|
| |
|
Слаботочка Книги (рис. 6.16,а). Светодиод также соединен с выходом усилителя. Если положительный перепад напряжения на выходе усилителя превышает пороговое напряжение светодиода, то излучатель возбуждается и уменьшает сопротивление фоторезистора. Эффективность отрицатель-, ной обратной связи резко возрастает, и коэффициент усиления устройства существенно снижается. В этом режиме при изменении входного сигнала на 50 дБ выходное напряжение изменяется лишь на 16 дБ. Отметим также, что резистор R2 (10 МОм) шунтирует фоторезистор и, таким образом, исключает насыщение операцион- ного усилителя в отсутствие сигнала.  Щ42 1 Рис. 6.16. Резисторные оптроны в схемах регулирования (а) и защиты {б) В схеме, показанной на рис. 6.16,6, двухтранзистор-ный элемент с резисторным оптроном используется для защиты импульсного усилителя от электрических перегрузок и короткого замыкания [28]. При номинальной нагрузке транзисторы Т2 и ТЗ насыщены, а светодиод смещен в обратном направлении. При электрической перегрузке транзистор ТЗ выходит из режима насыщения, потенциал его коллектора возрастает и смещает рабочую точку светодиода в прямом направлении. Интенсивно излучая, светодиод сигнализирует о перегрузке, а через фотоприемник воздействует на входную цепь усилителя и выключает его. 6.4. ЗАМЕНА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ В комплексе технических решений, ориентированных на повышение эффективности и качества устройств авхе- J Матики, радиотехники, электросвязи, промышленной и бытовой электроники, целесообразной и полезной мерой является замена электромеханических изделий (трансформаторов, реле, потенциометров, реостатов, кнопочных н клавишных переключателей) более компактными, долговечными, быстродействующими аналогами. Ведущая роль в этом направлении отводится оптоэлектронным приборам и устройствам. Дело в том, что весьма важные технические достоинства трансформаторов и электромагнитных реле (гальваническая развязка цепей управления и нагрузки, уверенное функционирование в мощных, высоковольтных, сильноточных системах) свойственны и оптронам. Вместе с тем оптоэлектронные изделия существенно превосходят электромагнитные аналоги по надежности, долговечности, переходным и частотным характеристикам. Управление компактными и быстродействующими оптоэлектронными трансформаторами, переключателями, реле уверенно осуществляется с помощью интегральных микросхем цифровой техники без специальных средств электрического согласования. Иллюстрируя особенности построения оптоэлектронного реле, рассмотрим схему на рис. 6.17,о [29]. В цепи управления реле действуют транзистор Т1 и два светодиода, СД1 и СЦ2. Если транзистор закрыт, то электрический ток /п по цепи с резистором R2 открывает и возбуждает светодиод СД1. Фототранзистор ФТ1, освещаемый светодиодом, генерирует значительный эмиттерный i ток и фиксирует вы.ходной транзистор Т2 в режиме на-1л сыщения. При этом компоненты второго канала {СД2, ФТ2 и ТЗ) закрыты. Таким образом, в исходном состоянии устройства (рис. 6.17,а) один из контактов (между выводами К1 и Ко) замкнут, а другой (между К2 и /Со) разомкнут. При достаточно высоком уровне напряжения еупр входной транзистор Т1 переходит в режим насыщения и переключает ток /ц в цепь со светодиодом СД2. В результате транзистор Т2 запирается и размыкает электрическую цепь между выводами К1 и Ко, а транзистор ТЗ, действующий в режиме насыщения, закорачивает выводы К2 и Ко. Это оптоэлектронное устройство функционирует подобно электромагнитному реле с двумя контактными парами (рис. 6.17,6). Разработчики, проектируя оптоэлектронные реле, естественно, не стремятся воспроизвести все технические 17* 251 бсобенности электромагнитных прототипов, бднако главные из них: гальваническая развязка входа и выхода и уверенная коммутация высоковольтных, сильноточных цепей - являются обязательными для реле с оптронами. Этими свойствами обладает группа мощных оптоэлектронных переключателей, выпускаемых серийно в виде готовых (функционально и конструктивно завершенных) изделий.  Упр. от о кг Рис. 6.17. Оптоэлектронный аналог (а) электромеханического реле (б) Принципиальна-я схема оптронного переключателя серии К295КТ1, предназначенного для коммутации цепей постоянного тока, показана на рис. 6.18. Переключатель состоит из трех тиристорных оптронов, но лишь фототиристор оптрона 0Т1 действует непосредственно в цепи коммутируемой нагрузки н- Другие оптроны играют вспомогательную роль: оптрон 0Т2 служит для выключения 0Т1, а ОТЗ предохраняет выходной фототиристор от самовыключения в течение переходных процессов. Цепи управления переключателем согласованы с выходными электрическими цепями логических микросхем серии К155. Типовая структурная схема оптоэлектронных реле, эффективно применяемых в управляемых источниках питания переменного тока, представлена на рис. 6.19,с [30]. В состав подобных реле обычно входят оптрон, детектор, четко фиксирующий переход управляющего напряжения через нуль (детектор нуля), спусковое устройство (триггер) и мощный выходной переключатель. Как правило, в качестве входного элемента гальванической развязки используется транзисторный оптрон, причем фототранзистор оптрона может эффективно вы-252 поднять функции детектора нуля. Триггер проектируетсй на основе тиристора средней мощности, а выходным переключателем служит мощный симметричный тиристор (триак). Опто2леитронное реле 0Т1 ёвЫКП Рис. 6.18. Тиристориое оптоэлектроииое реле постоянного тока Оптозпентронное Гел е Г" Сигналы j управлениям Оптрон Детектор нуля Триггер Триак -о Источник напряжения Т Нагрузка Вариатор  Рис. 6.19. Оптоэлектроииое реле Схемный вариант оптоэлектронного реле рассматриваемого типа [31] показан на рис. 6.19,6. Отметим, что ток управления, возбуждающий светоизлучатель транзисторного оптрона, ограничивается полевым транзистором 11; его максимальная величина не превышает 12 мА. Эффективное значение тока, коммутируемого оптоэлектронным реле, составляет 10 А. . Миниатюрное оптоэлектронное реле [32] содержит светодиод, фотодиодную матрицу на подложке и мощный МДП-ключ. Реле спроектировано для цепей постоянного тока силой 300 мА; коммутируемое напряжение ограничивается 50 В; время переключения реле 1 мс. Четко определился практический интерес к оптоэлек- j тронным аналогам электрических трансформаторов [33-35]. Оптоэлектронные устройства, способные заменить трансформаторы, конечно, не являются их полными электромагнитными эквивалентами (вряд ли вообще есть особый смысл в стремлении обеспечить 100%-ную эквивалентность приборов, весьма различных по физи- 1 ческой природе). Однако существенные свойства транс- , форматоров (гальваническая развязка цепей управления щ и нагрузки, эффективная взаимосвязь нескольких электрически изолированных каналов, линейное преобразо- вание сигналов напряжения и тока) оптоэлектронные устройства имитируют достаточно успешно. Вместе с тем оптоэлектронные трансформаторы компактны, тех-, J нелогичны, способны усиливать мощность «трансформируемых» сигналов, без заметных искажений осущест- вляют преобразование медленно изменяющихся сигналов и уровней постоянного напряжения. Схемный вариант оптоэлектронного трансформатора [33] показан на рис. 6.20,а. Такое устройство по основным техническим характеристикам подобно линейному электрическому трансформатору с секционированными обмотками (рис. 6.20,6). Однотипные каналы управления (секции «первичной обмотки») и нагрузки (секции «вторичной обмотки») оптоэлектронного трансформатора к тому же тщательно симметрированы. Входной сигнал, поступающий в узел Вх. 1, усиливается каскадом У! и транзистором Т1; линейность и стабильность усилительной секции обеспечивается отрицательной обратной связью по оптической линии СД1-ФД1. Передача сигнала в канал нагрузки осуществляется с помощью другой оптопары СДЗ-ФДЗ. Выходной сигнал, форми- руемый в узле Bpix. 1, предварительно усиливается каскадом УЗ и эмиттерным повторителем на транзисто -пе ТЗ и эта секция охвачена отрицательной обратной связью (по цепи с резистором R1), стабилизирующей характеристики усилителя. Аналогично действует и вторая половина оптоэлектронного трансформатора (с узловыми точками Вх. г и Вых 2). Отметим лишь, что входные и выходные сиг-  Bx.Zo- -оВЫХ. 1 Рис. 6.20. Оптоэлектронный аналог (а) линейного трансформатора с секционированными обмотками (б) налы в схеме рис. 6.20,а поступают и формируются в противофазе; в тех же условиях дестабилизирующие (временные, температурные) факторы действуют синфазно и взаимно компенсируются. Очевидно также, что средние точки I ъ 2 «обмоток» оптоэлектронного транс- 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 |