Селективный оптоэлектронный переключатель

Приведена схема оптоэлектронного переключателя, состоящего из двух последовательно включенных фотодиодов, кратковременная импульсная засветка первого из которых приводит к переключению триггера первого канала управления. Повторная его засветка возвращает триггер в исходное состояние. При одновременной засветке фотодиодов избирательно происходит переключение выходного уровня второго канала управления. Показана возможность управления работой как минимум восьмью нагрузками по трем проводам. С использованием оптоэлектронных переключателей возможно создание многоканальных электронных переключателей с гальванической развязкой.

Базовая схема двухкомандного переключателя с оптоэлектронным управлением приведена на Рисунке 1. Переключатель работает следующим образом.

Рисунок 1.	Двухкомандный переключатель с оптоэлектронным управлением.

В исходном состоянии сопротивление фотодиодов VD1 и VD2 без засветки велико, напряжение на входах логических элементов DD1.1 и DD1.2 равно нулю. При кратковременной засветке фотодиода VD1 напряжение высокого уровня появляется на резисторе R1. Поскольку фотодиод VD2 не облучается, его сопротивление велико, напряжение на входе элемента DD1.2 остается равным нулю, а на его выходе – равным логической единице.

Таким образом, на входы элемента DD1.1 одновременно поступают сигналы высокого логического уровня, элемент переключает свое состояние и через цепочку R3C1 управляющий сигнал поступает на вход D-триггера DD2.1 и переключает его состояние.

Если повторно кратковременно осветить фотодиод VD1, на выходе элемента DD1.1 появится импульс высокого логического уровня, который вновь переключит состояние триггера DD2.1.

Рассмотрим ситуацию, когда оба фотодиода VD1 и VD2 кратковременно и единовременно засвечиваются. В этом случае напряжение на резисторах R1 и R2 принимает значение логической единицы. Напряжение на выходе элемента DD1.2 падает до нуля и запрещает прохождение сигнала через элемент DD1.1. Импульс напряжения с выхода элемента DD1.2 переключает состояние D-триггера DD2.2.

Если повторно засветить фотодиоды, сигнал на выходе U_ВЫХ1 останется без изменения, а триггер DD2.2 переключит свое состояние. Таким образом можно раздельно управлять выходными сигналами на выходах U_ВЫХ1 и U_ВЫХ2, избирательно управляя нагрузками.

Очевидно, что одноканальный оптоэлектронный приемник может быть получен путем существенного упрощения схемы, Рисунок 1.

Трехкомандный переключатель, Рисунок 2, выполнен по модифицированной схеме. При активации фотодиода VD1 включается/отключается первый канал управления U_ВЫХ1.

Рисунок 2.	Трехкомандный переключатель с оптоэлектронным управлением.

Для автономного управления вторым каналом (U_ВЫХ2) необходима одновременная активация фотодиодов VD1 и VD2.

Для управления третьим каналом (U_ВЫХ3) необходимо совместное задействование фотодиодов VD1 и VD3.

На Рисунке 3 показана электрическая схема четырехкомандного оптоэлектронного переключателя. Сигнал на выходе U_ВЫХ1 переключается только в том случае, если засвечивается фотодиод VD1. Переключение уровня сигнала на выходе U_ВЫХ2 происходит при одновременном засвечивании фотодиодов VD1 и VD2. На выходе U_ВЫХ3 уровень сигнала меняется при одновременном засвечивании фотодиодов VD1 и VD3.

Рисунок 3.	Четырехкомандный переключатель с оптоэлектронным управлением.

На основе переключателей с оптоэлектронным управлением могут быть созданы многоканальные переключающие устройства с минимальным количеством проводов управления. Так, например, при использовании трехпроводной линии управления возможно использование восьми уникальных управляющих команд, активирующих светодиоды HL1–HL4 оптронных пар, Рисунок 4: HL1, HL1+HL3, HL1+HL4, HL2, HL2+HL3, HL2+HL4, HL3 и HL4. Светодиоды оптронных пар, Рисунок 4, обозначены как HL1–HL4.

Пример выполнения передающей части блока управления приведен на Рисунке 4. Для реализации приемной части такой конструкции потребуются оптопары, имеющие как минимум три фотодиода. Промышленно пока выпускаются оптопары, имеющие только два фотодиода, например, HCNR200-350 с коэффициентом передачи 100%. Решить проблему нехватки фотодиодов оптронных пар можно за счет последовательного включения светодиодов двух или даже трех оптронов. Это теоретически позволит увеличить количество каналов управления.

Рисунок 4.	Передающая часть оптоэлектронного переключателя на 8 команд. R1=R2=R3=R4.

В восьмиканальном передатчике оптоэлектронных сигналов с использованием трехпроводной линии управления, Рисунок 4, использованы 8 кнопок без фиксации и без возможности одновременного их нажатия.

Светодиоды оптронных пар включены попарно встречно, что обеспечивает их самозащиту от повышенного обратного напряжения. Последовательность высвечивания светодиодов в зависимости от номера нажатой кнопки SB1–SB8 приведена на Рисунке 4.

Рассмотрим возможные области применения переключателей с оптоэлектронным управлением. Очевидно, что засвечивать фотодиоды можно с использованием как закрытых, так и открытых оптических каналов. На этой основе могут быть созданы устройства подсчета продукции на конвейере, схемы и устройства автоматического управления и регулирования.