|
| |
|
Слаботочка Книги ных транзисторах, туннельных диодах и интегральных транзисторных микросхемах, полупроводниковых и электровакуумных приборах. Интерес представляет также рациональное и надежное согласование цифровых интегральных устройств с разнородной элементной базой (ТТЛ, ЭСЛ, ИЛ, КМОП и т. п.). Вход - ТТЛ /,1д,ц Выход И С Вход I Т Выход Рис. 6.3. Схемы сопряжения разнотипных элементов по оптическим каналам Схема согласования элемента транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) с интегральным устройством на МДП-транзисторах [2] построена на транзисторном оптроне (рис. 6.3,а). В конкретном варианте: Ei=E2= = 5 В, £з=15 В, /?1=820 Ом, /?2=24 кОм -светодиод оптрона возбуждается током (5 мА), достаточным для насыщения транзистора и уверенного управления устройством на МДП-транзисторах. Помехоустойчивую связь триггера на туннельном диоде и интегрального ЛЭ на биполярных или МДП-транзисторах несложно осуществить по схеме, показанной на рис. 6.3,6. Светоизлучатель диодного оптрона возбуждается по каналу Е\-R3 при переключении туннельного диода в прямом направлении и выключении диода. Фотоприемник оптрона действует в управляющей цепи ЛЭ. 232 Входные и выходные каскады в рассматриваемых схемах (рис. 6.3) не имеют общих электрических цепей; поэтому элемент ТТЛ и МДП-схема (рис. 6.3,а), триггер на туннельном диоде и логический транзисторный элемент (рис. 6.3,6) могут действовать в весьма разнородных условиях и режимах. Введение оптических связей позволяет также устранить ложные переключения входных каскадов от всплесков напряжения питания выходных (как правило, более мощных) каскадов. При проектировании высокочувствительной, быстродействующей аппаратуры физического эксперимента особое внимание уделяется обычно входным каскадам устройства. Малоинерционные, чувствительные к кратковременным импульсным воздействиям входные каскады целесообразно питать от специального источника стабильного напряжения (например, от электрической батареи). Требования к стабильности других (менее ответственных) каскадов устройства оказываются, как правило, не столь жесткими. Четкая гальваническая развязка цепей питания достигается введением в каналы связи диодных или транзисторных оптронов [3, 4]. В пересчетном приборе [3] входной каскад, построенный на биполярном транзисторе, питается от независимого источника напряжения Ei (рис. 6.4,а), а основная часть прибора (содержащая триггер Шмитта, фильтр импульсов, пересчетную схему)-от более мощного источника напряжения Е2. Источники Е\ и £2 электрически не связаны, поэтому возможные колебания напряжения £2 никак не влияют на электрический режим входного каскада. Полезная гальваническая развязка входного каскада в схеме рис. 6.4,а достигается благодаря оптопаре светодиод-фототранзистор; вместе с тем передача входного сигнала в счетную часть прибора осуществляется по оптическому каналу беспрепятственно. 7vlaлoшyмящиe входные каскады операционного усилителя [4] питаются от двух «плавающих» кадмиево-никелевых батарей. Связь входных и выходных каскадов усилителя достигается в этом устройстве с помощью оптронной микросхемы. Использование оптронов в качестве элементов гальванической развязки заметно расширяет возможности физического эксперимента. В схеме, представленной на рис. 6.4,6, узел Вых. 2 непосредственно связан с источ- НИКОМ питания отклоняющих пластин электронной пушки [5]. По логике эксперимента дополнительное напряжение £2 следует периодически подавать на отклоняющие пластины. Эта операция без принципиальных затруднений осуществляется в схеме рис. 6.4,6 с помощью транзисторного оптрона. При воздействии положительного входного импульса светодиод оптрона возбуждается и фиксирует фототранзистор в режиме насыщения. При этом источник напряжения £2 подключается к на-i грузке R4. Если входной импульс отсутствует, то закры-
дход RZ R3 Bbix.Z Триггер Шмитта Фиттр UMrrffnbCOS Перетет-шя ехет дыход Рис. 6.4. Оптроны в устройствах физического эксперимента тый фототранзистор размыкает цепь с источником Е. В эксперименте по резистивному нагреву образца периодическими импульсами для спектроскопии оже-элек-тронов [5] схема рис. 6.4,6 имела параметры; £1=5 В, /?,==100 кОм, /?2=5,6 кОм, /?з=300 Ом, R>,= \ кОм. Активно используются оптические связи в телефонных устройствах и системах [6-8]. С помощью оптронов технически несложными средствами удается подключать к телефонным линиям микроэлектроиные устройства, нредназначенные для вызова, индикации, контроля и других целей. Экономичные оптоэлектронные элементы почти не нагружают телефонные линии; к тому же оптическая связь практически исключает сбои и помехи, обычно возникающие при соединении линий с устройствами вызова и измерительной аппаратурой. 234  .. looou. дд/зова Рис. 6.5. Оптрон в телефонном устройстве вызова Схемотехника использования транзисторного онтрона в телефонном устройстве вызова [7] иллюстрируется рис. 6.5. Сигнал вызова с амплитудой 100 В и частотой 20 Гц ответвляется по цепи с конденсатором емкостью 1 мкф. Такой конденсатор ограничивает ток, отбираемый от телефонной линии на уровне 10 мА, что не оказывает заметного влияния на речевые сигналы. Светоизлучатель оптрона возбуждается сигналами положительной полярности, посту- телефонрая пающими (благодаря дей-ствию двухполуперподного w диодного выпрямителя) с удвоенной частотой. Сигнал вызова, передаваемый по оптическому каналу, управляет частотой колебаний транзисторного мультивибратора, который, в свою очередь, неносредственно связан с небольшим громкоговорителем. Введение оптических связей в электронную измерительную аппаратуру, кроме полезной во многих отношениях гальванической развязки исследуемого объекта и измерительного прибора, позволяет также резко уменьшить влияние помех, действующих по цепям заземления и питания. В конкретной разработке [9] передача сигналов на вход осциллографа осуществляется с помощью оптически изолированного зонда. Входной каскад зонда содержит светодиод с токоограничивающим резистором, определяющим к тому же чувствительность зонда к ис- , следуемым сигналам. Непосредственно с осциллографом соединен выходной каскад зонда, содержащий фотодиод и операционный усилитель фототока. Связь излучателя ""с фотоприемником осуществляется гибким стекловоло-конным световодом. Использование оптически изолированного зонда устраняет большинство электрических помех и наводок, «типичных» для осциллографов с электрическими каналами управления и связей. Значительный интерес представляют возможности и опыт использования оптоэлектронных приборов и устройств в биомедицинской аппаратуре. Оптроны по-N зволяют надежно изолировать больного от действия вы- соких напряжений, имеющихся, например, в электрокардиографических приборах [10]. В медицинской электронике применяются, главным образом, линейные оптоэлектронные усилители (см. гл. 5). Такие усТТлите-ли, обладающие достаточно хорошими частотными характеристиками и приемлемой линейностью, создают объективное представление о биоэлектрических сигналах в условиях, безопасных для исследуемого пациента. -offmf -OffWI.Z (кУ) (t -оШ.д - Z7ff 0Т1 R1 \\RZ cz\ 0T3 R3 Z7d Рис. 6.6. Схема управления электромагнитными реле по оптическим каналам Бесконтактное управление мощными, высоковольтными цепями по оптическим каналам весьма удобно п безопасно в сложных технических режимах, характерных для многих устройств и комплексов промышленной электроники. В этой области сильны позиции тиристорных оптронов [11]. Особенности использования таких оптронов в управляемых источниках питания переменного тока уже рассматривались (см. § 4.4). Оптроны с фототиристорами успешно применяются также для дистанционного управления электромоторами, двигателями постоянного и переменного тока, электромагнитными реле, мощными источниками света, высоковольтными электронными лампами и т. п. Схема гальванической развязки низковольтной цепи управления и более высоковольтной цепи реле Р1 ...РЗ,. коммутирующих силовые обмотки машин и аппаратов, представлена на рис. 6.6. Схема применяется в системе телеуправления механизмами, расположенными во взрывоопасной шахте 236 Коммутация цифрового газоразрядного индикатора ИН8-2 достигается с помощью оптопары светодиод - фототиристор (рис. 6.7,а). При управлении таким индикатором фототиристор действует в режиме малых токов. Дополнительный анодный ток, предотвращающий случайное самовыключение оптрона, подается в схеме рнс. 6.7,а по цепи R3-R4 [11].  Логичеа-ное cmSo  Рис. 6,7. Оптоэлектронные схемы переключения газоразрядного индикатора (о) и строботрона (о) "Включение мощного импульсного источника света - строботрона - осуществляется по схеме рис. 6.7,6 [И]. Высоковольтные запускающие импульсы формируются в рассматриваемом устройстве по каналу тиристорный оптрон - тиристор с электрическим управлением - повышающий трансформатор. Питание управляющих тиристоров обеспечивается низковольтными источниками напряжений £1=27 В, £2=36 В; напряжение питания строботрона £3=1000 В. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 |