ОПТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА БИПОЛЯРНЫХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к радиотехнике и телеграфной технике, в частности к устройствам, обеспечивающим электрическое сопряжение (согласование) приемников дискретной информации и линий связи.
Предлагаемое устройство может быть использовано в терминальном оборудовании, обеспечивающем обмен биполярными сигналами с каналами телеграфных сетей на стыке С1-ТГ. (ГОСТ 22937-78. Цепи местные двухполюсные систем телеграфной связи и передачи данных.)
Известно устройство с оптико-электронной связью для приема биполярных сигналов (Терентьев Б.П. и др. «Принципы построения электронно-механических телеграфных аппаратов». М., «Связь», 1973 (стр.50, рис.3.3), выполняющее функцию входного устройства, обеспечивающего гальваническую развязку цифрового приемника и канала связи и содержащее два полупроводниковых источника светит (светодиоды), включенных встречно и параллельно друг другу, два транзисторных приемника света (фототранзисторы), включенных по схеме триггера, логическую схему ИЛИ и переключатель. Вход известного устройства подключен к линии связи, а выход - к цифровому приемнику. Поступающие на вход устройства импульсы положительной и отрицательной полярностей биполярного сигнала приводят к поочередному переключению устройства в состояния, соответствующие принятой полярности сигнала. При этом срабатывание устройства происходит в моменты достижения входным сигналом уровней срабатывания на положительной и отрицательной полярностях
биполярного сигнала, соответственно. Абсолютные значения уровней срабатывания в устройстве зависят от излучательной способности светодиодов и световой чувствительности фототранзисторов, которые для различных оптико-электронных элементов различны. Это приводит к появлению неравенства уровней срабатывания устройства от различных полярностей биполярного сигнала.
Различие же в уровнях срабатывания является причиной краевых искажений принятого сигнала (Чепиков А.П. и др. «Передача дискретной информации по кабелям ГТС». М.: «Связь», 1979 (стр.49-50, рис.5.9).
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность приема сигналов, что обусловлено погрешностями регистрации длительностей импульсов биполярного сигнала из-за преобладании.
Известно оптронное устройство для приема биполярных телеграфных сигналов (Гелюх Л.А. «Анализ искажений оптоэлектронного входного устройства телеграфного аппарата». Журнал «Вопросы радиоэлектроники». Серия «Техника проводной связи (ТПС)», 1975, выпуск 11 (стр.13-17), содержащее четыре диодных оптрона, два транзистора и резисторы, при этом два оптрона являются линейными, а два других - пороговыми. Уровни срабатывания в этом устройстве зависят от соотношения токов фотодиодов линейных и пороговых оптронов.
Поскольку для различных оптронов трудно добиться идентичности токов фотодиодов, то и уровни срабатывания устройства на различных полярностях принимаемого сигнала будут различны, следствием чего станут искажения длительностей импульсов принятого сигнала.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность приема биполярных сигналов, что обусловлено высокой вероятностью появления искажений.
2
Известно оптронное устройство для приема биполярных сигналов на основе оптоэлектронного переключателя (Авторское свидетельство СССР №513497, М. Кл Н 03 К 17/56, Н 03 К 17/78. «Оптоэлектронный
переключатель», опубл. 5.06.80 г, «Бюллетень изобретений» №21), выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащее оптроны, транзисторные ключи, диод, регуляторы уровней, входные клеммы с соответствующей структурой связей. Известное устройство обеспечивает прием (регистрацию) биполярных сигналов относительно двух независимо регулируемых разнополярных уровней. В известном устройстве с помощью регуляторов уровней (двух переменных резисторов) возможна настройка уровней срабатывания на различных полярностях принимаемого сигнала на одинаковые по абсолютному значению величины, т.е. разность между абсолютными значениями уровней срабатывания при первоначальной настройке может быть приближена к нулю.
Недостатком известного устройства является сложность его регулировки в процессе эксплуатации и недостаточно высокая точность приема биполярных сигналов при действии дестабилизирующих факторов.
Первый недостаток обусловлен тем, что при возникшей необходимости изменения уровней срабатывания устройства в процессе эксплуатации, требуется индивидуальная регулировка каждого уровня и контроль за идентичностью их абсолютных значений. Это требует применения вспомогательного измерительного оборудования и значительных временных затрат.
Второй недостаток обусловлен тем, что действие дестабилизирующих факторов (изменение температуры и радиационное воздействие) на устройство приводит, в первую очередь, к существенным изменениям коэффициентов передачи тока у оптронов и, несмотря на принятые в известном устройстве меры по компенсации этого воздействия, разность между абсолютными значениями уровней срабатывания может существенно отклониться от нуля. Это приводит к тому, что уровни срабатывания устройства на различных полярностях принимаемого сигнала станут различны по абсолютной величине, следствием чего будет
увеличение краевых искажений (преобладании) и снижение точности приема биполярных сигналов.
Целью полезной модели является упрощение регулировки устройства в процессе эксплуатации и повышение точности приема биполярных сигналов при действии дестабилизирующих факторов.
Поставленная цель достигается тем, что в оптронное устройство для приема биполярных сигналов, содержащее два оптрона, входными цепями которых являются светодиоды, основной диод, два транзисторных ключа и две входные клеммы, при этом вход первого транзисторного ключа подключен к выходу первого оптрона, введены четыре дополнительных диода и синхронный триггер D-типа, вход синхронизации которого подключен к выходу первого транзисторного ключа, а информационный вход соединен с выходом второго транзисторного ключа, вход которого подключен к выходу второго оптрона, при этом аноды первого и второго дополнительных диодов подключены к катоду светодиода первого оптрона, анод которого соединен с катодами третьего и четвертого дополнительных диодов, причем катод первого и анод третьего дополнительных диодов подключены к первой входной клемме, катод второго и анод четвертого дополнительных диодов соединены с анодом светодиода второго оптрона, катод которого подключен ко второй входной клемме, а основной диод включен встречно и параллельно светодиоду второго оптрона.
Для повышения скоростных возможностей устройства целесообразно в качестве обоих оптронов использовать диодные оптроны, поскольку они имеют самые малые времена переключения среди известных типов оптронов.
При значительных уровнях помех, действующих в линии связи, целесообразно в качестве первого оптрона использовать резисторный оптрон, как самый инерционный среди известных типов оптронов.
При малых амплитудах биполярных сигналов и с целью минимизации структуры транзисторных ключей предпочтительно в качестве обоих оптронов использовать транзисторные оптроны, поскольку они имеют высокие коэффициенты передачи тока и, следовательно, обладают более высокой чувствительностью к входным сигналам.
Для улучшения контролепригодности устройства целесообразно в качестве основного диода использовать светоизлучающий диод, так как при оптическом подключении к нему фотодатчиков становится возможным контроль за наличием отрицательной (стартовой) полярности в принимаемом сигнале.
С целью сокращения времени диагностики функционирования устройства предпочтительно, чтобы спектр излучения основного диода находился в видимой области, что позволит осуществлять оперативный визуальный контроль наличия отрицательной полярности в принимаемом сигнале.
Для оперативного визуального контроля наличия положительной (стоповой) полярности в принимаемом сигнале целесообразно, чтобы один из дополнительных диодов, второй или третий, являлся светоизлучающим в видимой области спектра.
Для минимизации структуры транзисторных ключей и повышения их надежности предпочтительно их выполнение по схеме усилителей на биполярных транзисторах с фиксированным током базы. При такой реализации транзисторных ключей целесообразно, чтобы температурные и радиационные изменения коэффициентов передачи тока оптронов и изменения проводимости элементов фиксации базовых токов транзисторов были близкими по величине и имели одинаковый знак, то есть были однонаправленными. Это позволяет повысить температурную и радиационную стабильности порогов переключения транзисторных ключей, а, следовательно, и уровней срабатывания устройства.
С целью повышения стабильности порогов переключения транзисторных ключей и уменьшения влияния на них изменений параметров оптронов целесообразно оба оптрона конструктивно размещать в одном корпусе, т.е. выполнять их в виде многоканального оптрона.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже.
Оптронное устройство для приема биполярных сигналов содержит первый и второй оптроны 1 и 2, соответственно, входными цепями которых являются светодиоды, основной диод 3, первый и второй транзисторные ключи 4 и 5, соответственно, первую и вторую входные клеммы 6 и 7, соответственно, вход транзисторного ключа 4 подключен к выходу оптрона 1, синхронный триггер 8 D-типа, вход синхронизации которого подключен к выходу транзисторного ключа 4, а информационный вход соединен с выходом транзисторного ключа 5, вход которого подключен к выходу оптрона 2. Аноды первого и второго дополнительных диодов 9 и 10, соответственно, подключены к катоду светодиода оптрона 1, анод которого соединен с катодами третьего и четвертого дополнительных диодов 11 и 12, соответственно. Катод диода 9 и анод диода 11 подключены к входной клемме 6. Катод диода 10 и анод диода 12 соединены с анодом светодиода оптрона 2, катод которого подключен к входной клемме 7. Основной диод 3 включен встречно и параллельно светодиоду оптрона 2. Выходом устройства является клемма 13, соединенная с прямым выходом триггера 8.
В вариантах исполнения устройства оптроны 1 и 2 могут быть, например, диодными (как показано на чертеже) или транзисторными. Оптрон 1 может быть, например, резисторным оптроном.
Диод 3 может быть светоизлучающим, а его спектр излучения может находиться в видимой области. Один из диодов, 10 или 11, может быть светоизлучающим в видимой области спектра.
Транзисторные ключи 4 и 5 могут быть выполнены по схеме усилителей на биполярных транзисторах 14 и 15, соответственно, с фиксацией токов баз с помощью элементов фиксации 16 и 17, соответственно, которые включаются между шиной питания 18 и базами соответствующих транзисторов 14 и 15.
Температурные и радиационные изменения коэффициентов передачи тока оптронов 1 и 2, и изменения проводимости элементов 16 и 17 фиксации базовых токов, соответственно, предпочтительно иметь близкими по величине и с одинаковым знаком изменения.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
При поступлении на входные клеммы 6 и 7 устройства положительной полярности биполярного сигнала (плюс на клемме 6) образуется следующая цепь для протекания тока: клемма 6 - диод 11 - светодиод оптрона 1 - диод 10 - светодиод оптрона 2 - клемма 7. Порог переключения транзисторного ключа 5 устанавливают при изготовлении устройства ниже, чем у транзисторного ключа 4, поэтому при нарастании амплитуды положительной полярности первым переключится транзисторный ключ 5 и установит на информационном входе триггера 8 (D-вход) потенциал, соответствующий положительной полярности (логическая единица - лог.1). При дальнейшем росте амплитуды положительной полярности переключится и транзисторный ключ 4. Фронт переключения ключа 4 является синхроимпульсом для триггера 8, в результате чего на выходной клемме 13 установится уровень, соответствующий уровню на D-входе (лог.1).
В дальнейшем, на протяжении всей длительности положительной полярности входного сигнала, состояние триггера 8 измениться не сможет.
При поступлении на входные клеммы 6 и 7 устройства отрицательной полярности биполярного сигнала (минус на клемме 6 и
плюс на клемме 7) образуется следующая цепь для протекания тока: клемма 7 - диод 3 - диод 12 - светодиод оптрона 1 - диод 9 - клемма 6.
При любой амплитуде отрицательной полярности, на протяжении всей ее длительности, состояние транзисторного ключа 5 не может измениться (так как отсутствует ток в цепи светодиода оптрона 2), поэтому на информационном входе триггера 8 находится потенциал, соответствующий отрицательной полярности (лог.0).
При увеличении абсолютной величины амплитуды отрицательной полярности и достижении ею порога переключения транзисторного ключа 4, он переключится. Фронт переключения ключа 4 (как и на положительной полярности) является синхроимпульсом для триггера 8, в результате чего на выходной клемме 13 произойдет смена уровня на соответствующий уровню на D-входе (лог.0).
В дальнейшем на протяжении всей длительности отрицательной полярности входного сигнала состояние триггера 8 измениться не сможет.
Из описания работы устройства следует, что переходы триггера 8 из одного состояния в другое и обратно происходят только в моменты, когда величины амплитуд любой полярности входного биполярного сигнала достигают одной и той же величины, определяемой только порогом переключения транзисторного ключа 4. Поэтому при любых изменениях порога переключения транзисторного ключа 4 при действии дестабилизирующих факторов (или оператором в процессе эксплуатации) различие в уровнях срабатывания устройства на положительной и отрицательной полярностях входного сигнала всегда будет сохраняться равным нулю. Это позволит свести до нуля и краевые искажения импульсов принятого сигнала без дополнительных регулировок.
Следует отметить, что конструктивная реализация обоих оптронов в одном корпусе (многоканальный оптрон), позволит обеспечить гарантированную разницу в порогах переключения транзисторных ключей 4 и 5 при действии дестабилизирующих факторов, так как при
этом изменения коэффициентов передачи тока оптронов становятся коррелированными.
Предлагаемое оптронное устройство для приема биполярных сигналов, в отличие от аналогов и прототипа, позволяет упростить его регулировку в процессе эксплуатации и повысить точность приема биполярных сигналов при действии дестабилизирующих факторов. Структура устройства создает предпосылки для его реализации на бескорпусных элементах в виде гибридной интегральной микросхемы. Качественное улучшение основных показателей устройства для приема биполярных сигналов позволит использовать его с высокой эффективностью в многоканальных автоматизированных системах передачи цифровой информации.