|
| |
|
Слаботочка Книги транзисторов [7. 8]. Особенности схемы переключения, показанной на рис. 4.3,а, связаны с организацией синхронного взаимодействия диодных оптронов, весьма существенного для переключателей каскодного типа. Излучатели оптронов ОД/ и 0Ц2 соединены с источником неизменного тока /п, причем переключение тока осуществляется перепадом напряжения ег(). При положительном уровне е-с ток /п ответвляется в цепь с излучателем оптрона ОД/, который генерирует вспышку света и включает фотодиод. В свою очередь, диодный оптрон  Hi] \ „ "LT г Вход Оптрои Фазоинвертор ВыхвЭ Ключ ОЭ  Рис. 4.3. Оптоэлектронные пе-Выхо реключатели каскодного типа 0Д1 отпирает транзистор Т1, значительный эмиттерный ток /э1 быстро заряжает емкость нагрузки Си, и на выхо-у де оптоэлектронного переключателя формируется положительный перепад напряжения. Транзистор Т2 в этом режиме закрыт и не препятствует быстрому развитию переходных процессов. При спаде входного сигнала e{t) до отрицательного уровня ток /п переключается в цепь управления оптрона 0Д2, который генерирует фототок и включает тран--. зистор Т2. Быстро нарастающий коллекторный ток /к2 форсирует разрядку емкости С„. Транзистор Т1 в этом случае закрыт и не задерживает развитие переходных процессов. В результате на выходе оптоэлектронного переключателя формируется отрицательный перепад напряжения. Попеременное переключение выходных транзисторов, соединенных по каскодной схеме, несложно организовать и с помощью одного оптрона, используя промежуточный фазоинвертор (рис. 4.3,6). Поскольку комбинация фазоинвертор - выходной каскодный переключатель являет- Ногрзнст Иагр1/знг/  Рис. 4.4. Составные транзисторы в быстродействующих оптоэлектронных переключателях ся основой элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), целесообразно и оптоэлектронные переключатели рассматриваемого типа (рис. 4.3,6) строить на базе элементов ТТЛ [5, 6]. Один из вариантов переключателя иллюстоирзется схемой, представленной на рис. 4.3,в. Если диодный ,оптрон не возбужден, то транзисторы 7/ и 13 заперты, а выходной потенциал близок к уровню Е. При включении диодного оптрона транзисторы Tt и ТЗ фиксируются в режиме насыщения и замыкают выходную цепь. Диод, компенсирующий остаточное падение напряжения , на насыщенных транзисторах Т1 и ТЗ, способствует четкому выключению транзистора Т2. Детально процессы переключения элементов ТТЛ рассматриваются в монографии [7]. Принцип (рис. 4.3,а) и схема (рис. 4.3,6) реализованы в оптронном инверторе-переключателе с-рии К249ЛП1 отечественного производства. Оптоэлектронные переключатели с транзисторными каскадами Дарлингтона не относятся к разряду быстродействующих. Одним из важных инерционных факторов, существенно ограничивающих скорость переключения составного транзистора, является коллекторная емкость Ск1 входного транзистора Tt (рис. 4.4,а). Согласно известному эффекту Миллера действие коллекторной емкости Ск одиночного транзистора при управлении по базовой цепи оценивается величиной С*к=(1 + В)Ск>Ск. Для составного транзистора (рис. 4.4,а) эффективное значение емкости C*„i=(H-Bi) (1-Ьг) Cki гораздо (в сот-"Ни и тысячи раз) больше емкости Скь что и объясняет относительно невысокое быстродействие каскада Дарлингтона (рис. 4.4,а). Даже в оптимальных условиях включения составного транзистора скорость формирования выходного перепада напряжения под действием фототока /ф не превышает dV„ /ф Таким образом, соединение транзисторов по схеме Дарлингтона в быстродействующих переключателях оказывается неэффективным. Лучшими динамическими характеристиками обладает оптоэлектронный переключатель, построенный по схеме рис. 4.4,6 [9]. Коллекторный потенциал транзистора Т1 фиксирован на неизменном уровне, и емкость не / шунтирует выходную цепь переключателя. Вместе с тему емкость нагрузки Сн и эффективная коллекторная емкость C*i;2=(H-B2) Ск2 перезаряжаются в процессе включения транзистора Т2 значительным током /к2= = {\ + B,)B2Ub. Схемный принцип (рис. 4.4,6) использован при. построении высокочастотного усилителя фототока (рис. 4.4,в), предназначенного для быстродействующих- оптоэлектронных переключателей [9]. Кроме промежу-168 точных усилительных звеньев У/ и У2, в схему рис. 4.4,в введены диоды Шоттки Д1 и Д2, исключающие переход транзисторов Т1 и Т2 в режим насыщения. Инерционность фотодиодов и фототранзисторов, связанная с действием барьерных емкостей, существенно не проявляется, если в процессе переключения оптрона раз- К" Выход тг ? Вход  Выход о Вход од(¥ Выход Рис. 4.5. Переключатели с низкоомной нагрузкой фотоприемников ность потенциалов в выходной цепи фотоприемника изменяется незначительно. Этот несложный, но полезный принцип реализуется в схемах с низкоомной нагрузкой фотоприемников. Проектирование таких схем не пред-, ставляет серьезных трудностей. В качестве низкоомной нагрузки фотодиодов и фототранзисторов успешно используются транзисторные каскады с общей базой [10]. В быстродействующем оптоэлектронном переключателе (рис. 4.5,а) усилитель фототока, построенный на транзисторе Г/, непосредственно ) соединен с входной цепью транзистора Т2, обладающей весьма небольшим сопротивлением. Выходной сигнал формируется в коллекторной цепи каскада с общей базой. В другом схемном варианте, представленном на рис. 4.5,6, коллекторная цепь фототранзистора, замкнута на низкоомную входную цепь каскада с фиксированным потенциалом базы. Усиление тока осуществляется выходным транзисторным каскадом с общим эмиттером. Небольшим входным сопротивлением обладает двухкаскадный транзисторный усилитель, охваченный параллельной обратной связью по току. Схема такого усилителя уже рассматривалась (см. рис. 3.5,в). Малоинерционное сочетание диодного оптрона и усилителя с отрицательной обратной связью по току эффективно используется в оптоэлектронном переключателе серии К.262КП1 отечественного производства (рис. 4.5,s).  Рис. 4.6. Оптоэлектронные переключатели с регенерацией сигналов Отметим также, что изменение разности потенциалов на фотоприемнике в процессе его переключения удается свести к минимуму, используя в качестве нагрузки оптрона операционный транзисторный усилитель, охваченный глубокой отрицательной обратной связью по напряжению. Детально схемы такого типа рассматриваются ниже (в гл. 5). Резкое увеличение скорости переходных процессов, сопровождающих переключение фотоприемников, обеспечивается в схемах с положительными обратными связями [1, 8, 11, 12]. В таких схемах сигналы фототока лишь начинают процесс переключения; дальнейшее развитие переходного процесса происходит с нарастающей скоростью (лавинообразно). 170 Схема быстродействующего оптоэлектронного переключателя [12] с регенерацией сигналов фототока показана на рпс. 4.6,а. Переключатель фиксируется в одном из двух состояний устойчивого равновесия. Если излучатель не возбужден, то фототранзистор оптрона и выходной транзистор закрыты. В другом устойчивом состоянии и освещенный фототранзистор, и выходной транзистор насыщены. В течение переходного процесса переключения оба транзистора действуют в нормальном активном режиме, обеспечивая эффективную регенерацию сигналов фототока (при возбуждении оптрона) и быстрое запирание фототранзистора (при выключении светоизлучателя). Конденсатор небольшой емкости способствует ускоренному развитию переходных процессов переключения. Согласно данным [12] введение положительных обратных связей по схеме рис. 4.6,а повышает быстродействие переключателя с транзисторным оптроном по меньшей мере на порядок. Быстродействующий оптоэлектронный переключатель 11] строится по схеме, представленной на рис. 4.6,6. Депь нагрузки /?н коммутирует транзистор, управляемый транзисторным оптроном ОГ/. Если оптрон 0Т1 не возбужден, то выходной транзистор закрыт. При воздействии входного сигнала положительной полярности излучатель оптрона 0Т1 смещается в прямом направлении и генерирует поток света. Выходной фототок этого оптрона отпирает транзистор. Дальнейшее развитие переходных процессов в замкнутой цепи, содержащей выходной транзистор и фототранзистор оптрона 0Т1, благодаря действию положительной обратной связи происходит с нарастающей скоростью (лавинообразно). В конце переходных процессов эти транзисторы оказываются в режиме насыщения и цепь с резистором /?» подключается к источнику напряжения Е. Очевидно, что организация положительных обратных связей в схемах рис. 4.6,а и 6 в значительной степени аналогична. Специфика переключателя (рис. 4.6,6) связана, в частности, с введением транзисторного оптрона 0Т2. Освещенный фототранзистор этого оптрона является дополнительным источником тока, который можно использовать для бесконтактного управления переключателем по оптическому каналу. Вместе с тем с помощью фототранзистора оптрона 0Т1 несложно органи- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 [27] 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |