|
| |
|
Слаботочка Книги фотосопротивления /?ф1 и Рф2 изменяются в равной степени. Вместе с тем мостовая схема весьма чувствительна к парафазным изменениям фотосопротивлений, связанным с действием оптических сигналов. Достаточно часто фоторезисторы используются как элементы бесконтактного (оптического) контроля или регулирования параметров и режима электронных приборов и устройств. Особенности такого применения фоторезисторов иллюстрируем на примере каскадов с биполярными транзисторами. В схемном варианте рис. 3.9,в изменение фотосопротивления в цепи входного сигнала позволяет контролировать и регулировать коэффициент усиления транзисторного каскада. В случае, представленном на рис. 3.9,г, использование фоторезистора дает возможность перестраивать статический режим транзисторной схемы. 3.2. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ОПТРОНОВ Даже в статическом режиме (без воздействия управляющих сигналов) электрическое состояние любого оптоэлектронного устройства непрерывно изменяется. Относительно медленный сдвиг рабочей точки устройства связан с временным дрейфом и температурными изменениями характеристик оптронов и других компонентов схемы. Возможны и резкие значительные нарушения режима устройства, обусловленные нестабильностью напряжения питания, большими электрическими перегрузками. При замене однотипных приборов проявляется технологическое различие (разброс) их параметров и характеристик, что также приводит к изменению электрического состояния устройства. Задачи стабилизации электрического режима оптронов возникают при проектировании оптоэлектронных устройств любого класса и назначения. Такая стабилизация в значительной степени гарантирует высокое ка- / чество работы устройства в различных эксплуатационных условиях и заметно облегчает прогнозирование и расчет показателей качества. Лишь тщательно стабилизированное оптоэлектронное устройство надежно застраховано от губительного воздействия больших электрических перегрузок. Разрабатывая приемы и схемы стабилизации режима оптронов, необходимо учитывать, что подобн1е техничг 1?0 ские задачи для полупроводниковых приборов с электрическим управлением решены достаточно полно и детально. Однако стабилизация режима по оптическим каналам является новым техническим приемом, не имеющим аналогов в полупроводниковой электронике. На рис. 3.10 представлены транзисторные схемы стабильного питания светодиодов. Компактный источник тока (рис. 3.10,а) строится по аналогии с известными схемными конфигурациями типа «отражатели тока». Стабильность таких схемных конфигураций, реализуемых по интегральной технологии, основана на идентичности параметров одинаковых по геометрии транзисторов, расположенных на подложке в непосредственной близости. Анализ схемы рис. 3.10,а в первом приближении несложен. Потенциалы баз транзисторов Т1 и Т2 одинаковы. Если транзисторы обладают идентичными характеристиками, то одинаковы и их базовые токи /б. Уровень /б=/п/(бт-2) зависит от тока /п в коллекторной цепи транзистора Т1 и от коэффициента усиления базового тока В этого транзистора. Ток проводимости светодиода фиксируется на уровне /св=б/(В+2)/„. Поскольку В>1, ток /св/п мало зависит от коэффициентов В, чем и объясняется стабильность возбуждения светодиода в рассматриваемой схеме. Если характеристики транзисторов существенно различаются (что типично, например, для дискретных при-  "2Г Рис. 3.10. Стабилизированные схемы постоянного питания светодиодов боров), то применение схемы рис. 3.10,а малоэффектий-но. В таких случаях лучшими техническими показателями обладает транзисторный стабилизатор тока [2], построенный по схеме рис. 3.10,6. Оба транзистора схемы действуют в нормальном активном режиме. Падение напряжения на эмиттерных р-«-переходах, смещенных в прямом направлении, четко определено и мало изменяется (например, для кремниевых приборов разность потенциалов Lco близка к 0,6 В). Поэтому фиксированы и токи /п1 и /п2 в цепях с резисторами R1 и R2. Анализируя статическое распределение токов в схеме на рис. 3.10,6, несложно показать, что уровень коллекторного тока, возбуждающего светодиод, определяется соотношением /cB=2(/n2+/ni/-8i); здесь коэффициенты А Vi В оценивают (как обычно) интегральные изменения коллекторного тока при управлении по эмиттерной и базовой цепям. Поскольку Sil, световой поток в схеме рис. 3.10,8 стимулируется определенным и фиксированным током hn-AI-al- Стабилизирующим фактором в устройстве по схеме рис. 3.10,6 является отрицательная обратная связь, действующая по базовым цепям транзисторов. Например, возможное увеличение тока /п2 п повышение уровня /св приводит к увеличению потенциала базы транзистора Т1. Коллекторный ток этого транзистора возрастает, а базовый ток транзистора Т2, уменьшаясь, «гасит» начальную нестабильность тока светодиода. Стабилизированный источник тока для постоянного питания светодиода [3] строится по схеме (рис. 3.10,8) * известного стабилизатора напряжения с последовательно включенным . регулирующим элементом. Датчиком возможных колебаний тока питания служит резистор R1, определяющий разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора Т2. Если напряжение Е возрастает, то увеличивается падение напряжения на рези- / сторе R1. Уровень коллекторного тока транзистора Т2 j повышается, что, в свою очередь, уменьшает эмиттерный и коллекторный токи регулирующего транзистора Т1. Разность потенциалов на коллекторном переходе транзистора Т1 возрастает и компенсирует начальное повышение напряжения питания Е. Ток проводимости светодиода в итоге процесса стабилизации заметно не изме- няется. Во многих практических случаях важно предусмо-1 Треть эффективную защиту излучателя от возможных электрических перегрузок. Несложной, но полезной технической мерой, надежно предохраняющей излучатель от пробоя, является включение низковольтного (германиевого или кремниевого) диода параллельно, но встречно светодиоду (рис. 3.11,а). При воздействии отрицательной полуволны входного напряжения ет{1) диод отпирается и фиксирует обратное напряжение светодиода в допустимых пределах - (0,3 ... 0,6 В). 
Рис. З.П. Схемы защиты светодиодов от электрических перегрузок Ограничение максимального тока в цепи со светодиодом эффективно осуществляется с помощью несложных транзисторных каскадов [3, 4]. В схеме, показанной на рнс. 3.11,6, параллельно светодиоду включена цепь коллектор-база биполярного транзистора. Разность потенциалов на управляющем (эмиттерном) переходе транзистора зависит от уровня тока проводимости /св излучателя. Если положительная разность потенциалов на резисторе /?б не достигает порога по напряжению Иэщ, ВАХ р эмиттерного р-/г-перехода, то транзистор закрыт и не влияет на распределение входного тока /р. При высоком уровне /св(>[/бэпр ?б) появляется базовый ток /б транзистора, а вместе с ним и коллекторный ток I-Bh, отбирающий часть входного тока /г в цепь с транзистором. В этом режиме изменение Ahs тока светодиода в зависимости от изменения А/г входного тока определяется соотношением А/св=А/г/(1-Ьу)> коэффициент у= =Нб1 {Яб + Явх) включает входное сопротивление транзисторного каскада по цепи база - эмиттер. Если Rbx< С/?б, то и ограничение тока проводимости /св наиболее эффективно: А/св=А/г/(1+5) (рис. 3.11,а). В схеме, представленной на рис. 3.11,г, функции ограничителя тока в цепи с излучателем выполняет составной каскад, построенный на транзисторах Т1 и Т2. Электрическая защита светодиода в этом случае действует так же, как в уже рассмотренно.м варианте (рис. 3.11,6); однако ток проводимости фиксируется на уровне [/бэ1пр ?б более четко. Если транзисторы Tl иТ2 отпираются, то при высокоомном резисторе изменение тока /св весьма невелико: А/св=А/г/[1(H-+s2)]<A/r. Схемы стабилизации электрического режима фотоприемников частично представлены ранее (в § 3.1), отметим каскады с низкоомной нагрузкой фотодиодов и фототранзисторов, где разность потенциалов на фотоприемнике мало изменяется в широком диапазоне управляющих сигналов. Следует, конечно, учитывать, что статическое положение рабочей точки фотоприемника в таких каскадах четко фиксировано, только если напряжение питания Ё каскада стабильно. В оптоэлектронных устройствах с относительно высокоомной нагрузкой определенные трудности возникают при стабилизации электрического режима фототранзисторов с «плавающей» базой, не имеющей электрического соединения с шиной фиксированного потенциала. Коллекторный ток неосвещенного фототранзистора •*ко=(1+в)/ко в десятки раз превышает обратный (тепловой) ток /ко коллекторного р-/г-перехода и с увеличением температуры существенно влияет на электрическое состояние фототранзисторного каскада. Если потенциал базы фототранзистора удается фиксировать, то положение его рабочей точки резко стабилизируется. В известной схеме (рис. 3.12,а) уровень потенциала базы определяется сопротивлением резисторов R3 и R4, эмиттерный и коллекторный фототоки в статическом режиме ограничиваются резистором R5. Положение рабочей точки фотоприемника в оптронной схеме рис. 3.12,а хорошо стабилизировано, если RsWRa < В ключевой схеме с общим эмиттером стабилизацию электрического режима фототранзистора несложно обес- 
Рис. 3.12. Стабилизация электрического режима фв-тотраизисторов  txoS, печить [5], используя в базовой цепи один резистор /?в (рис. 3.12,6). Эффект введения R наглядно иллюстри-, руется диаграммой на рис. 3.12,s, где представлены 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 |
|||||||||||||||||||||||