ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ
OPTOELECTRONIC SWITCH

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различной аппаратуре управления или передачи данных с гальванической развязкой.
Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный ключ (патент РФ №2134484 «Оптоэлектронный ключ», Зубаерова Р.Ф. Брюховца А.Н, Рыбакова А.Я. МПК6: Н03К 17/08, опубликованный 10.08.99 г. БИ №22), содержащий два транзисторных оптрона, электронный ключ, формирователь короткого импульса по срезу входного сигнала, пять резисторов, входную шину, выходную шину и четыре шины питания. Первая шина питания соединена через первый резистор с первым выводом светодиода первого оптрона, второй вывод - к первому выводу электронного ключа, второй и третий выводы которого подключены соответственно к входной шине и ко второй шине питания. Коллектор фототранзистора первого транзисторного оптрона через второй резистор соединен с третьей шиной питания и непосредственно - с четвертой шиной питания. Первый вывод светодиода второго транзисторного оптрона через четвертый резистор подключен к первой шине питания, второй вывод - к первому выводу формирователя короткого импульса по срезу входного сигнала. Второй вывод формирователя короткого импульса по срезу входного сигнала подключен к входной шине, третий вывод - ко второй шине питания. Коллектор фототранзистора второго транзисторного оптрона соединен с базой фототранзистора первого транзисторного оптрона, а база через пятый резистор и эмиттер соединены с четвертой шиной питания.
Недостатками данного устройства являются сложная схема управления, а также недостаточно высокое быстродействие второго транзисторного оптрона, приводящие к недостаточно быстрому переключению первого транзисторного оптрона.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении времени переключения оптоэлектронного ключа.
Данный технический результат достигается тем, что в оптоэлектронном ключе, содержащем два оптрона, первый из которых выполнен на составном транзисторе, первая шина питания соединена через первый резистор с первым выводом первого оптрона, второй вывод которого соединен с выходной шиной и через второй резистор со второй шиной питания, третий вывод первого оптрона соединен с третьей шиной питания и через третий резистор с четвертым выводом первого оптрона, пятый вывод которого соединен с первым выходом электронного ключа, вход которого соединен с входной шиной, четвертую шину питания, новым является то, что второй оптрон выполнен на диодной оптопаре, дополнительно введена форсирующая цепь, вход которой соединен с входной шиной, первый выход форсирующей цепи соединен с первым выводом второго оптрона, второй вывод которого соединен со вторым выходом форсирующей цепи, четвертой шиной питания и первым выходом электронного ключа, второй выход которого соединен с первым выводом первого оптрона, четвертый вывод которого соединен с третьим выводом второго оптрона, четвертый вывод которого соединен с третьей шиной питания
Для уменьшения времени переключения второй оптрон выполнен на диодной оптопаре с управлением от форсирующей цепочки. Диодная оптопара уменьшает время рассасывания неосновных носителей в области базы транзистора первого оптрона.
На чертеже представлена схема оптоэлектронного ключа.
Оптоэлектронный ключ содержит первый 1 и второй 2 оптроны, электронный ключ 3, форсирующую цепь 4, первый 5, второй 6 и третий 7 резисторы, входную шину 8, выходную шину 9, первую 10, вторую 11, третью 12 и четвертую 13 шины питания.
Входная шина 8 соединена с входом электронного ключа 3 и входом форсирующей цепи 4. Первая шина 10 питания соединена через первый резистор 5 с первым выводом первого оптрона 1 и вторым выходом электронного ключа 3. Второй вывод первого оптрона 1 соединен с выходной шиной 9 и через второй резистор 6 со второй шиной 11 питания. Третий вывод первого оптрона 1 соединен с третьей шиной 12 питания и через третий резистор 7 с четвертым выводом первого оптрона 1. Пятый вывод первого оптрона 1 соединен с первым выходом электронного ключа 3 и четвертой шиной 13 питания. Первый выход форсирующей цепи 4 соединен с первым выводом второго оптрона 2. Второй вывод второго оптрона 2 соединен со вторым выходом форсирующей цепи 4 и четвертой шиной 13 питания. Четвертый вывод первого оптрона 1 соединен с третьим выводом второго оптрона 2, четвертый вывод которого соединен с третьей шиной 12 питания.
Выходной каскад первого оптрона 1 выполнен на составном транзисторе.
Выходной каскад второго оптрона 2 выполнен на диоде.
Электронный ключ 3 может быть выполнен на биполярном транзисторе (Тугов Н.М. Полупроводниковые приборы. / Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр.182, рис.2.26).
Форсирующая цепочка 4 может быть выполнена с использованием дискретных резисторов и конденсаторов (см. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. "Советское радио", 1970 г., стр.319, рис.VII. 16).
Оптоэлектронный ключ работает следующим образом.
В исходном состоянии на входной шине 8 присутствует низкий уровень напряжения, электронный ключ 3 закрыт, на первом выходе форсирующей цепи 4 - низкий уровень напряжения, поэтому через светодиод первого оптрона 1 протекает ток и соответственно фототранзистор открыт. На первом выходе форсирующей цепи 4 присутствует низкий уровень напряжения, поэтому через светодиод второго оптрона 2 тока нет, фотодиод закрыт. На выходной шине 9 - низкий уровень напряжения. Такое состояние сохраняется до подачи на входную шину 8 входного сигнала.
При подаче сигнала на входную шину 8 высокого уровня напряжения электронный ключ 3 открывается, светодиод первого оптрона 1 выключается и начинает закрываться фототранзистор. Одновременно с этим на первом выходе форсирующей цепочки 4 формируется сигнал высокого уровня напряжения и малой длительности, который открывает светодиод второго оптрона 2. Поэтому четвертый вывод первого оптрона 1 оказывается подключенным к третьей шине 12 питания через фотодиод второго оптрона 2. При этом происходит форсированный вывод неосновных носителей заряда из области базы фототранзистора первого оптрона 1, вследствие этого первый оптрон 1 быстро закрывается. Что в итоге приводит к уменьшению времени переключения оптоэлектронного ключа.
Был изготовлен и испытан лабораторный макет, выполненный на следующих элементах: транзисторный оптрон 3ОТ110Б, диодный оптрон 3ОД101А, дискретные транзисторы, резисторы и конденсаторы.
Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого оптоэлектронного ключа и подтвердили его практическую ценность.