5.Расчет мощности, приходящей на фотодиод, и максимального тока фотодиода.
Расстояние между светодиодом и решеткой 2 мм, между фотодиодом и решеткой – 1 мм, толщину решетки не учитываем.
По данным светодиода диаграмма направленности =50 градусов, при мощности 10 мВт.
Площадь, облучаемая светодиодом на
расстоянии 2 мм, равна
при мощности 10 мВт.
Иллюстрация расчета на рис. 4
рис.4
Через решетку проходит половина мощности, т.к. ширина полосок и щелей одинакова и равна 10 мкм.
Диаметр фотодиода
,
площадь фотодиода
,
чувствительность - 0.6 А/Вт,
.
Следовательно, на фотодиод попадает мощность
;
=5
мВт при
.Найдем
ток фотодиода:
График изменения мощности в фотодиоде на рис.5
Период равен 40 мкм.
рис. 5
График изменения тока на фотодиоде на рис. 6
Рис. 6
6.Разработка и расчет преобразователя ток-напряжение.
При облучении фотодиода потоком света мощностью 2.697 мВт фотодиод выдает ток 1.6232 мА на нагрузку 2 кОм.
Напряжение, выделяемое на нагрузочном резисторе
U=2*1.6232=3.2464 В.
Выходное сопротивление фотодиода 2кОм.
Применим классическую схему усилителя с сопротивлением в цепи обратной связи.
Примем сопротивление обратной связи
, тогда Umax=2*1.6232=3.2464
В.
Umin=2*5*10-9=10-8 В.
Преобразователь ток-напряжение показан на рис. 7
R2
I2
-5 В VD
U1
Iфд1
R3 DA
Рис. 7
Графики изменения напряжения на преобразователе ток-напряжение показаны на рис.8:
Рис.8
7.Разработка и расчет компаратора.
На входе компаратора присутствуют импульсы треугольной формы, поэтому примем уровень его срабатывания по уровню половинного напряжения, тогда на выходе его будут импульсы прямоугольной формы, что необходимо для работы логических микросхем.
Uсраб=
,
где 0,1 В-помеха.
Uотн=
=1,5232;
Uпомехи=50 мВ, Rн=4
кОм, Rндоп=2 кОм;
Еп=±10 В.
Определим сопротивление R2.
Для сопротивлений должно выполняться следующее неравенство:
R2/Rн≥Rндоп+Rн*Rндоп, откуда получим
R2≥
Пусть R2=6 кОм.
Запишем уравнения для напряжений:
ед=Uвх+- Uвх-=0; Uсраб= Uвх++; Uотп= Uвх+-;
Uвх++=
;
Uвх-+=
;
Тогда,
Uсраб-Uотп=
Uвх++-
Uвх+-=
=>
Uсраб-Uотп=
=0,1,
или
Получим 20R1=0,1R1+0,6=> 19,9R1=0,6=>R1=0,03 кОм.
Определим Есм.
Uсраб=
Uвх++=
+
1,7232
=>
=1.7232
=>
=>
Eсм=1,681
Определим R3 из равенства проводимостей по инвертирующему и неинвертирующему входам:
1/R3=1/R1+1/(R2+Rн), или 1/R3=1/0,03+1/(6+4). R3=0.0299 кОм
К
омпаратор
показан на рис. 9
Графики изменения напряжения на компараторе показаны на рис. 10
Рис.10
Будем реализовывать счет на основании следующих выражений:
Движение вверх: +X :
U̅к2*Uк1 +Uк1*Uк2 +Uк2*Uк1 +U̅к1*Uк2
Движение вних: -x:
U̅к1*Uк2 +Uк2*Uк1 +Uк1*Uк2 +U̅к2*Uк1
Графики изменения Uк1 и Uk2 показаны на рис. 11
Рис. 11
Схема реализации счета представлена на рис. 12
Рис. 12