РЕЛЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ

Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована для коммутации электрических сигналов в электронной аппаратуре.
Известно реле оптоэлектронное (патент США №4665316) состоящее из входных цепей, подключенных к нему светодиода, оптически связанной с ним линейки последовательно соединенных фотодиодов, схемы ускорения разряда, выполненную на тиристоре, состоящего из p-n-p-транзистора и n-p-n-транзистора, двух фототранзисторов, каждый из которых оптически связан с вышеупомянутым светодиодом и подключен к переходу база-эмиттер каждого из вышеупомянутых транзисторов соответственно, эмиттер вышеупомянутого p-n-p-транзистора подключен к аноду первого фотодиода из линейки последовательно соединенных фотодиодов, коллектор вышеупомянутого p-n-p-транзистора соединен с базой вышеупомянутого n-p-n-транзистора и подключен к катоду последнего фотодиода из линейки последовательно соединенных фотодиодов, МОП-транзистора, затвор которого подключен к аноду первого фотодиода из линейки последовательно соединенных фотодиодов, а исток подключен к эмиттеру вышеупомянутого n-p-n-транзистора, сток и исток вышеупомянутого МОП-транзистора подключен к выходным цепям оптоэлектронного реле.
Недостатком данной конструкции является низкая помехоустойчивость. Это обусловлено тем, что напряжение, генерируемое линейкой фотодиодов, имеет логарифмическую зависимость от тока, протекающего через светодиод. При малых входных токах, составляющих несколько сотен микроампер, напряжение на линейке фотодиодов достигает нескольких вольт, что приводит к отпиранию выходного МОП-транзистора. При дальнейшем увеличении входного тока напряжение на линейке фотодиодов стремится к типичному для кремниевых диодов напряжению 0.6 В умноженному на количество фотодиодов в линейке.
Таким образом, высокая чувствительность оптоэлектронного реле в области малых входных токов ухудшает его помехоустойчивость.
Цель настоящей полезной модели - улучшение помехоустойчивости реле оптоэлектронного.
Указанная цель достигается тем, что в реле оптоэлектронном помехоустойчивом, состоящем из входных цепей, подключенных к нему светодиода, оптически связанной с ним линейки последовательно соединенных фотодиодов, схемы ускорения разряда, выполненную на тиристоре, состоящего из p-n-p-транзистора и n-p-n-транзистора, первого фототранзистора оптически связанного с вышеупомянутым светодиодом и подключенного к переходу база-эмиттер вышеупомянутого p-n-p-транзистора, шунтирующего резистора, подключенного параллельно переходу база-эмиттер вышеупомянутого первого фототранзистора, второго фототранзистора, оптически связанного с вышеупомянутым светодиодом и подключенного к переходу база-эмиттер вышеупомянутого n-p-n-транзистора, эмиттер вышеупомянутого p-n-p-транзистора соединен с анодом первого фотодиода из линейки последовательно соединенных фотодиодов, эмиттер вышеупомянутого n-p-n-транзистора соединен с катодом последнего из линейки последовательно соединенных фотодиодов, резистора, подключенного между базой вышеупомянутого p-n-p-транзистора и эмиттером вышеупомянутого n-p-n-транзистора, МОП-транзистора, затвор которого подключен к аноду первого фотодиода из линейки последовательно соединенных фотодиодов, а исток подключен к эмиттеру вышеупомянутого n-p-n-транзистора, сток и исток вышеупомянутого МОП-транзистора подключены к выходным цепям оптоэлектронного реле.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является улучшенная помехоустойчивость реле оптоэлектронного помехоустойчивого.
Конструкция поясняется Фиг.1, на которой показана электрическая схема предлагаемого реле оптоэлектронного помехоустойчивого. Реле оптоэлектронное помехоустойчивое содержит входные цепи 1, светодиод VD1, линейку последовательно соединенных фотодиодов VD2…VDN, фототранзистор VT1, резистор R1, подключенный параллельно переходу база-эмиттер фототранзистора VT1, тиристор 2, состоящий из p-n-p-транзистора VT2 и n-p-n-транзистора VT3, фототранзистор VT4, подключенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора VT3, резистор R2, подключенный между базой транзистора VT2 и эмиттером транзистора VT3, выходной МОП-транзистор VT5, сток и исток которого подключен к выходным цепям 3.
Реле оптоэлектронное помехоустойчивое работает следующим образом. При отсутствии тока во входных цепях светодиод VD1 выключен, напряжение на линейке фотодиодов VD2…VDN равно нулю, при этом фототранзисторы VT1 и VT4 находятся в закрытом состоянии. Тиристор 2 находится в открытом состоянии, обеспечивая низкий импеданс в цепи затвор-исток МОП-транзистора VT5. При этом переход сток-исток МОП-транзистора VT5 находится в состоянии высокого импеданса, обеспечивая разомкнутое состояние выходных цепей 3 реле оптоэлектронного.
При увеличении входного тока через светодиод VD1 до нескольких сотен микроампер его излучение начинает падать на линейку фотодиодов VD2…VDN, которая начинает генерировать напряжение. Фототранзистор VT1 благодаря резистору R1, который шунтирует фототек собственного фотодиода выполненного на переходе база-коллектор, находится еще в закрытом состоянии. Таким образом, при малых входных токах тиристор 2 находится в открытом состоянии и замыкает на себя весь фототок, генерируемый линейкой фотодиодов VD2…VDN. Остаточное напряжение тиристора 2 при этом составляет приблизительно 0.5…0.6 В, что не приводит к отпиранию МОП-транзистора VT5. (Как правило, современные МОП-транзисторы имеют пороговое напряжение в диапазоне 1.2…4 В).
При дальнейшем увеличении входного тока освещенность фототранзистора VT1 увеличивается и при определенном токе падение напряжение на резисторе R1 становится. равным 0.6 В, то есть напряжению отпирания фототранзистора VT1. При этом фототранзистор VT1 переходит в открытое состояние. Открытый фототранзистор VT1 шунтирует переход база-эмиттер транзистора VT2. Это приводит к запиранию тиристора 2 и все напряжение, генерируемое линейкой фотодиодов VD2…VDN прикладывается к затвору МОП-транзистора VT5. При этом МОП-транзистор VT5 отпирается и переход сток-исток переходит в состояние низкого импеданса, обеспечивая замкнутое состояние выходных цепей 3 оптоэлектронного реле.
Уровень входного тока, при котором происходит запирание тиристора 2 (ток срабатывания) определяется коэффициентом оптической связи между свето диодом VD1 и фототранзистором VT1, а также величиной резистора R1:
∗
Icp=Uбэ/(KiR1),
где Uбэ - прямое напряжение перехода база-эмиттер,
Ki - коэффициент передачи тока между светодиодом и фотодиодом фототранзистора VT1, определяемое как отношение величины тока через фотодиод к величине тока через светодиод.
При снижении тока через светодиод процессы, обеспечивающие выключение оптоэлектронного реле происходят в порядке обратном, описанному выше. При этом резистор R2 выполняет роль пускового элемента для тиристора 2, обеспечивающие его переключение, когда фототранзистор перестает шунтировать переход база-эмиттер транзистора VT2.
Для расширения функциональности реле оптоэлектронного помехоустойчивого возможно введение в конструкцию нескольких МОП-транзисторов, подключенных к выходным цепям. Эти МОП-транзисторы могут быть со встроенным или с индуцированным каналом. Такое расширение функциональности позволит реализовать реле оптоэлектронное помехоустойчивое для коммутации постоянного и (или) переменного тока, с нормально разомкнутыми и (или) нормально замкнутыми контактами.
На Фиг.2 показаны передаточные характеристики предлагаемой конструкции и конструкции прототипа реле оптоэлектронного помехоустойчивого, из которых видно, что предлагаемая конструкция имеет более пологую форму характеристики в области входных токов до 500 мкА.