|
| |
|
Слаботочка Книги Выделяя наиболее важные свойства спусковых оптоэлектронных схем (рис. 4.14, 4.15), естественно под-: черкнуть, что их основные функции (амплитудная селекция, пересчет, формирование импульсов, накопление и хранение информации) аналогичны функциям, которые выполняют однотипные спусковые схемы с электрическим управлением. Вместе с тем введение оптронов открывает новые помехоустойчивые каналы бесконтактного оперативного управления или ввода информации, что существенно расширяет функциональные возможности импульсных устройств (рис. 4.14, 4.15). Достаточно  Упр.  ВхаЯ Рис. 4.16. Генераторы импульсов с оптическим управлением высокое быстродействие регенеративных транзисторны)] схем с оптическим управлением оказывается полезны» при сопряжении оптронных датчиков среднего быстро! действия с малоинерционной микроэлектронной тех никой. Способность оптронов эффективно, но бесконтактнс] воздействовать на электрическое состояние устройстве успешно используется в транзисторных генераторах дл5 перестройки в широких пределах импульсных и частот- ных характеристик. В блокинг-генераторе (рнс. 4.16,а) период следования выходных импульсов изменяется по -оптическому каналу. При увеличении мощности свето-излучения возрастает базовый ток фототранзистораа а следовательно, снижается порог включения устройст-1 ва. По этой причине длительность паузы между нмпуль! сами на коллекторе закрытого фототранзистора, а с нея и период автоколебаний блокинг-генератора заметнс! уменьшаются. По данным [22], при повышении тока проводимости светодиода, оптически связанного с фото-190 /транзистором в схеме рис. 4.16,а, от О до 14 мА период следования выходных импульсов изменился более чем в 12 раз. В генераторе пилообразного напряжения [26], построенном по схеме рис. 4.16,6, оптроны выполняют две важные функции. Транзисторный оптрон действует как регулирующий ключ: зарядка конденсатора происходит прп закрытом фототранзисторе, разрядка этого конденсатора достигается включением и последующим насыщением фототранзистора. Диодный оптрон используется в качестве источника неизменного фототока /ф, заряжающего конденсатор по линейному закону: Uc{t) =  Рис. 4; 17.-Высоковольтный оптоэлектронный ключ Согласно [26] нелинейность динамической характеристики Uc{t) в пределах от 0,5 до 15 В для генератора с диодным оптроном типа ЗОД101 (при фототоке /ф= =100 мкА) не превышает 1%. Скорость формирования линейно нарастающего напряжения Uc{t) удобно регулировать по оптическому каналу, изменяя уровень тока проводимости /св! излучателя: dUс jdt=KiIсы IС. - Акцентируя внимание на технических достоинствах высоковольтных оптронов, подчеркнем, что такие (электрически прочные) оптоэлектронные приборы способны обеспечивать эффективную связь ключевых устройств, действующих при весьма различных потенциалах. Обоснованное предпочтение в подобных случаях отдается тиристорным оптронам. Схемный вариант высоковольтного оптоэлектронного ключа [27] представлен на рис. 4.17. В устройстве ис- пользуются тиристорный оптрон с напряжением пробоя выходной (фототиристорной) цепи, равным 600 В, и составной транзисторный оптрон Т2, способный в режиме насыщения транзисторов пропускать токи, достигающие сотен миллиампер. Фототиристор переключает ток в цепи с источником постоянного напряжения 2=50 ... 400 В. Управление фототиристором осуществляется по двум каналам: оптическому и электрическому. Если входной сигнал фиксирует транзистор Т1 в режиме насыщения, то напряжение на коллекторе этого транзистора оказывается весьма небольшим, а выходной потенциал усилителя-инвертора [У) сохраняется на высоком уровне. При таком распределении потенциалов на катодах светодиодов ток /п замыкается по цепи с излучателем тиристор-ного оптрона, а излучатель транзисторного оптрона закрыт. Фототиристор, оптически связанный с излучающим светодиодом, переключается в прямом направлении. Выключение фототиристора обеспечивается по электрической цепи с помощью составного транзисторного оптрона. На стадии выключения входной сигнал запирает транзистор Т1\ коллекторный потенциал этого транзистора резко повышается и излучатель оптрона закрывается. Напряжение на выходе усилителя-инвертора У снижается, и ток /п переключается в цепь с излучателем оптрона. Освещаемый фототранзистор, а также транзистор Т2 оказываются в режиме насыщения и закорачивают управляющий электрод фототиристора на шину нулевого потенциала. Длительность такого выключения фототиристора, по данным [27], составляет 5 ... 10 мкс. Оптоэлектронные переключатели эффективно используются в управляемых источниках питания переменного тока. Один из наиболее распространенных схемных вариантов управляемого источника представлен на рис. 4.18. Схема содержит стандартные для устройств подобного типа элементы: мощный выходной "переключатель-триак, мостовой диодный преобразователь и управляющий тиристор малой или средней мощности. В качестве входного элемента гальванической развязки используется транзисторный оптрон. Высоковольтные оптоэлектронные переключатели по основным техническим показателям успешно конкури- руют с электромагнитными реле. Ул<е к настоящему времени оптоэлектронные реле заметно превосходят электромагнитные аналоги по надежности, долговечности, помехоустойчивости. Детальнее вопросы эффективной  Рис. 4.18. Коммутатор высоковольтных цепей с оптическим управлением замены электромагнитных реле оптронными рассматриваются в § 6.4. 4.5. УСТРОЙСТВА С ОПТИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ СИГНАЛОВ Оптроны способны осуществлять устойчивую связь электрических цепей неограниченно долго в строго определенном направлении. Используя это важное и полезное свойство, несложно организовать систематическую регенерацию сигналов в весьма простых микроэлектронных каскадах. Такие каскады служат основой для построения оптоэлектронных генераторов и триггеров различного назначения. Действие положительных обратных связей по каналам с резисторнымп оптронами детально изучено [28]. Достигнуты определенные успехи в проектировании и реализации регенеративных микросхем с резисторнымп оптронами [29]. К сожалению, технические возможности и ресурсы таких микросхем существенно ограничены невысоким быстродействием и нестабильностью характеристик резисторных оптронов. Большие перспективы естественно связывать с использованием в регенеративных микросхемах малоинерционных диодных и транзисторных оптронов. Основные свойства микросхем с оптической регенерацией сигналов удается наглядно представить, анализируя их ВАХ. Электронное устройство, охваченное достаточно глубокой положительной обратной связью, обладает ВАХ с падающим участком: в области падающего участка ВАХ дифференциальное сопротивление Uby -*-/nc 
Рис. 4.19. Оптоэлектронные схемы с S-образными вольт-амперными характеристиками устройства отрицательно. Наличие падающего-участка, в свою очередь, отражает способность устройства усиливать и генерировать электрические сигналы, а также запоминать и хранить информацию. Исследуем механизм возникновения падающего участка на ВАХ несложного каскада, иредставленпого на рис. 4.19,0!. Во входной цепи каскада действуют из- лучатель и резистор. В цепь положительной обратной J94 связи включены фотоприемник, взаимодействующий с излучателем по оптическому каналу, и усилитель фототока. Таким образом, ток обратной связи 1oc=KiKy1cb зависит от коэффициента передачи Ki диодного оптрона и коэффициента усиления Лу звена усилителя. Разность входных потенциалов Uьи=иc-bUос распределяется между светодиодом и резистором, причем падение напряжения на резисторе Uoc=(l~KiKy)RIbx существенно зависит от тока обратной связи /ос. При достаточно глубокой обратной связи (KiKyyi) разность потенциалов Ос становится отрицательной. На рис. 4.19,6 отражено влияние отрицательного уровня Uoc на входную характеристику Ibx(Ubx) схемы рис. 4.19,а. Несложное графическое построение показывает, что в данном случае искомая ВАХ обладает четко выраженным падающим участком. Действие положительной обратной связи пресекается, если напряжение Uoc на уровне Un стабилизируется, что может быть обу-~ словлено, в частности, режимным ограничением усилительных возможностей звена У. Поэтому схема рис. 4.19,а при относительно больших токах 1вх>1п теряет отрицательное сопротивление. ВАХ подобного типа относятся к S-образным. Простейшей реализацией рассмотренной схемы может быть каскад (рис. 4.19,s) с транзисторным усилителем фототока: Ку=В. Каскад обладает отрицательным входным сопротивлением, если коэффициент усиления базового тока Byl/Ki; например в варианте Ki=2% следует применять транзистор с S>50. Если потенциал эмиттера равен -Е, то при насыщении транзистора потенциал Uoc фиксируется на отрицательном уровне, близком к -Еэ. В этом случае падающий участок ВАХ сдвигается в область отрицательных напряжений Ux (рис. 4.19,г). Каскад на рпс. 4.19,s обладает двумя состояниями устойчивого равновесия М и N, если источник питания создает небольшую ЭДС Е (ниже порогового напряжения светодиода), а линия нагрузки, определяемая сопротивлением резистора Rn, пересекает ВАХ /вх= =ф(/вх) в трех точках (рис. 4.19,), состояние равновесия Q неустойчиво. Транзисторный каскад с оптическим каналом положительной обратной связи, представленный на рис. 4.20,а, также обладает ВАХ с отрицательным элек-13* 195 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 |