|
| |
|
Слаботочка Книги форматора (указанные на схеме рис. 6.20,а в кружках) могут иметь независимые заземления. Японские разработчики представили [35] полупро-. водниковый трансформатор с транзисторными оптрона-1 ми в качестве элементов гальванической развязки. Такое оптоэлектронное устройство может использоваться} в аппаратуре связи вместо трехобмоточных электрических трансформаторов. Оптоэлектронный трансформатор повышает мощность передаваемых сигналов; высшая граничная частота прибора достигает 100 кГц. Эатдор СД <РТ 1 Rh Затвор к-я фотоячей-на  - а) Рис. 6.21. Оптрон-кнопка (а) и оптоэлектронный переключатель пределов измерений (б) Введение оптических звеньев резко повышает надежность срабатывания и долговечность кнопочных и клавишных переключателей [36, 37]. Оптрон-кнопка (рис. 6.21,а) содержит постоянно возбужденный светодиод, оптически связанный с фототранзистором. В свою очередь, фототранзистор и биполярный транзистор являются основой триггера с эмиттерной связью. Оптическая связь излучателя и приемника может регулироваться непрозрачной шторкой - затвором. Если затвор не прерывает поток света, то фототранзистор насыщен, а выходной транзистор триггера закрыт; тем самым имитируется размыкание (холостой ход) кнопки. Если затвор введен в оптопрерыватель, то триггер переключается и транзистор фиксируется в режиме насыщения; в результате оптрон-кнопка замыкает внешнюю электрическую цепь. Очевидно, что подобные переключатели не являются универсальными и ориентированы, как правило, на специальные применения. Оптоэлектронная кнопка, в частности, предназначена для взаимодействия со стандартными ТТЛ-микросхемами, 256 I/ 1 Многоканальный опти*1еский переключатель предёлбй измерений [37] успешно заменяет электромеханический переключатель в спектроанализаторе с верхней граничной частотой 5 МГц. Прибор состоит из двух секций (рис. 6.21,6). В одной секции пять последовательно соединенных светодиодов СЦ1... СД5 жестко фиксированы на рамке с электрическими выводами. В другой секции пят<ь фотодиодов ФД1... ФД5 и пять составных транзисторов Т1.. .Т5 соединены в каждой фотоячейке по схеме рис. 6.21,6 и также смонтированы на рамке с электрическими выводами. Затвор, расположенный между двумя решетками, обеспечивает селективную засветку фотоячеек. Лишь освещенная ячейка замыкает цепь нагрузки. Переключатель предназначен для применения с КМОП-логическими микросхемами. Высокими техническими показателями обладают полупроводниковые потенциометры и переменные резисторы с оптическим управлением [38]. Оптоэлектронные потенциометры компактны, технологичны, долговечны. Плавное, дистанционное, малоинерционное изменение фотосопротивления по оптическому каналу не связано к тому же с «паразитным» фоном (шумом, потрескиванием), характерным для электромеханических потенциометров. Без принципиальных затруднений удается организовать перестройку фотосопротивления по любому функциональному закону. 6.5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ В энергетическом режиме оптроны используются в качестве вторичных источников ЭДС и тока. КПД оптронных преобразователей энергии невелик. Однако возможность введения дополнительного источника напряжения или тока в любую цепь устройства без гальванической связи с первичным источником питания дает разработчику новую степень свободы, особенно полезную при решении нестандартных технических задач. В энергетическом режиме успешно функционируют диодные оптроны, а также транзисторные, но, как правило, в диодном включении. Принцип использования диодного оптрона в качестве вторичного источника ЭДС <§ф наглядно иллюстрируется рис. 6.22,а и 6. ВАХ освещенного фотодиода существенно сдвинута в область отрицательных (обратных) токов /ф; поэтому на выводах разомкнутого фотоприемни- ка (при /ф=0) действует положительная разность потенциалов (фото-ЭДС) <§ф. Во многих практических случаях (особенно при сопряжении оптронных источников тока с каскадами на кремниевых биполярных транзисторах) уровень <§ф= =0,3...0,4 В явно недостаточен. Целесообразно соединение однотипных фотоприемников по схеме рис. 6.22,в. Уровень выходного тока /y=Kilc-B при этом сохраняется на прежнем уровне (см. рис. 6.22,6); однако диапазон допустимых значений /?ндоп и <§фдоп заметно (пачти вдвое) расширяется (рис. 6.22,г).  -1 /7/79 I-О-1 ОД 2 В]  .г.-1 I-1 У Ru < Рис. 6.22. Диодные и транзисторные оптроны в энергетическом режиме Схемы с транзисторными оптронами, действующими в качестве вторичных источников ЭДС или тока, представлены на рис. 6.22,(3 и е. И в том и в другом случае используется диодное включение фототранзистора (с «оборванным» эмиттером в схеме рис. 6.22,(5 и с короткозамкнутой цепью коллектор- эмиттер в схеме на рис. 6.22,е). 258 9> Во многих практических схемах (частично рассмотренных выше) управление устройствами осуществляется только по оптическим каналам (без привлечения источников электрической энергии). По существу, в таких схемах оптроны действуют как вторичные источники напряжения или тока (импульсного или постоянного). Показательным примером в этом плане могут служить аналоговые оптронные ключи (детально рассмотренные в § 5.4). Питание входной цепи интегрального транзисторного прерывателя в таких ключах осуществляется фотодиодами, действующими в качестве генератора тока /ф [39]. Нагрузкой источников фототока являются коллекторные переходы транзисторов, смещаемые в прямом направлении. усилителю Рис. 6.23. Оптронные источники ЭДС и тока в полупроводниковых схемах ВхоВ о- ФЩ СДЗ Выход \ФТ1  В известной мостовой схеме симметричного смесителя (рис. 6.23,а), применяемой в стробоскопических осциллографах, фотодиод генерирует небольшой ток, смещающий диоды моста в прямом направлении, чем и достигается заметное повышение чувствительности смесителя К импульсным воздействиям. Интересные возможности применения оптронов в энергетических целях отмечены в сообщении [40]. В схеме, показанной на рис. 6.23,6, питание входного светодиода СД1 в статическом режиме обеспечивается постоянно освещенными фототранзисторами ФТ2 и ФТЗ. Такой способ предварительного возбуждения излучателя по каналам, гальванически не связанным с источниками электрической энергии, оказывается одинаково полезным и в цифровых и в аналоговых оптоэлектронных устройствах. Схема рис. 6.23,в используется для включения тиристора. В исходном состоянии излучатели СД2 и СДЗ возбуждены постоянным током /п, освещенные приемники ФТ2 и ФТЗ генерируют фото-ЭДС и в совокупности с конденсатором большой емкости действуют как источник неизменного напряжения положительной полярности Яф. Входной импульс по оптическому каналу с излучателем СД1 переводит фототранзистор ФТ1 ъ режим насыщения и замыкает цепь с источником Еф на управляющий электрод тиристора. К разряду оригинальных энергетических применений оптронов можно отнести и схему оптоэлектронного формирователя временнйх меток, предназначенного в первую очередь для самопишущих приборов [41]. Формирователь содержит п транзисторных оптронов. Хронирующий ключ периодически соединяет цепи светодиодов с источником постоянного напряжения. Освещаемые фототранзисторы генерируют сигналы напряжения, достаточного для отклонения пера самописца. Успешно используются фотодиоды для питания инжекционных (WJl) микросхем [17] и приборов с зарядовой связью [42]. 6.6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ Оптроны успешно и эффективно действуют на стадиях получения, передачи, отображения информации. Вместе с тем специальной функциональной нагрузки, ориентированной на переработку информации, оптроны в подобных случаях, как правило, не выполняют. Однако использование дополнительных (оптических) каналов управления и связей существенно (количественно и качественно) обогащает функциональные ресурсы оптоэлектронных приборов и устройств. Поэтому применение оптронов и оптронных микросхем для переработки 260 (в первую очередь, преобразования и хранения) инфвр-мации возможно и целесообразно [43]. Резисторные оптроны в несложных схемных комбинациях четко выполняют разнообразные аналоговые операции с медленно изменяющимися электрическими сигналами. Характерным примером в этом плане может служить оптоэлектронное устройство, осуществляющее умножение аналоговых величин [44]. Принципиальная электрическая схема умножителя представлена на рис. 6.24. Один из сомножителей моделируется сигналом напряжения Ux, воздействующим на светодиоды. Другой е- -1 DPI L-: L J\. Вы, Выход о , Рис. 6.24. Оптоэлектронный умножитель аналоговых - величин сомножитель генерируется источником напряжения Му, включенным в диагональ моста с фоторезисторами. Сигнал Uz на входе линейного усилителя должен быть про-\ порционален произведению UxUy. Если Мл:=0, ТО резисторный мост сбалансирован и «г=0 при любом значении %. Такой баланс достигается, если сопротивления фоторезисторов (при «=0) и резисторов R3, R4 одинаковы; будем полагать их равными Яф. При воздействии сигнала Ux токи светодиодов изме- няются в противофазе, сопротивления фоторезис+оров / становятся различными: Рф{их)=Яф[1 ± b(Ux)], что приводит к разбалансу моста. Для малого уровня Ux I наблюдается линейная зависимость 8 {Ux)=aux. В этом режиме сигнал на входе усилителя определяется соотношением и, = - 2au,Uy [4 - Ь {и,)]. (6.5) ( Если 5j(uX2, то Ug=-0,5auxUy. (6.5а) 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 |