Оптоэлектронное устройство для передачи однополярных телеграфных сигналов в линию связи

Полезная модель относится к области электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную работу передатчиков оконечных установок документальной электросвязи с физическими линиями в однополюсном режиме. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности устройства, расширение его скоростных возможностей, уменьшение искажений передаваемых сигналов и повышение эффективности контроля функционирования. Технический результат достигается за счет того, что в оптоэлектронное устройство для передачи однополярных телеграфных сигналов в линию связи, содержащее буферный ключ, передатчик, инвертор, линейную нагрузку, логические элементы И, формирователи выходных сигналов, оптоэлектронные ключи, источник линейного напряжения, блок индикации и оптоэлектронный элемент, дополнительно введены резисторы, диоды, стабистор, конденсатор, транзисторный ключ и формирователь одиночных импульсов с соответствующей структурой связей, что обеспечивает быстродействующую защиту устройства от аварийных режимов в линии, идентичность выходных сопротивлений для токовой и бестоковой посылок, высокую скорость нарастания и спада амплитуды однополярного сигнала и визуальную индикацию аварийного состояния линейной нагрузки. В зависимости от условий эксплуатации предложены оптимальные варианты реализации некоторых составных частей и узлов устройства.

Полезная модель относится к области электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную работу передатчиков оконечных установок документальной электросвязи с физическими линиями.

Предлагаемое устройство может быть использовано в телеграфном терминальном оборудовании, обеспечивающем обмен информацией по линейным цепям сигналами постоянного тока одного направления в однополюсном режиме. [ГОСТ Р 51026-97. Цепи внешние оконечных установок документальной электросвязи (стр.4, п.6.3), ГОСТ 25830-83. Цепи внешние телеграфных буквопечатающих стартстопных аппаратов пятиэлементного кода].

Известно оптоэлектронное выходное реле для однополюсного режима работы [Терентьев Б.П. и др. «Принципы построения электронно-механических телеграфных аппаратов». М., «Связь», 1973 (стр.44, рис.2.21)], обеспечивающее передачу однополярных телеграфных сигналов в линию связи, формируемых передатчиком дискретной информации.

Известное устройство содержит излучатель, фотоприемник, транзисторный ключ, резисторы, диод, источник линейного напряжения (линейную батарею) и обеспечивает передачу информации с малыми погрешностями длительностей передаваемых однополярных сигналов.

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, особенно проявляющимся при работе по физической линии связи.

На реальных линиях связи часты посторонние перенапряжения и короткие замыкания, вызывающие опасность перегрузки электронных ключевых элементов по току и выход их из строя. [Копничев Л.Н. «Принципы построения аппаратуры для передачи дискретной информации». М., «Связь», 1972 (стр.68)].

Кроме того, при работе известного устройства на емкостную нагрузку (например, кабельная линия связи), могут возникнуть искажения передаваемых сигналов из-за большой асимметрии длительностей переднего и заднего фронтов, обусловленной большой разницей выходных сопротивлений устройства при формировании токовой и бестоковой посылок однополярного телеграфного сигнала. Это снижает точность формирования однополярных сигналов.

Известно устройство согласования телеграфного передатчика с физической линией связи [Авторское свидетельство СССР №882015, М. Кл. ³ Н 04 L 25/18, Н 03 К 5/01. «Устройство согласования», опубл. 15.11.81. Бюл. №42], содержащее буферный ключ, формирователи выходных сигналов, оптоэлектронные ключи, линейную нагрузку и источник линейного напряжения (однополюсную линейную батарею). В известном устройстве, благодаря независимой регулировке длительностей переднего и заднего фронтов однополярного сигнала, возможно повышение точности формирования однополярных сигналов (за счет уменьшения искажения типа «преобладании»).

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная возможностью выхода из строя оптоэлектронных ключей при аварийных состояниях линии связи (короткое замыкание, включение встречной батареи и т.п.), а также отсутствием оперативной индикации аварийного состояния линейной нагрузки.

Известно оптоэлектронное устройство согласования, обеспечивающее передачу однополярных телеграфных сигналов в линию

связи [Авторское свидетельство СССР №995362, М. Кл.³ Н 04 L 25/18, Н 03 К 5/01. «Устройство согласования», опубл. 07.02.83. Бюл. №5], выбранное в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащее буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика, инвертор, элементы И, формирователи выходного сигнала, оптоэлектронные ключи, источник линейного напряжения, блок индикации, оптоэлектронный элемент, входной цепью которого является светодиод, с соответствующей структурой связей.

В известном оптоэлектронном устройстве повышена точность формирования однополярных сигналов за счет контроля искажений типа «преобладании» в линейной цепи с помощью блока индикации и оптоэлектронного элемента. Однако, при изменении скоростей передачи или параметров физической линии, требуется участие оператора в минимизации искажений линейного сигнала с помощью ручных регулировок. Это усложняет эксплуатацию устройства в широком диапазоне изменения скоростей передачи дискретной информации и при изменении параметров линейной нагрузки, и в том числе при изменении напряжения линейной батареи. Кроме того, при аварийных состояниях линии связи (короткое замыкание, включение встречной линейной батареи или большой емкостной нагрузки), существенно снижается надежность работы устройства из-за возможности возникновения токовых перегрузок оптоэлектронных ключей. При этом аварийное состояние устройства не индицируется, что не позволяет своевременно принять необходимые меры.

Целью полезной модели является повышение надежности устройства (за счет введения быстродействующей электронной защиты от короткого замыкания в линии и включения встречной линейной батареи), расширение скоростных возможностей устройства и уменьшение искажений однополярных сигналов при работе на реактивные нагрузки (за счет обеспечения высокой идентичности выходных сопротивлений

устройства при формировании токовой и бестоковой посылок). Кроме того, при этом повышается информативность о работе устройства (блок индикации информирует об аварийном состоянии линии, хотя при этом исключается аварийное состояние самого устройства).

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное устройство для передачи однополярных телеграфных сигналов в линию связи, содержащее буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика и входу инвертора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, первый и второй формирователи выходного сигнала, выходы которых подключены соответственно к первым выводам первого и второго оптоэлектронных ключей, второй вывод первого оптоэлектронного ключа соединен с положительным полюсом источника линейного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к первому выводу линейной нагрузки, блок индикации, оптоэлектронный элемент, входной цепью которого является светодиод, второй элемент И, введены два резистора, два диода, стабистор, конденсатор, транзисторный ключ и формирователь одиночных импульсов, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного элемента, катод светодиода которого соединен с анодом стабистора, а анод светодиода объединен с третьим выводом первого оптоэлектронного ключа и катодом первого диода и через параллельно включенные первый резистор и конденсатор соединен с катодом стабистора, вторым выводом второго оптоэлектронного ключа и анодом второго диода, катод которого подключен к аноду первого диода непосредственно, а через второй резистор соединен со вторым выводом линейной нагрузки, к первому выводу которой подключен третий вывод второго оптоэлектронного ключа, при этом вход первого формирователя выходного сигнала соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу буферного ключа, а второй вход объединен

с выходом формирователя одиночных импульсов, входом блока индикации и вторым входом первого элемента И, выход которого подключен ко входу второго формирователя выходного сигнала.

Для минимизации структуры оптоэлектронных ключей при повышенной их нагрузочной способности по току линии, предпочтительно их выполнение на основе транзисторных оптронов, так как они могут работать со значительными токами коллектора фототранзисторов без применения дополнительных усилительных схем.

Для повышения скоростных возможностей устройства целесообразно оптоэлектронные ключи выполнять на основе диодных оптронов и усилителей фототока на основе транзисторов Дарлингтона (составной транзистор), поскольку диодные оптроны имеют самые малые времена переключения среди известных типов оптронов; транзисторы Дарлингтона, работая на границе насыщения, в свою очередь также имеют малые времена переключения, так как у них практически отсутствует время рассасывания неосновных носителей в базе.

Для повышения быстродействия включения защиты устройства от аварийных токов в линии при обеспечении высокой помехоустойчивости устройства, оптоэлектронный элемент необходимо выполнять на диодном оптроне, а транзисторный ключ - на основе биполярного транзистора р-n-р типа, база которого подключена к катоду фотодиода, а коллектор - ко входу формирователя одиночных импульсов.

Для обеспечения самовосстановления работоспособности устройства после устранения аварийного состояния линейной нагрузки, предпочтительно выполнять формирователь одиночных импульсов на основе элемента, имеющего гистерезис переключения (триггер Шмитта), и накопительного элемента в виде конденсатора, цепи заряда и разряда которого сильно несимметричны за счет диода и резистора.

Для обеспечения визуальной индикации аварийного состояния линии и повышения помехоустойчивости блока индикации, он содержит светодиодный индикатор и интегратор, который исключает «мигание» светодиода в течении времени срабатывания защиты.

При организации многоканальной связи (когда передача информации осуществляется однополярными телеграфными сигналами одновременно по большому количеству линий связи), целесообразно блок индикации и передатчик информации включать в состав ПЭВМ, монитор которой является устройством визуального отображения информации, вход одного из СОМ-портов ПЭВМ является входом блока индикации, а выход одного из СОМ-портов является выходом передатчика. В этом случае ПЭВМ может выполнять функцию автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора и обеспечивать взаимодействие через оптоэлектронные устройства с большим количеством абонентов.

Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже.

Оптоэлектронное устройство для передачи однополярных телеграфных сигналов в линию связи содержит буферный ключ 1, вход которого подключен к выходу передатчика 2, инвертор 3, первый элемент И4, первый формирователь 5 выходного сигнала, второй формирователь 6 выходного сигнала, первый оптоэлектронный ключ 7, второй оптоэлектронный ключ 8, источник 9 линейного напряжения, линейную нагрузку 10, блок 11 индикации, оптоэлектронный элемент 12, содержащий светодиод 13, первый резистор 14, второй резистор 15, первый диод 16, второй диод 17, стабистор 18, конденсатор 19, транзисторный ключ 20, формирователь 21 одиночных импульсов, второй элемент И22. Транзисторный ключ 20 содержит биполярный транзистор 23 р-n-р типа, резистор 24, шину питания 25 и общую шину 26. Формирователь одиночных импульсов 21 содержит триггер Шмитта 27, диод 28, конденсатор 29 и резистор 30. Блок индикации 11 содержит

интегратор 31 и светодиодный индикатор 32. Для обеспечения многоканальной передачи информации токами одного направления передатчик 2 и блок индикации 11 конструктивно включаются в состав ПЭВМ 33, монитор которой является устройством 32 визуального отображения информации, вход одного из СОМ-портов ПЭВМ является входом блока 11 индикации, а выход одного из СОМ-портов является выходом передатчика 2.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии тока в линейной нагрузке 10, обесточен и светодиод 13, а значит, отсутствует выходной ток фотодиода оптоэлектронного элемента 12 и ток базы транзистора 23. Транзистор 23 выключен и с выхода ключа 20 на вход формирователя 21 поступает низкий уровень напряжения (лог.0), в результате чего на выходе формирователя 21 - высокий уровень напряжения (лог.1) (за счет инверсии триггера Шмитта 27), который устанавливается и на вторых входах элементов И4 и И22.

При поступлении с выхода передатчика 2 лог.1, соответствующей стоповой посылке в линии (токовая посылка), на обоих входах элемента И22, а значит и на его выходе устанавливается лог.1, а на первом входе элемента И4 (за счет инвертора 3) и выходе элемента И4 - лог.0. При этом формирователь 6 обеспечивает выключенное состояние оптоэлектронного ключа 8, а формирователь 5 - включенное состояние оптоэлектронного ключа 7, в результате чего в линейной нагрузке 10 от положительного полюса источника 9 линейного напряжения протекает линейный ток по цепи: ключ 7 - резистор 14 - диод 17 - резистор 15 - нагрузка 10 - отрицательный полюс источника 9. Этот ток заряжает распределенные емкости нагрузки 10. Если значение линейного тока находится в рабочем диапазоне (по ГОСТ Р 51026-97 от 40 мА до 70 мА), то падение

напряжения на резисторе 14 от этого тока является недостаточным для включения стабистора 18 и светодиода 13, поэтому светодиод 13 по-прежнему обесточен, а на выходе формирователя 21 по-прежнему лог.1.

При поступлении с выхода передатчика 2 лог.0, соответствующего стартовой посылке в линии (бестоковая посылка), оптоэлектронный ключ 7 выключается и отключает положительный полюс источника 9 линейного напряжения от нагрузки 10. При этом включается оптоэлектронный ключ 8 (так как теперь на обоих входах элемента И4 - лог.1) и осуществляет разряд распределенных емкостей нагрузки 10 по цепи: второй вывод нагрузки 10 - резистор 15 - диод 16 - резистор 14 - оптоэлектронный ключ 8 - первый вывод нагрузки 10. Если длительность и амплитудное значение разрядного тока находятся в допустимых пределах, то импульсное напряжение на резисторе 14 от этого тока по-прежнему является недостаточным для включения стабистора 18 и светодиода 13, поэтому на выходе формирователя 21 сохраняется лог. 1.

Непрерывная работа передатчика 2 вызывает противофазные переключения оптоэлектронных ключей 7 и 8, при этом времена заряда и разряда распределенных емкостей нагрузки 10 очень близки друг к другу, так как выходные сопротивления устройства при формировании токовой и бестоковой посылок определяются одними и теми же элементами (в основном последовательно включенными резисторами 14 и 15). Это позволяет получить малую асимметрию длительностей переднего и заднего фронтов однополярных сигналов и существенно повысить точность формирования их длительностей практически для любых линейных нагрузок в широком диапазоне скоростей передачи информации.

В случае возникновения аварийного состояния нагрузки на любой стадии формирования однополярного сигнала (короткое замыкание нагрузки при формировании токовой посылки или встречное включение внешней линейной батареи при формировании бестоковой посылки), на

резисторе 14 (после заряда емкости 19) выделится напряжение, величина которого будет достаточна для включения стабистора 18 и светодиода 13. В цепи светодиода 13 появится ток, который вызовет появление тока фотодиода оптоэлектронного элемента 12 и включение транзистора 23 ключа 20, в результате чего выходное напряжение ключа 20, снимаемое с резистора 24, быстро зарядит емкость 29 через прямовключенный диод 28 до напряжения, достаточного для переключения в состояние лог. О триггера Шмитта 27 формирователя 21. После этого уровень лог.0 окажется одновременно на вторых входах элементов И4 и И22 и заблокирует их, в результате чего формирователи 5 и 6 одновременно выключат оптоэлектронные ключи 7 и 8, что исключит их перегрузку по току. Одновременно с этим уровень лог.0 поступит на вход блока 11 индикации и включит светодиодный индикатор 32, что будет сигнализировать об аварийном состоянии линейной нагрузки 10 (хотя при этом ни один элемент устройства не будет находиться в аварийном режиме).

Такое состояние будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 29, медленно разряжающегося через резистор 30, не достигнет второго (нижнего) порога переключения триггера Шмитта 27, после чего на его выходе установится состояние лог.1 и устройство восстановит возможность переключения ключей 7 и 8 и передачу информации в линейную нагрузку 10. При этом выключается индикатор 32 в блоке 11 индикации. Если после восстановления возможности переключения ключей 7 и 8 линейная нагрузка 10 будет продолжать оставаться в аварийном состоянии, то по описанной выше схеме ключи 7 и 8 одновременно выключатся. Фактически формирователь 21 одиночных импульсов осуществляет опрос состояния линейной нагрузки 10 через достаточно большие интервалы времени, которые определяются постоянной времени элементов 29 и 30 (как правило, интервалы составляют единицы секунд).

Как следует из описания, конденсатор 19 задерживает блокировку ключей 7 и 8 при возникновении аварийного состояния, поэтому величина его емкости не должна быть большой. С другой стороны, номинал емкости конденсатора 19 должен быть достаточным, чтобы исключить ложные срабатывания защиты устройства от импульсных токов нагрузки, обусловленных зарядом и разрядом распределенных емкостей линий связи. Поэтому при выборе величины емкости конденсатора 19 должен быть найден компромисс.

Возможность использования в качестве передатчика 2 и блока 11 индикации ПЭВМ 33, позволила создать и испытать опытный образец автоматизированного рабочего места (АРМ) на 32 однополюсных канала передачи информации. (Опытный образец содержит одну ПЭВМ и 32 устройства для передачи однополярных сигналов). Испытания опытного образца АРМ полностью подтвердили на большом количестве устройств достижение поставленных целей.

Структура оптоэлектронного устройства создает предпосылки для реализации нескольких таких устройств в виде одной гибридной интегральной микросхемы по бескорпусной технологии.

Качественное улучшение основных показателей устройства для передачи однополярных сигналов позволяет использовать его с высокой эффективностью в многоканальных автоматизированных системах передачи дискретной информации.

1. Оптоэлектронное устройство для передачи однополярных телеграфных сигналов в линию связи, содержащее буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика и входу инвертора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, первый и второй формирователи выходного сигнала, выходы которых подключены соответственно к первым выводам первого и второго оптоэлектронных ключей, второй вывод первого оптоэлектронного ключа соединен с положительным полюсом источника линейного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к первому выводу линейной нагрузки, блок индикации, оптоэлектронный элемент, входной цепью которого является светодиод, второй элемент И, отличающееся тем, что в него введены два резистора, два диода, стабистор, конденсатор, транзисторный ключ и формирователь одиночных импульсов, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа, вход которого подключен к выходу оптоэлектронного элемента, катод светодиода которого соединен с анодом стабистора, а анод светодиода объединен с третьим выводом первого оптоэлектронного ключа и катодом первого диода и через параллельно включенные первый резистор и конденсатор соединен с катодом стабистора, вторым выводом второго оптоэлектронного ключа и анодом второго диода, катод которого подключен к аноду первого диода непосредственно, а через второй резистор соединен со вторым выводом линейной нагрузки, к первому выводу которой подключен третий вывод второго оптоэлектронного ключа, при этом вход первого формирователя выходного сигнала соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу буферного ключа, а второй вход объединен с выходом формирователя одиночных импульсов, входом блока индикации и вторым входом первого элемента И, выход которого подключен ко входу второго формирователя выходного сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ выполнен на транзисторном оптроне, при этом коллектор и эмиттер фототранзистора являются соответственно вторым и третьим выводами оптоэлектронного ключа, первый вывод которого подключен к светодиоду оптрона.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ содержит диодный оптрон и транзистор Дарлингтона n-р-n-типа, при этом анод фотодиода подключен к базе транзистора, катод фотодиода - к коллектору транзистора и является вторым выводом ключа, третий вывод которого является эмиттером транзистора, а первый вывод ключа соединен со светодиодом оптрона.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный элемент является диодным оптроном, фотодиод которого является выходом оптоэлектронного элемента.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транзисторный ключ содержит биполярный транзистор р-n-р-типа и резистор, включенный между общей шиной и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с шиной питания, при этом база транзистора является входом транзисторного ключа, а коллектор - выходом.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь одиночных импульсов содержит конденсатор, резистор, диод и триггер Шмитта, инверсный выход которого является выходом формирователя, а вход соединен с катодом диода и через параллельно включенные резистор и конденсатор с общей шиной, при этом анод диода является входом формирователя.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации содержит интегратор и светодиодный индикатор, подключенный к выходу интегратора, вход которого является входом блока индикации.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации и передатчик конструктивно выполнены в составе ПЭВМ, монитор которой является устройством визуального отображения информации, вход одного из СОМ-портов ПЭВМ является входом блока индикации, а выход одного из СОМ-портов является выходом передатчика.