - сЗЫХ 7 д э д 1при атом, еслибы вх нарастает, то Овых 0,а если фв убывает, то ВСр,При наличии оптического сигналасоответствующего значениям положительной (отрицательной) полярности и положении 8 переключателя 6, обеспечивающего отрицательную обратную оптическую связь, и на524201 Фых Составитель Ю. КозловТехред И. Ковач Корректор Ь. Югас Редактор Л. Утехина Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 4972/410 Тираж 864 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5