Оптомагнитный усилитель

 

1. ОПТОМАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержа.1ций фотодиодный элемент, в'ключенньй последовательно с источником переменного напряжения и обмоткой, распрложенной на магнитопроводе с гй-' '-, '\''стерезисной характеристикой намагничивания, силовой диод, блокирующий .диод и нагрузку, отличающийс я тем, что, с целью повьшения коэффициента усиления мощности, ^блокирующий диод включен последовательно с фотодиодным элементом, силовой . диод включен последовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с ис" точником напряжения и силовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

«»SU<, д(ц Н 03 F 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

I (21) 2642853/18-25 (22) 11.08.78 (46) 23.12.84. Бюл. Б - 47 (72) Л.Л.Хруслов (71) Московский ордена Ленина энергетический институт (53) 621.375(088.8) (54)(57) 1 ° ОПТОМАГHHTHblA УСИЛИТЕЛЬ, содержащий фотодиодный элемент, включенный последовательно с источником переменного напряжения и обмоткой, расположенной на магнитопроводе с гистерезисной характеристикой намагничивания, силовой диод, блокирующий диод и нагрузку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения коэффициента усиления мощности, блокирующий диод включен последовательно с фотодиодным элементом, силовой диод включен последовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с источником напряжения и силовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи.

716491

2. Усилитель по и. 1, о т л и ч ающий с я тем, что, силовой диод представляет собой светодиод.

3. Усйлитель по и. 1, о т л и— ч ающийс я тем, что, с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также с целью рас,ширения функциональных. возможностей, нагрузка дополнительно содержит инерционный излучающий элемент, оптически связайный с фотодиодным элементом.

4. Усилитель по пп. 1-3, о т— л и ч а ю шийся тем, что он соИзобретение относится .к устройствам преобразования и усиления электро магнитного излучения и предназначено

I для использования в системах автоматического регулирования.

Оптомагнитный усилитель может быть

---:-использован в .качестве элемента за щитной автоматики в установках высо= ких энергетических уровней и в качестве основы при построении измеритель. ных трансформаторов в линиях -электропередач высокого и сверхвысокого на"

" ... - йряжения.

Известно устройство магнитного

-усиления, содержащее фотодиод, фбто- 15 катод которого воздействует на состо яние, другого полупроводниковой структуры, с йомощью которой изменяют состояние среды, обладающей магнитным гистерезисом и этой средой управ 20 ляют электрической энергией независимого источника напряжения. б

Недостатком этого устройства явля« ется многоступенчатость преобразования и -нйзкая -надежность. - 25

Наиболее близким к изобретению является оптомагнитный усиЭжтель, в котором источник переменного напряже-„ ния последовательно включен с полупроводниковым фотодиодом, нагрузкой 30 и обмоткой, размещенной на магнито- . проводе с гистерезисной характеристикой йамагничивания, силовой диод, блокирующий диод.

В полупериод йепроводящего состоя-j5 ния фотодиода через нагрузку протекает фототок, что.приводит к снижедержит дополнительную цепь, включенную параллельно источнику переменного напряжения и содержащую источник излучения, оптически связанный с фо— тодчодным элементом, а также датчик аналогового сигнала с изменяемым сопротивлением.

5. Усилитель по п. 4, о т л и— ч а ю щ и й"с я тем, что оптическая связь между источником излучения и фотодиодным элементом осуществлена через управляемый элемент с изменяемой оптической плотностью.

1 нию КПД преобразования — усиления и может в ряде случаев оказывать дестабилизирующее воздействие на коэффициент усиления.

В полупериод проводящего состояния фотодиода через нагрузку протекает рабочий ток, величина которого ограничена максимально допустимым током прямой полярности, протекающим через фотодиод. Это приводит к ограничению коэффициента усиления мощности ойтомагнитного усилителя.

Целью .изобретения является повышение коэффициента усиления мощности с целью стабилизации заданного уровня выходного сигнала, а также расширения функ вокальных возможностей.

Это достигается тем, что оптомагнитный усилитель содержит блокирующий диод, включенный последовательно с чувствительным к излучению элементом, и силовой диод, включенный по— следовательно с нагрузкой, при этом фотодиодный элемент с блокирующим диодом, обмотка с источником питания и синовой диод с нагрузкой образуют параллельные цепи, причем вместо силового диода может быть включен светодиод.

Кроме того, в цепь нагрузки оптомагнитного усилителя целесообразно дополнительно включить инерционный излучающий элемент, оптически связанный с фотодиодным элементом.

Оптомагнитный усилитель может содержать дополнительную цепь, включенную параллельно источнику пере-, 716491 менного напряжения и содержащую источник излучения, оптически связан ный с фотодиодным элементом, а так-.

1же датчик аналоговых сигналов с из-„ меняемым сопротивлением. 5

Также оптомагнитный усилитель может иметь оптическую связь между источником излучения и светочувствительным элементом, осуществляемую че. рез управляемый элемент с изменяе- 10 мой оптической плотностью, установл енный между ними.

H а фиг, 1 показана электрическая схема предлагаемого оптомагнитного усилителя» на фиг. 2-9 — электрические схемы предлагаемого аптомагнитного усилителя в различных вариантах выполнения..

Оптомагнитный усилитель, показанный на фиг. 1, содержит включенные последовательно фотодиод 1, блокирующий диод 2, источник 3 переменного напряжения и обмотку 4, разме-, щенную на магнитопроводе, обладающем гистерезисной характеристикой на- g5 магничивания. Силовой диод 5 и вклю.ченный последовательно с ним нагрузоч. ный резистор 6 подсоединены параллельно цепи, содержащей последовательно-встречно включенные фотодиод 1 и блокирующий диод 2, при этом диоды

2 и 5 подключены относительно друг друга встречно параллельно.

В качестве чувствительного к излучению элемента вместо фотодиода 1 может быть подключен фоторезистор 7 (см. фиг. 2).

Инерционный излучающий элемент 8 (см. фиг. 3) подсоединен к нагрузоч- ному резистору 6 так, чтобы через не40

ro протекала по меньшей мере часть тока нагрузки, и оптически связан с фотодиодом 1. В частности, в качестве инерционного излучающего эле.мента 8 использована лампа накалива45 ния, включенная последовательно с нагрузочным резистором 6. Кроме этого, инерционный излучающий элемент 8 может быть подсоединен параллельно нагрузочному резистору 6.

Схема, изображенная на фиг. 4, имеет один или не колько "допвтнй-" тельных фотодиодов 9, подсоединенных параллельно основному фотодиоду 1

На фиг. 5 показан вариант выпол- 55 нения оптомагнитного усилителя,"схе=" ма которого содержит одну или Нес- колько дополнительных цепей, состояI щих из последовательно соединенных дополнительного фотодйода 9 и встречно ему включенного дополнительно блокирующего диода 10, при этом каждая такая цепь подключена параллельно основной цепи, состоящей из фото- диода 1 и блокирующего диода 2 °

В схемах, показанных на фиг. 3, 4 и 5, вместо фотодиодов 1 и 9 в качестве чувствительных к излучению элементов могут быть включены фоторезйсторы.

В схеме, изображенной на фиг . 6,. (.вместо силового диода 5 (см. фиг. 1) и наг руз очного резистора 6 включены светодиоды 11 (см. фиг. 6) . и 12, причем посл едние подс оединены последовательнр согласно., Кроме того, светодиоды 11 и 12 (см. фиг. 7) могут быть включены согласно параллельно.

Оптомагнитный усилитель, изображенный на фиг. 8, содержит одну или несколько цепей, каждая из которых подключена параллельно источнику 3 переменного напряжения и состоит из последовательно соединенных источников 13 излучения и датчика 14 аналогового сигнала с изменяемым напряжением.

Каждый источник 13 излучения оптически связан с соответствующий фотодиодом 1 и 9. Кроме того, возможен вариант выполнения, при котором все источники 13 излучения оптически связаны с одним фотодиодом 1.

Источники 13 излучения выполнены в виде ламп накаливания. Кроме того, в качестве источников 13 излучения могут быть включены светодиоды, Оптомагнитный усилитель, изображенный на фиг. 9, содержит управляемый элемент 15 с изменяемой плотнос тью, установленный между источником

13 излучения и фотодиодом 1 и осуществляющий оптическую связь послед- них.

Оптомагнитный усилитель, показанный на фиг. 1, работает следующим образом.

В зависимости от полярности переменного напряжения силовой диод 5 может находиться в двух состояниях: проводящем, когда напряжение приложено в прямом направлении, и непро- водящем при противоположной полярнос ти.

716491

В непроводящем состоянии силового диода 5 и при наличии освещения фотодиода 1 в цепи, образованной блокирующим диодом 2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного 5 напряжения, появляется фототок, изменяющий магнитную индукцию материала магнитопровода.

К концу каждого проводящего полупериода силового -диода 5 (началу его непроводящего состояния) индукция материала магнитопровода достигает . насыщения.

При отсутствии оптического сигнала магнитная индукция материала магнитопровода остается в насыщении, при этом к нагрузочному резистору 6 приложено все напряжение источника 3.

При воздействйи оптического сигнала в интервал времени, когда к си- 20 ловому диоду 5 и фотодиоду 1 приложено напряжение обратной полярности, по цепи, образованной блокирующим диодом

2, фотодиодом 1, обмоткой 4 и источником 3 переменного напряжения, на2 чинает протекать фототок, под действием которого происходит изменение магнитной индукции до величины, которая является исходным состоянием. для

Ъ следующего интервала .. 30

В следующий полупериод переменного напряжения, соответствующий пройодящему состоянию силового диода

5 и фотодиода 1, магнитное состояние матеРиала магHHTQIIpoBopa изменяется 35 от исходного значения до состояния насыщЕния.. Этот процесс происходит в течение начального перйода проводящего полупериода.

В результате к нагрузочному резис-40 тору 6 приложено напряжение питания после достижения состояния насыщения, т.е. в течение более короткого интервала по сравнению со случаем, когда оптический сигнал отсутствует. 45

Таким образом, в предложенном оптомагнитном усилителе происходит

l ° усиление и преобразование оптического сигнала в электрический путем магнитного усиления фотопотока фото-50 диода 1.

В связи с тем что фотопоток протекает по цепи, образованной фотодиодом 1, блокирующим- диодом 2, обмот-, кой 4 и источником 3, а ток нагруз ки протекает в другой полупериод по остальной цепи, образованной обмоткой 4, источником 3, силовым диодом

5 и резистором 6, в оптомагнитном усилителе достигнут высокий КПД преобразования — усиления и исключены дестабилизирующие воздействия на коэффициент усиления.

Кроме того, благодаря тому что цепи токов нагрузки и фотопотока разделены, в схеме достигнут высокий коэффициент усиления мощности.

Оптомагнитный усилитель может быть использован в системах регулирования и управления производственными процессами вместо традиционных магнитных усилителей, при этом управляю щим воздействием является оптический сигнал.

Наряду с существенными уменьшениями размеров магнитопровода улучшены динамические параметры усилителя; инерционность снижена до минимально возможной величины, равной половине периода частоты источника 3 пе- ременного напряжения;Оптомагнитный усилитель может найти применение в качестве элемента. защитной автоматики в установках высоких энергетических уровней и в змерительных устройствах в качестве1 основы при построении измерительного

/ I трансформатора в линиях электропере/ дач высокого и сверхвысокого напряжения.

Усилитель, показанный на фиг. 3, может быть применен в схемах плавной регулировки искусственного бсве щения, а в схемах изображенных на фиг. 4 и 5 —. в качестве основы для построения логических элементов, реализующих функцию ИЛИ-НЕ, а также для суммирования входного оптического сиг. нала.

Схемы, изображенные на фиг. 6 и 7, могут найти применение там, где требуется получить выходной сигнал в виде оптического сигнала. При этом светодиод может быть включен вместо силового диода или последовательно с ний.

Оптомагнитные усилители, показанные на фиг. 8 и 9, могут быть использованы как элементы, реагирующие, например, на одновременное изменение температуры и прозрачности воздуха, при этом в качестве датчика 14 установлено термосопротивление, а в качестве элемента 15 использована воздушная среда, изменяющая свою прозрачность, например, от дыма.

716491

Во всех описанных схемах ток нагруэки появляется только в один полупе риод частоты источника литания.

Для повышения эффективности исполь. зования источника питания можно при-!

8 менять двухполупериодные схемы, в которых ток в нагрузке будет существовать в оба полупериода и коэффициент усиления мощности увеличится примерно в четыре раза.

Редактор О.Юркова Техред С.Легеза Корректор O.Тигор

Заказ 9228/3 Тираж 861 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 фипиап ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4