|
| |
|
Слаботочка Книги Весьма простые каскады возбуждения светодиодов. реализуются на основе полевых транзисторов. С равным успехом используются для этих целей полевые транзи--сторы с управляющим р-п-переходом (унитроны) и с изолированным затвором (МДП-транзисторы). В схеме постоянного возбуждения излучателя (рис. 3.2,й), построенной на полевом транзисторе, рабочая точка транзистора фиксируется на пологом участке ВАХ (рис. 3.2,6). Такой режим обеспечивается.  l/fO  Рис. 3.2. Возбуждение светодиодов полевыми транзисторами если напряжение питания каскада £> t/c Hac+fcB, где f/o нас -напряжение на стоке транзисторе, при котором наступает насыщение тока /с, а f/св -падение напряжения на светодиоде. Ток проводимости /в светодиода/ в схеме рис. 3.2,а однозначно определяется ВАХ полевого транзистора (при С/з=0). Уменьшение тока /св можно получить, подавая на затвор шового транзистора отрицательный потенциал f/з. В значительной степени аналогично строится и действует каскад управления светодиодо-м ня .МДП-транзи-сторе с индуцированным каналом п-типа (рис. 3.2,в)-И в этом случае рабочую точку транзистора фиксируют  в пологой (пентодной) области ВАХ. Ток проводимости светодиода регулируется положительным потенциалом i/з; на рис. 3.2,г {7з<(7з2<{7зз. Рассмотренные схемы и диаграммы (рис. 3.1, 3.2) наглядно иллюстрируют существенные особенности стабильного питания и эффективного возбуждения светодиодов. Однако рациональная схемотехника управления светоизлучателями в целом шире, разнообразнее и далеко не исчерпывается приведенными примерами. Выбор оптимальной схемы управления в значительной степени зависит от конкретных условий, в которых используется светоизлучатель.  РисТз. Линейные модуляторы светового потока В линейных оптоэлектронных усилителях, в частности, важно обеспечить эффективную модуляцию светового потока, строго пропорциональную уровню входного (модулирующего) сигнала ег{1). В линейном модуляторе светового потока, построенном по схеме рис. 3.3,а, входной транзистор 71 действует в качестве эмиттерного повторителя, а генератором тока, непосредственно возбуждающим светодиод, служит каскад на транзисторе 72. Конкретный вариант (/?1=/?з = 200 Ом, /?2 = 100 Ом, /?о=4 Ом) схемы линейного модулятора, подобной схеме на рис. 3.3,й (но без вспомогательной цепи C2~R4), описан в работе [2]. По экспериментальным данным, глубина модуляции света в таком устройстве составляет 80% в диапазоне частот от 30 Гц до 250 кГц. Гальваническая связь с источником входных сигналов и, как следствие, возможность управления светоиз-лучением по цепи постоянного тока реализуются с по-  Мощью линейного дифференциального усилитеЛя (рис. 3.3,6). Достоинством такой схемы, построенной на однотипных транзисторах с идентичными ВАХ, является высокая временная и температурная стабильность электрического режима. При хорошо симметрированных эмиттерных цепях транзисторов даже существенное изменение разности потенциалов на эмиттерных р-л-пере-ходах (связанное, например, с большим повышением Вход
Вхв9 Вход в) -£г Рис. 3.4. Переключатели тока для возбуждения светодиодов температуры) мало влияет на статические уровни эмиттерных токов (постоянно равные /п/2). Стабилен и статический ток светодиода, фиксированный в схеме рис. 3.3,6 на уровне Л/п/2. В режиме переключения светодиод действует в одном из двух состояний: выключенный излучатель не создает светового потока, включенный - интенсивн<5 излучает. Резкое изменение электрического состояния светодиода достигается в диодных и транзисторных переключателях тока (рис. 3.4). Если входное напряжение в схеме рис. 3.4,а фиксируется на отрицательном уровне, то диод открыт и ток In ответвляется в цепь управления, минуя светодиод. 120 При повышении уровня ег электрическая проводимость диода уменьшается и ток питания /д переключается в цепь со светодиодом. Взаимодействие диодов наглядно иллюстрируется диаграммой на рис. 3.4,6. Кривые на этом рисунке вычерчены для типичного сочетания кремниевый диод-• арсенидогаллиевый светодиод, причем учитывается, что порог по напряжению кремниевого прибора на 0,5 ... 0,7 В меньше, чем порог прибора из арсенида галлия. Эта разность пороговых напряжений определяет сдвиг вправо граничного уровня его, при котором токи диодов выравниваются. Отметим достоинства диодного переключателя: высокую чувствительность к входным сигналам напряжения и четко фиксированный (на уровне, близком к /п) ток проводимости излучающего светодиода. Важно, однако, учитывать, что диодная схема (рис. 3.4,а) не усиливает ток, поэтому источник управления при выключении светодиода должен создавать во входной цепи значительный ток /д/п (рис. 3.4,6). Потребление энергии по каналу управления резко Снижается в схеме с входным транзистором (рис. 3.4,s). Максимальный ток базы транзистора (при выключенном светодиоде) не превышает /п/(1 + б) и, таким образом, оказывается в десятки раз меньше максимального входного тока в однотипном диодном переключателе (рис. 3.4,а). В схеме, представленной на рис. 3.4,г, управление 1 светодиодом осуществляется переключателем тока /п, построенным на биполярных транзисторах Т1, Т2. Если входной потенциал фиксирован на положительном уровне 0,5 ... 1 В, ток /п отбирается из эмиттерной цепи открытого транзистора Т1, а токи проводимости транзистора Т2 и светодиода незначительны. Переключение тока /п в эмиттерную цепь транзистора Т2 и возбуждение светодиода достигается снижением входного потенциала до отрицательного уровня, -(0,5 ... 1) В. Ток излучающего светодиода в схеме рис. 3.4,г фиксируется на стабильном уровне, близком к /ц. К тому же в высо-коомной коллекторной цепи транзистора Т2 технологический разброс и температурный дрейф ВАХ светодиода Не влияют на ток проводимости излучателя. Высокоомный резистор R2 фиксирует в схеме рис. 3.4,г ток проводимости выключенного светодиода На невысоком, но четко определенном уровне; тем самым «гасится» дрейф рабочей точки светодиода, связанный, в первую очередь, со значительными (технологическими и температурными) колебаниями коллекторного тока закрытого транзистора Т2. Фотоприемники в электронных схемах. Характеристи-1 ки и свойства фотоприемников достаточно специфичны, поэтому схемотехника согласования фотоприемников с электронными приборами и устройствами заслуживает особого внимания.   Рис. 3.5. Транзисторные усилители фототока Ток проводимости /ф фотодиода, действующего в оптопаре со светодиодом, относительно невелик. Если ток проводимости светодиода /св фиксируется на уровне 10 мА, то фототок при коэффициенте преобразования Ki-l ... 2%, типичном для серийных оптронов, достигает лишь 0,1 ... 0,2 мА. Поэтому успешное применение диодных оптронов связано, как правило, с усилением фототока. Эффективными усилителями тока фотодиодов являются транзисторные каскады, управляемые по базовым цепям (рис. 3.5). При появлении фототока /ф в управляющей цепи биполярного транзистора (рис. 3.5,а) возникает значительный коллекторный ток /к=В/ф, в десятки раз превышающий уровень /ф. По эмиттерной цепи транзистора ток освещенного фотодиода усиливается в В + \ раз. В этом плане коллекторный (в схеме с общим эмиттером) и эмиттерный (в схеме с общим коллектором) выходы транзисторного усилителя фототока практически равноценны. Распространение-получили также ус-илители фототока, построенные на двух транзисторах (рис. 3.5,6). Комбинация транзисторов, соединенных по схеме Дарлингтона, действует подобно одиночному транзистору; однако коэффициент усиления по току такого комбинированного (составного) транзистора оценивается произведением коэффициентов усиления отдельных транзисторов 5cocT=Bi-l-B2 + BiB2BiB2 и достигает весьма значительной величины (1000 ... 5000). Следует все же учитывать, что коэффициенты усиления по току даже однотипных биполярных транзисторов различаются в 5 ... ... 10 раз, а коэффициент Всост является крайне нестабильным техническим показателем и, как правило, не ограничивается сверху (по максимуму). Поэтому пропорциональное, четко определенное усиление фототока 1-ф в схеме рис. 3.5,6 обычно не планируется, а основной технической задачей является насыщение транзисторов при освещении фотодиода, что характерно для существенно нелинейных (ключевых) устройств с оптическим управлением. Если составной транзисторный ключ с входным фотодиодом (рис. 3.5,6) коммутирует цепь нагрузки с элек-, трическим сопротивлением /?н, то управляющий фототок /должен превышать /ф=£/(Всост/?н)- Например, при Е= =10 В, Bi=B2=30 надежная коммутация цепи с сопротивлением /?н=200 Ом достигается сравнительно небольшим фототоком (/ф52 мкА). Если основным техническим фактором, определяющим качество электронного устройства, является линейное (строго пропорциональное) усиление фототока /ф, то применяются транзисторные секции с четко определенным и стабильным коэффициентом усиления по току. Распространение получила схема двухкаскадного усилителя фототока (рис. 3.5,8), построенная на биполярных транзисторах Т1 и Т2. Транзисторная секция охвачена отрицательной обратной связью по току, которая Действует по цепи Roi-Ro2- Выход нои сигнал тока /н формируется в цепи с низкоомным резистором /Внесли сопротивление коллекторного резистора Rk (рис. 3.5,б) достаточно высокоомно и не оказывает заметного влияния на взаимо- 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 |