8.1.2 Генератор линейно изменяющегося напряжения

Схема ГЛИН изображена на рис. 8.2. Длительность рабочего (прямого) хода t_p выходного напряжения задается открытым состоянием диодного оптрона O₁, длительность обратного хода – разрядом конденсатора С через транзисторный оптрон О₂. Амплитуда выходного напряжения составляет примерно U_п. Таким образом, для расчета t_р имеем из схемы (рис. 8.2, б)

t_р=U_п C/k₁I_вх, (8.6)

где k₁ – коэффициент передачи О₁ по току.

В диапазоне напряжений (0,5÷15) В изменение тока фотодиода для современных оптронов составляет (0,2÷1) мкА. Включение в цепь базы транзистора О₂ резистора R позволяет регулировать длительность обратного хода ГЛИН, что используется для получения импульсов треугольной формы.

а б

Рис. 8.2. Оптронный генератор линейно изменяющегося напряжения:

а-схема, б-диаграмма работы.

8.1.3 Генератор с мостом Вина

Схема генератора с мостом Вина приведена на рис. 8.3. Устройство содержит операционный усилитель DA и полосовую фазирующую цепь, состоящую из конденсаторов С и фоторезисторов R_ф. На частоте генерации полосовая фазирующая цепь вносит нулевой фазовый сдвиг, а подключение ее к неинвертирующему входу ОУ обеспечивает выполнение баланса фаз. Баланс амплитуд обеспечивается элементами цепи отрицательной обратной связи: резисторами R2 и R1. Если отношение сопротивлений указанных элементов равно затуханию фазирующей цепи на частоте генерации A₀, то устройство генерирует колебания синусоидальной формы.

Рис. 8.3. Схема оптоэлектронного генератора с мостом Вина

Если , то устройство генерирует колебания прямоугольной формы.

Частота колебаний зависит от сопротивлений фоторезисторов, управляемых прямым током, протекающим через светодиод VD

. (8.7)

8.2 Применение оптоэлектронных приборов в аналоговых ключах и регуляторах

К областям применения аналоговых оптронов можно отнести использование их в широкополосных трансформаторных устройствах, в усилителях различных сигналов, в аналоговых ключах и регуляторах. Схема простого усилителя и аналогового ключа на основе оптрона, обеспечивающего электрическую развязку от остальной части схемы, изображена на рис. 8.4. Входной сигнал, подаваемый на вход оптрона, после преобразования в излучение попадает на базу фоторезистора, осуществляя тем самым управление амплитудой тока на выходе оптопары и напряжением на сопротивлении нагрузки R_н. Коэффициент передачи всего устройства определяется значением к₁ используемого транзисторного оптрона. Если на вход светодиода подать запирающее напряжение U_упр, то коммутация аналогового сигнала происходить не будет (состояние выключено).

Рис. 8.4. Пример применения оптронов в аналоговом устройстве

К светодиоду прикладываются отпирающее напряжение смещения и напряжение коммутирующего сигнала (состояние включено).

Электронный регулятор и ключ потенциометрического типа может быть выполнен по схеме рис. 8.5. Здесь используется диодно-резисторный оптрон. Фоторезистор используется в качестве сопротивления управляемого световым потоком светодиода. Коэффициент передачи определяется по формуле . При U_упр = 0 коэффициент передачи близок к нулю.

В аналоговых устройствах используют диодные и резисторные, а так же (в некоторых случаях) транзисторные оптопары. Требования к аналоговым оптронам определяются конкретными условиями их применения и поэтому общего критерия качества, подобного тому, который имеет место в случае цифровых оптронов (добротности), для них нет.

Рис. 8.5. Схема электронного регулятора и ключа потенциометрического типа

В то же время для сохранения формы передаваемого сигнала желательна линейность передаточной характеристики (постоянство к₁ в достаточно широком диапазоне токов). Этому требованию в наибольшей мере отвечают диодные оптроны, хотя у них интервал значений I₁, при которых к₁, постоянен, не слишком велик. Так, например, у оптопары АОД 101 даже при ее термостатировании передача аналогового сигнала с нелинейностью менее 2% осуществляется лишь при двух-трехкратном изменении I₁.

Сказанное означает, что при проектировании аналоговых устройств, использующих оптроны, необходимо предусматривать дополнительные меры по линеаризации передаточной характеристики. В этой связи перспективным является применение дифференциальных оптронов (с одним излучателем и двумя фотоприемниками), у которых коэффициент передачи по току между излучателем и первым фотоприемником, а также между излучателем и вторым фотоприемником одинаковы, причем в равной мере меняются в зависимости от условий работы (Т, I₁, U₁). Фотоприемники включены таким образом, чтобы при подаче сигнала входной ток одного из них увеличивался, а другого в той же мере уменьшался. Увеличение к₁, первого канала оптрона примерно компенсируется уменьшением к₁ второго, а общая передаточная характеристика оптопары выравнивается.

Принципиальная схема оптоэлектронной ИМС К249КН1 приведена на рис. 9.6. Микросхема предназначена для коммутации аналоговых сигналов. Она содержит два диодных оптрона и электронного ключа на транзисторах VT1 и VT2, выходы которых включены встречно последовательно для уменьшения остаточного напряжения до величины 0,1 мВ. При протекании прямого тока через светодиоды CD1 и CD2 возникает световой поток, воздействующий на фотодиоды ФD1 и ФD2, работающие в фотогальваническом режиме.

Рис. 8.6. Принципиальная схема оптоэлектронной ИМС К249КН1

Фотодиоды включены последовательно с целью формирования суммарной фото-ЭДС, достаточной для надежного открывания биполярных транзисторов в состоянии «включено». В этом случае биполярные транзисторы имеют низкие значения выходного сопротивления и коммутирующее напряжение U_вх с малым затуханием поступает в нагрузку ключа.

Если управляющее напряжение отсутствует, светодиоды свет не излучают и, следовательно, фото-ЭДС равна нулю, биполярные транзисторы находятся в закрытом состоянии; а ключ обеспечивает состояние «выключено». Микросхема выполнена по гибридно-пленочной технологии т.к. светодиоды невозможно изготовить с использованием кремниевой технологии полупроводниковых ИМС.