Оптомагнитный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН З(50 Н 03 Р 9/02 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ НИЯ ер ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленина энгетический институт(54)(57) 1. ОПТОМАГНИТНЫИ УСИЛИТЕЛЬ,содержащий фотодиодный элемент, вклю"ченный последовательно с источникомпеременного напряжения и обмоткой,расположенной на магнитопроводе с гистерезисной характеристикой намагни,. чивания, силовой диод, блокирующийдиод и нагрузку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения коэффициента усиления мощности, блокирующий диод включен последовательно с фотодиодным элементом, силовой , диод включен последовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элементс блокирующим диодом, обмотка с источником напряжения и силовой диод снагрузкой образуют параллельные цепи.716491 2. Усилитель по п. 1, о т л н ч а ю щ и й с я тем, что, силовой диод представляет собой светодиод.3. Усйлитель по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также с целью рас,ширения, функциональных. возможностей, нагрузка дополнительно содержит инерционный излучающий элемент, оптически связайный с фотодиодным элементом.4. Усилитель по пп. 1-3, о т - ли ч а ю щ и й с я тем, что он соИзобретение относится .к устройствам преобразования и усиления электромагнитного излучения и предназначенодля использования в системах автоматического регулирования.5Оптомагнитный усилитель может быть:-использован в.качестве элемента зацитной автоматики в установках высо=.ких энергетических уровней и в качестве основы при построении измерительных трансформаторов в линиях -электропередач высокого и сверхвысокого на"йряжения,Известно устройство магнитногоусиления, содержащее фотодиод, фотокатод которого воздействует на состояние, другого полупроводниковой струк.туры, с йомощью которой изменяютсостояние среды, обладающей магнитным гистерезисом и этой средой управ 20ляют электрической энергией независимого источника напряжения.4Недостатком этого устройства является многоступенчатость преобразования и нйзкая надежность,25Наиболее близким к изобретениюявляется оптомагнитный уси)жтель, вкотором источник переменного напряже-ния последовательно"включен с"полупроводниковым фотодиодом, нагрузкой 30и обмоткой, размещенной на магнито- .проводе с гистерезисной характеристикой йамагничивания, силовой диод,блокирующий диод.В полупериод йепроводящего состоя-З 5ния фотодиода через нагрузку протекает фототок,что приводит к снижедержит дополнительную цепь, включенную параллельно источнику переменного напряжения и содержащую источникизлучения, оптически связанный с фотодчодным элементом, а также датчиканалогового сигнала с изменяемым сопротивлением.5. Усилитель по п. 4, о т л и - ч а ю щ и й"с я тем, что оптическая связь между источником излучения и фотодиодным элементом осуществлена через управляемый элемент с изменяемой оптической плотностью. 1 нию КПД преобразования - усиления и может в ряде случаев оказывать дестабилизирующее воздействие на коэффициент усиления.В полупериод проводящего состояния фотодиода через нагрузку протекает рабочий ток, величина которого ограничена максимально допустимым током прямой полярности, протекающим через фотодиод. Это приводит к ограничению коэффициента усиления мощности ойтомагнитного усилителя.Целью, изобретения является повышение коэффициента усиления мощности с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также расширения функфональных возможностей,Это достигается тем, что оптомагнитный усилитель содержит блокирующий диод, включенный последовательно с чувствительным к излучению элементом, и силовой диод, включенный по - следовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с источником питания и синовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи, причем вместо силового диода может быть включен светодиод.Кроме того, в цепь нагрузки опто- магнитного усилителя целесообразно дополнительно включить инерционный излучающий элемент, оптически связанный с фотодиодным элементом.Оптомагнитный усилитель может содержать дополнительную цепь, включенную параллельно источнику пере-,менного напряжения и содержащую источник излучения, оптически связанный с фотодиодным элементом, а так 1 же датчик аналоговых сигналов с из-меняемым сопротивлением. 5Также оптомагнитный усилительможет иметь оптическую связь междуисточником излучения и светочувствительным элементом, осуществляемую через управляемый элемент с изменяемой оптической плотностью, установленный между ними.На фиг, 1 показана электрическаясхема предлагаемого оптомагнитногоусилителя, на фиг, 2-9 - электрилеские схемы предлагаемого аптомагнитного усилителя в различных вариантах выполненияОптомагнитный усилитель, показанный на фиг. 1, содержит включенные последовательно фотодиод 1, блокирующий диод 2, источник 3 переменного напряжения и обмотку 4, разме-,щенную на магнитопроводе, обладающем гистерезисной характеристикой намагничивания. Силовой диод 5 и вклю.ленный последовательно с ним нагрузочный резистор 6 подсоединены параллельно цепи, содержащей последовательно-встречно включенные фотодиод 1и блокирующий диод 2, при этом диоды2 и 5 подключены относительно другдруга встречно параллельно.В качестве чувствительного к излучению элемента вместо фотодиода 1может быть подключен фоторезистор 7(см. фиг. 3) подсоединен к нагрузол-ному резистору 6 так, чтобы через не.40го протекала по меньшей мере частьтока нагрузки, и оптически связанс фотодиодом 1, В частности, в качестве инерционного излучающего эле.мента 8 использована лампа накалива 45ния, включенная последовательно с нагрузолным резистором 6. Кроме этого,инерционный излучающий элемент 8может быть подсоединен параллельнонагрузочному резистору 6,50Схема, изображенная на фиг. 4,имеет один или несколько "допатнй-"тельных фотодиодов 9, подсоединенных параллельно основному фотодиоду 1На фиг. 5 показан вариант выполнения оптомагнитного усилителя,"схе=-" ма которого содержит одну или Нес-" колько дополнительных цепей, состоящих из последовательно соединенныхдополнительного фотодйода 9 и встрелно ему включенного дополнительноблокирующего диода 10, при этом каждая такая цепьподключена параллельно основной цепи, состоящей из фото-диода 1 и блокирующего диода 2В схемах, показанных на фиг. 3, 4и 5, вместо фотодиодов 1 и 9 в качестве чувствительных к излучению элементов могут быть включены фоторезйсторы.В схеме, изображенной на фиг, 6,.(.вместо силового диода 5 (см. фиг. 1)и наг руз очного резистора 6 включенысветодиоды 11 (см. фиг. 6) . и 12,причем последние подсоединены последовательнр согласно.,Кроме того, светодиоды 11 и 12(см. фиг, ) могут быть включены согласно параллельно.Оптомагнитный усилитель, изображенный на фиг, 8, содержит одну илинесколько цепей, каждая из которыхподключена параллельно источнику 3переменного напряжения и состоит изпоследовательно соединенных источников 13 излучения и датчика 14 аналогового сигнала с изменяемым напряжением,Каждый источник 13 излучения оптически связан с соответствующийфотодиодом 1 и 9. Кроме того, возможен вариант выполнения, при которомвсе источники 13 излучения оптическисвязаны с одним фотодиодом 1.Источники 13 излучения выполненыв виде ламп накаливания, Кроме того,в качестве источников 13 излучениямогут быть включены светодиоды,Оптомагнитный усилитель, изображенный на фиг, 9, содержит управляемый элемент 15 с изменяемой плотнос тью, установленный между источником 13 излучения и фотодиодом 1 и осуществляющий оптическую связь послед- них,Оптомагнитный усилитель, показанный на фиг. 1, работает следующим образом.В зависимости от полярности переменного напряжения силовой диод 5 может находиться в двух состояниях: проводящем, когда напряжение приложено в прямомнаправлении; и непро-водящем при противоположной полярнос ти.В непроводящем состоянии силового диода 5 и при наличии освещения фотодиода 1 в цепи, образованной блокирующим диодом 2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного 5 напряжения, появляется фототок, изменяющий магнитную индукцию материала магнитопровода.К концу каждого проводящего полу- периода силового .диода 5 (началу его непроводящего состояния) индукция материала магнитопровода достигает . насыщения.При отсутствии оптического сигнала магнитная индукция материала магнитопровода остается в насыщении, при этом к нагрузочному резистору 6 приложено все напряжение источника 3.При воздействйи оптического сигнала в интервал времени, когда к си ловому диоду 5 и фотодиоду 1 приложено напряжение обратной полярности, по цепи, образованной блокирующий диодом 2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного напряжения, на 2 чинает протекать фототок, под действием которого происходит изменение магнитной индукции до величины, которая является исходным состоянием. для следующегоинтервала. . 30В следующий полупериод переменного напряжения, соответствующий проводящему состоянию силового диода 5 и фотодиода 1, магнитное состояние матеРиала магнитопровода изменяется 35 от исходного значения до состояния насьвцения. Этот процесс происходит в течение начального перйода проводящего полупериода.В результате к нагрузочному резистору 6 приложено напряжение питания после достижения состояния насыщения, т.е. в течение более короткого интервала по сравнению со случаем, когда оптический сигнал отсутствует. 45Таким образоМ, в предложенном оптомагнитном усилителе происходит усиление и преобразование оптического сигнала в электрический путем магнитного усиления фотопотока Фотодиода 1.В связи с тем что фотопоток протекает по цепи, образованной фотодиодом 1, блокирующим- диодом 2, обмот-, кой 4 и источником 3, а ток нагруз- ки протекает в другой полупериод по остальной цепи, образованной обмоткой 4, источником 3, силовым диодом 5 и резистором 6, в оптомагнитном усилителе достигнут высокий КПД преобразования - усиления и исключены дестабилизирующие воздействия на коэффициент усиления.Кроме того, благодаря тому что цепи токов нагрузки и фотопотока разделены, в схеме достигнут высокий коэффициент уси 3 тения мощности,Оптомагнитный усилитель может быть использован в системах регулирования и управления производственными процессами вместо традиционных магнитных усилителей, при этом управляю щим воздействием является оптический сигнал.Наряду с существенными уменьшениями размеров магнитопровода улучшены динамические параметры усилителя; инерционность снижена до минимально возможной величины, равной половине периода частоты источника 3 пе- ременного напряжения;Оптомагнитный усилитель может найти применение в качестве элемента. защитной автоматики в установках высоких энергетических уровней и взмерительных устройствах в качестве 1 основы при построении измерительного /трансформатора в линиях электропере/дач высокого и сверхвысокого напряжения.Усилитель, показанный на Фиг. 3, может быть применен в схемах плавной регулировки искусственного освещения, а в схемах изображенных на фиг. 4 и 5 в . в качестве основы для построения логических элементов, реализующих функцию ИЛИ-НЕ, а также для суммирования входного оптического сиг нала.Схемы, изображенные на фиг. 6 и 7, могут найти применение там, где тре- буется получить выходной сигнал в виде оптического сигнала. При этом светодиод может быть включен вместо силового диода или последовательно сний.Оптомагнитные усилители, показанные на фиг, 8 и 9, могут быть использованы как элементы, реагирующие, например, на одновременное изменение температуры и прозрачности воздуха, при этом в качестве датчика 14 установлено термосопротивление, а в качестве элемента 15 использована воздушная среда, изменяющая свою прозрачность, например, отдыма.716491Во всех описанных схемах ток нагрузки появляется только в один полупериод частоты источника литания.Для повышения эффективности исполь зования источника питания можно при 8 менять двухполупериодные схемы, вкоторых ток в нагрузке будет существовать в оба полупериода и коэффициент усиления мощности увеличитсяпримерно в четыре раза.71649 ч едактор О.Юркова Техред С.Легеза Кор Вг. город, ул, Проектна Па Филиал ППП Заказ 9228/3 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москвираж 86 1 , Подписноественного комитета СССРобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/