|
| |
|
Слаботочка Книги 20. Turifisky G.-Emittefgekoppelte sterrischalter sfeuern GaAs-Leuct; dioden an.- Radio Fernsehen Elektronik, 1976, Bd. 25, H. S. 239. 21 Marvel O. E., Ffeeborn J. C. A little hands -on experience illu rainates fiber-optic links. -EDN, 1977, v. 22, № 20, p. 71-75. 22. Русланов В. И. Некоторые применения транзисторных оптроно в импульсных схемах. - Электронная техника в автоматике] Под ред. 10. И. Конева. -М.: Сов. радио, 1977, вып. с. 262-265. 23 Witt D. Getastete und Digital-Schaltungen mit Optokopplern. , Elektronik, 1974, H. 10, S. 375-376. 24. Secaze G. Les pliotocoupleurs utilises dans les techniques diso-lement. - Electronique et Microelectronique Industrieles, 1974, № 183, p. 51-55. 25. Сонин M. C, Гунцадзе A. Г., Лементуев В. A., Мирзоян Г. А. Микрооптоэлектронны!! запоминающий элемент. - Микроэлектроника, 1976, т. 5, № 1, с. 84-86. 26. Русланов В. И. Диодные и транзисторные оптроны в генераторах пн.юобразного напряжения. - Электронная техника в автоматике/ Под ред. Ю. И. Конева.- М.: Сов. радио, 1978, вып. 10, с. 236-238. 27 Riddle О. С. Opto-isolators switch hidh-voltage dc current.- EDN, 1975, V. 20, № 3, p. 54. L28. Адирович Э. И., Аронов Д. А., Вишневецкий А. Г. и др. Регенеративный оптрон.- В кн.: Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника. - Ташкент; Фаи, 1972, с. 3-103. 29 Бистабильные фоторезисториые оптроны/ Е. Л. Иванов, " И А. Дворников, В. И. Ильинский и др. -М.: Энергия, 1976.- g9 с. . X • 30 Takfthashi Н., Kitahama Y. An optronic negative resistance circuit. =-ШЕЕ J., 1974, V. SC-9, № 2, p. 79-81. 31. Малышков Г. М., Русланов В. И. Импульсные генераторы с полупроводниковыми оптоэлектронными преобразователями.- Электронная техника в автоматике/ Под ред. Ю. И. Конева.- М.: Сов. радно, 1971, вып. 2, с. 139-142. :32 Damljanovic D. D. Audio frequency multivibrator uses opto-coup-s, ler. -Electronic Engineering, 1975, v. 47, № 571, p. 25-26. 33. Сидоров A. C. Теория и проектирование нелинейных импульснЫХ- схем на туннельных диодах.- М.: Сов. радио, 1971.-264 с. 34. А. с. 514415 (СССР). - Опубл. в Б. И., 1976, № 18. < Глава 5 АНАЛОГОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА 5.1. ЛИНЕЙНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ Трудности, возникающие при проектировании и экс- плуатации аналоговых оптоэлектронных устройств, свЯ-i заны в первую очередь с существенной нелинейностью. характеристик оптронов [1-4]. Резко нелинейной является вольт-амперная характеристика (ВАХ) светодиода; эта особенность, однако, свойственна многим полупроводниковым приборам и хорошо изучена разработчиками. Более специфичной оказывается нелинейная зависимость мощности светового потока, воздействующего на фотоприемник, от тока проводимости излучающего светодиода. По этой причине преобразование тока в диодных и транзисторных оптронах осуществляется с непостоянным коэффициентом Ki, значение которого изменяется при перестройке электрического режима светодиода. Зависимость Ki{Ub) весьма существенна при относительно небольших уровнях /св (менее 3 ... ... 10 мА); лишь при достаточно большом токе /св (свыше 15 ... 20 мА) коэффициент Ki заметно стабилизируется. , \ В режиме больших токов /св, однако, опасным оказывается саморазогрев оптрона и, как следствие, температурный дрейф его характеристик. Такой дрейф естественно зависит от амплитуды, длительности, скважности управляющих сигналов и, таким образом, становится фактором, непосредственно влияющим на линейность преобразования тока в оптроне. По этой причине вывод рабочей точки излучателя в область больших токов /св не является кардинальной мерой, безусловно гарантирующей стабильность коэффициента Ki. Обычно при проектировании аналоговых устройств с оптронами предусматривают специальные меры, позволяющие линеаризовать характеристики и стабилизировать режим оптоэлектронных каскадов и секций. Анализ показывает, что лучшие технические показатели достигаются использованием параметрических методов, ориентированных на подбор однотипных оптронов с идентичными характеристиками и параметрами. Вместе с тем важно учитывать, что создание и серийный выпуск таких оптоэлектронных устройств в промышленных условиях является сложной технологической задачей. Эффективную коррекцию нелинейных искажений сигналов можно осуществлять практически в любом участке аналогового оптоэлектронного устройства. Имея точные данные о зависимости Ki{Ic.b), несложно влиять в нужном плане на амплитудную характеристику опто- электронного преобразователя во входных цепях (до поступления сигнала в секцию с оптроном). Такая предварительная коррекция нелинейных искажений осущест- вляется в устройстве [5], представленном на рис. 5.1,а. Корректирующий каскад воздействует на входные сигналы прежде, чем они достигают каскада, возбуждающего излучатель. Вход о- Hac/fttd /<орре/<- Штд ден1/я
Вход о- Вых.1 -о Рис. 5.1. Аналоговое оптоэлектронное устройство с предварительной коррекцией нелинейных искажений На рис. 5.1,6 показана принципиальная схема диодно-транзисторного каскада, обладающего нелинейной передаточной характеристикой. Учитывается, что в дальнейшем, из-за повышения коэффициента Ki в области больших токов /св, сигналы значительной амплитуды будут передаваться оптроном более эффективно. Поэтому каскад предварительной коррекции (рис. 5.1,6) усиливает такие сигналы хуже, чем сигналы малой величины. В самом деле, коэффициент усиления корректирующего каскада оценивается в первом приближении соотношением Ки=аКк1ЯэтФФ, где а - дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока в коллектор- wj ную цепь, а /?здпфф - дифференциальное сопротивление, ограничивающее изменения тока в эмиттерной цепи транзистора. Это сопротивление непостоянно, так как. зазисит от дифференциального српротирлення диодов 204 уД/ ... ДЗ, определяемого уровня.ми потенциалов Ei ... .... £3 и амплитудой входного сигнала. По мере увеличения амплитуды сигнала дифференциальное сопротивление диодов возрастает, а коэффициент усиления Кп каскада (рис. 5.1,6) уменьшается. Наличие трех диодов в эмиттерной цепи дает разработчику дополнительные степени свободы, позволяющие скорректировать нелинейную зависимость /(/(/св) в широком диапазоне входных сигналов. Согласно результатам [5] введение корректирующего каскада (рис. 5.1,6) уменьшило нелинейность амплитудной характеристики оптоэлектронного устройства с 12,5% до величины, не превышающей 1%.  Рнс. 5.2. Дифференциальный оптоэлектронный усилитель Следует по,5черкнуть, что корректирующий каскад рассматриваемого типа достаточно универсален. Если в определенном режиме наблюдается спад зависимости К]{1св), то для эффективной коррекции целесообразно изменить полярность включения диодов в эмиттерной цепи транзистора (рис. 5,1,6). «Чисто» параметрическими устройствами являются дифференциальные оптоэлектронные усилители. Схема такого усилителя, представленная на рис. 5.2, построена на однотипных транзисторных оптронах [6]. Оптоэлектронный тракт устройства тщательно симметрирован. В статическом режиме светодиоды возбуждаются посто-яшым током, одинаковой силы. Фототоки оптронов при этом действуют встречно и не оказывают заметного влияния на выходной усилитель УЗ. Возможные (температурные, временные) колебания электрического режима симметричных частей влияют на выходной потенциал устройства. Вместе с тем входной сигнал Ubx, воздействующий на каскад У/, в дальнейшем (по цепи с транзистором Т1, транзисторным оптроном 0Т1, каскадом УЗ) эффективно усиливается. Рассматриваемое устройство (рис. 5.2) построено в строгом соответствии с требованиями дифференциаль- ной транзисторной схемотехники и при подборе взаимно симметричных компонентов с идентичными характеристиками и свойствами обладает хорошей температурной и временной стабильностью. Однако нелинейность оптронных характеристик в таком устройстве, по сущест-ву, не компенсируется. Особенно резко проявляется зависимость коэффициента передачи Ki транзисторного оптрона ОТ! от уровня большого сигнала Ubx- в таком] режиме управления ток излучателя 0Т1 (рис. 5.2) изменяется в широких пределах, а ток 0Т2, как и в статическом режиме, фиксирован. Лучшей линейностью обладают дифференциальные оптоэлектронные усилители [2, 7] с динамической компенсацией нелинейной зависимости /(;(/св). В таких усилителях токи двух взаимодействующих светоизлуча-телей под влиянием входного сигнала изменяются в противофазе. При этом коэффициент Ki оптрона с возрастанием тока увеличивается (см. кривую / на рис. 5.3,а), а с уменьшением тока спадает (по кривой 2). Среднее значение коэффициента Ki такой дифференциальной пары оптронов в значительном диапазоне входных токов мало изменяется (см. кривую 3), чем и достигается повышение линейности оптоэлектронного преобразования. Практическая схема дифференциального оптоэлек- тронного усилителя [7] представлена на рис. 5.3,6. Устройство содержит два однотипных канала усиления: верхний канал с оптопарой СД1-ФД1 и нижний- с оптоэлектронной парой СД2~ФД2. При воздействии входного сигнала токи оптронов (а следовательно, и токи биполярных транзисторов Т1 и Т2) изменяются в противоположных направлениях. Дальнейшее усиле- ние парафазных сигналов осуществляется операционным усилением (ОУ) с дифференциальным входом. В тех же 206 / условиях синфазные (температурные. Временные) изменения токов не оказывают существенного влияния на выходнойсигнал устройства. В схеме на рис. 5.3,6 (как и в любой дифференциальной схеме) наибольший эффект линеаризации характеристик и стабилизации режима достигается при условии, что электрические и оптические свойства симметричных каналов мало различаются. По данным [7], нелинейные искажения сигналов амплитудой до 1 в   2 Рис. 5.3. Дифференциальный усилитель с линеаризированным оптическим трактом  -l j-г*- 700 1к ИнВерсньп ВхоВ ( -I) -75В в оптоэлектронном усилителе не превышали 2%. При этом статический ток в цепи светодиодов был фиксирован на сравнительно невысоком уровне -3 мА. Отметим также, что схема на рис. 5.3,6 способна эффективно усиливать сигналы, поступающие по двум входам: пря- 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 |