|
| |
|
Слаботочка Книги действие транзисторов 7" и Т2, то коэффициент усиления по току секции, не охваченной отрицательной обратной связью. Кг- -,.,«1 (i-IPj) определяется усилительными возможностями транзистора Т1 (по коллекторной цепи) и транзистора Т2 (по эмиттерной цепи) Входное сопротивление секции без отрицательной обратной связи R„y.=r6i+{+i)ai зависит от дифференциальных параметров (сопротивления базы гаь сопротивления эмиттерного р-п-ие-рехода Гэ1, коэффициента усиления по току РО транзистора Т1. Коэффициент отрицательной обратной связи по току Yoc = = Rw/(R01+R02). При достаточно глубокой обратной связи AiYoe>l транзисторная секция (рис. 3.5,в) обеспечивает стабильное усиление фототока с коэффициентом Kioc = \+noifRo2. (31а) Типичные значения КюсО ... 30. Входное сопротивление секции Rs.oc = K,ocRb./K, (3.16) невелико. В типичном варианте (f6i = 100 Ом, Гэ1 = 10 Ом, §1 = 2= = 30, /(7ос = 20) получаем согласно (3.16), что ?вхос=9 Ом. Фотодиод при низкоомной нагрузке действует в линейном режиме. Поэтому в схеме рис. 3.5,6 уровень фототока /ф пропорционален мощности регистрируемого светового потока, а выходной ток оптоэлектронного устройства равен /н = [/ф=01 ~ /осф- Принципы эффективного согласования фотодиодов и фототраизисторов с электронными устройствами во многом сходны. Поэтому использование промежуточных транзисторных усилителей фототока (по схемам рис. 3.5) активно практикуется и в фототранзисторной технике. Следует лишь учитывать, что выходные токи фототранзисторов в оптопарах существенно (в десятки раз) превышают (при одинаковых условиях облучения) токи фотодиодов. Отмеченная особенность позволяет ослабить требования к усилительным возможностям выходных каскадов и секций в устройствах с фототранзисторами. Например, схема на рис. 3.6,а, содержащая фототранзистор и один биполярный транзистор, способна осуществлять преобразование мощности светового потока в электрический ток /н так же эффективно, как и более сложная (по числу компонентов) схема с фотодиодом (рис. 3.5,6). Полезными техническими свойствами обладают схемные комбинации фототранзистора и линейного транзисторного каскада с общей базой, непрактичные для фотодиодных устройств. Варианты таких схем представлены на рис. 3.6,6 и 8. Биполярные транзисторы в рассматриваемых устройствах фиксированы в нормальном активном режиме; поэтому непосредственной нагрузкой,  фототранзисторов оказываются весьма низкоомнЫе вхбД- ные цепи каскадов с общей базой. Таким образом, фототранзисторы в схемах рис. 3.6,6 и в также не выходят за рамки нормального активного режима и эффективно реагируют на изменения мощности светового потока. Ток в цепи нагрузки каскада (рис. 3.6,6) /н=Л(/n-f/ф); выходной ток каскада (рис. 3.6,s) /н=Л (/п-/ф).  да ® fj Рис. 3.6. Схемотехника фототраизисторных каскадов Схемы С каскодным соединением фототранзисторов широко используются и в существенно нелинейной (ключевой) и в линейной (аналоговой) оптоэлектронной технике. Один из распространенных вариантов каскодной фототранзисторной схемы показан на рис. 3.6,г. Ток в цепи нагрузки /н определяется разностью фототоков / Ф1 и /ф2. Поэтому синфазные (временные, температурные) изменения этих токов мало влияют на выходной сигнал устройства; взаимно компенсируются темновые токи однотипных фототранзисторов. В тех же условиях полезные изменения фототоков /ф, и /ф2, связанные с па-рафазными колебаниями мощности регистрируемых световых потоков, выделяются в цепи нагрузки каскодной фототранзисторной схемы (рис. 3.6,г) без потерь. Рассматриваемое устройство экономично, обладает значительным динамическим диапазоном, эффективно действует даже при низкоомной нагрузке Rn. Отмеченные достоинства особенно важны для мощных выходных усилителей и преобразователей сигналов с оптическими "каналами управления. Нестандартным оказывается взаимодействие фотоприемников с полевыми транзисторами. Входное сопротивление транзисторных каскадов, управляемых по затвору, очень велико. Такие каскады практически не по- Требляют фототока, а реагируют на изменения разности потенциалов на фотоприемнике. В схеме, представленной на рис. 3.7,а, фотодиод воздействует на полевой транзистор. Если фототок /ф отсутствует, ТО напряжение на затворе фиксировано на отрицательном уровне -£2 и ток стока U невелик (см. состояние / на рис. 3.7,6). Фототок освещенного диода повышает напряжение на затворе полевого транзистора; Одновременно существенно возрастает ток /с в цепи нагрузки (см. состояние 2 на рис. 3.7,6). Все же, из-за
 Ррс. 3.7. Фотоприемники в каскадах с полевыми транзисторами небольшого Ki диодного оптрона, выходной ток /с в каскаде на рис. 3.7,а, как правило, заметно меньше входного тока /се, возбуждающего светодиод онтрона. Более эффективным (благодаря значительному Ki) оказывается воздействие светодиода на полевой транзистор по каналу с фототранзистором. Каскад, показанный на рис. 3.7,8, построен на МДП-транзисторе. Положительный потенциал £2 позволяет фиксировать рабочую точку МДП-транзистора вблизи порога отпирания (рис. 3.7,г). Освещенный фототранзистор повышает потенциал затвора и, таким образом, создает в цепи стока значительный ток /с. В схеме рис. 3.7,(3потенциал заметно превышает пороговое напряжение МДП-транзистора. Освещенный фототранзистор уменьшает ток /с, а при фототоке 1ф> {E2-U0) iRi выключает МДП-транзистор полностью. Тиристорные оптроны успешно применяются для бесконтактного (оптического) управления достаточно мощными (силовыми) электрическими цепями постоянного и переменного тока, что предъявляет специфические требования к схемотехнике фототиристорных каскадов. К разряду важнейших технических ограничений относятся предельно допустимые эксплуатационные характеристики фототиристоров (максимальные значения коммутируемых напряжений и токов, максимальная рассеиваемая мощность).
Маа- Has- pySHd 
 д) . Рис. 3.8. Тиристорные каскады с оптическими каналами управления В низковольтных преобразователях малой и средней мощности фототиристоры способны непосредственно коммутировать цепи нагрузки (рис. 3.8,а). В высоковольтных преобразователях большой мощности фотоприемникам целесообразно отводить лишь функции управления, а для коммутации электрических цепей нагрузки использовать мощные тиристоры с электрическими связями. В устройстве, показанном на рис. 3.8,6, фототиристор управляет более мощным тиристором. В схеме, доказанной на рис. 3.8,8, переключение тиристора по опти- ческому каналу достигается с помощью фототранзистора. Оптоэлектронная схема, представленная на рнс. 3.8,г, свдержит управляющий фототиристор малой или средней мощности, мостовой диодный преобразователь и мощный выходной переключатель - триак. Фототиристоры эффективно коммутируют электрические цепи, соединенные с источниками постоянного напряжения питания Е. Включение достигается освещением фотоприемника. Выключение фототпрпстора по оптическому каналу затруднительно: даже будучи затемненным фототиристор сохраняет проводящее состояние. 
 Sxad ,, о-\\ Рис. 3.9. Фоторезисторы в электронных схемах В схеме на рис. 3.8,(3 выключение фототиристора обеспечивается по управляющему электроду с помощью фототранзистора. Нормально закрытый (затемненный) фототранзистор при освещении переходит в режим насыщения и закорачивает управляющий электрод фототиристора на щину нулевого потенциала. Тем самым нарущается внутренняя положительная обратная связь в ти-ристорной структуре и достигается выключение фототиристора. Отметим также, что в оптронном переключателе серии К295КТ1, предназначенном для коммутации цепей постоянного тока, выключение выходного фототиристора по управляющему электроду обеспечивается дополнительным тиристорным оптроном. Схемотехника рационального сочетания фоторезисторов с электронными компонентами и устройствами в значительной степени стабилизировалась. Заметное предпочтение отдается дифференциальным и мостовым схемам соединения однотипных фотоприемников. В таких схемах эффективно компенсируются ложные изменения фототоков, связанные в первую очередь с темпет ратурной нестабильностью и временным дрейфом фото-сопротивлений; вместе с тем полезные фотосигналы, отражающие воздействие управляющих световых потоков, формируются в цепях нагрузки без заметных потерь. Дифференциальная схема с фоторезисторами ФР1 и ФР2 представлена на рис. 3.9,а. Ток в цепи нагрузки определяется очевидным соотнощением j - " ф1?ф2 + ф1Н + фзН Если в статическом режиме (без воздействия управляю-тцих оптических сигналов) фотосопротивления Ri и рф2 одинаковы, то выходной ток /н=0. «Дрейф нуля» /н незначителен при одинаковых температурных и временных изменениях фотосопротивлений. Полезный (выходной) сигнал тока в цепи нагрузки Rll появляется, если световые потоки, освещающие фоторезисторы, модулируются по мощности в противофазе. .А.КТИВНО используется и другой вариант оптического управления каскадом (рис. 3.9,а): существенно изменяется освещенность одного из фоторезисторов, другой - освещается стабильным световым потоком и, таким образом, играет роль эталонного или вспомогательного (компенсирующего) . В мостовой схеме, показанной на рис. 3.9,6, два смежных плеча содержат фоторезисторы ФР1 и ФР2. Выходным сигналом, отражающим реакцию моста на оптические воздействия, является ток /н в диагонали с резистором нагрузки Rn. Уровень тока определяется соотношением " ~ ЩпЯь {Rb+R,) + R,R (Ri>i+Ri,2)+Ra (Ri+R>2) {R,+R,) Если ?фl/?ф2=?4/?з, то /„=0 (мост уравновешен). Равновесие моста сохраняется в течение длительного времени даже при заметном изменении внешних условий, если 9~7б7 129 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||