RU1788569C - Оптоэлектронный усилитель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аналоговой оггтоэлектронной технике и может быть использовано в измерительной технике, в частности в измерительных оптоэлектронных усилител х, а также в системах передачи информации. Цель изобретени  - повышение линейности и точности преобразовани  светового сигнала в электрический путем компенсации нелинейности передаточной характеристики первого фотодиода. Устройство содержит первый и второй фотодиоды 1 и 2, первый и второй резисторы 3 и 4, неинвертирующий усилитель тока 5, первый и второй транзисторы б и 7, резисторы 8 и 9 делител  напр жени , операционный усилитель 10. Цель обеспечиваетс  за счет встречно-параллельного включени  первого и второго фотодиодов 1 и 2. Если одновременно воздействовать двум  световыми потоками на фотодиоды 1 и 2, то процесс преобразовани  сводитс  к вычитанию их фототоков, при равенстве световых потоков и идентичности характеристик фотодиодов 1 и 2 обща  нагрузочна  характеристика будет линейной. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к аналоговой оптоэлектронной технике и может быть использовано в измерительной технике, в частности , в измерительных оптоэлектронных усилител х, а также в системах передачи информации, бесконтактных датчиках процессов и объектов, в разв зывающих усилител х .

Известен оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, операционный усилитель , инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора p-n-р структуры, а неинвертирующий вход - с коллектором второго основного транзистора n-p-п структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напр жени , первый и второй дополнительный транзистор разной структуры в диодном включении, неинвертирующий усилитель тока и резистор обратной св зи; причем основной и дополнительный транзисторы одной структуры включены по схеме отражател  тока.

Недостатком данного устройства  вл етс  высока  нелинейность преобразовани  световой энергии в электрическую на начальном и конечном участках передаточной характеристики фотодиода и, как следствие , низка  точность и высока  нелинейность преобразовани  светового сигнала в электрический дл  оптоэлектрон- ного усилител  в целом.

Целью изобретени   вл етс  повышение линейности и точности преобразовани  светового сигнала в электрический путем компенсации нелинейности передаточной характеристики фотодиода.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в оптоэлектронный усилитель, содержащий первый фотодиод, первый и второй транзисторы противоположной структуры, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором втором транзистора, делитель напр жени , включенный между коллекторами первого и второго транзисторов, а также неинвертирующий усилитель тока, включенный между отводом делител  напр жени  и базой первого транзистора, причем между выходом операционного усилител  и базой второго транзистора включен резистор обратной св зи, первый фотодиод включен между базами первого и второго транзисторов, эмиттеры которых подключены к соответствующим типам источника питани , введены второй фотодиод, включенный встречно-параллельно первому фотодиоду, и первый и второй резисторы , включенные между базами первого и второго транзисторов и общей шиной соответственно .

На фиг, 1 представлена принципиальна  электрическа  схема оптоэлектронного усилител ; на фиг. 2 - вольт-амперные характеристики (ВАХ) фотодиода 1 (крива  1- 1) и фотодиода 2 (крива  2-2). При идентичности фотодиодов ВАХ1 и ВАХ2 совмещаютс  при повороте на 180° ВАХ одного фотодиода.. .

Оптоэлектронный усилитель содержит фотодиоды 1 и 2, два активных резистора 3 и 4 нагрузки, неинвертирующий усилитель 5

тока, транзисторы 6 и 7 противоположной структуры, резисторы 8 и 9 делител  напр жени , операционный усилитель 10, резистор 11 обратной св зи. Инвертирующий вход операционного усилител  соединен с

коллектором первого транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора противоположной структуры, причем между коллекторами транзисторов включен делитель напр жени , между отводом которого и базой первого транзистора включен неинвертирующий усилитель тока. Между выходом операционного усилител  и базой второго транзистора включен резистор обратной св зи. Два включенных

встречно-параллельно фотодиода и два активных резистора нагрузки, включенные симметрично между фотодиодами и общим проводом, соединены с базами транзисторов .

Оптоэлектронный усилитель работает следующим образом. ..

Полагаем, что транзисторы обладают идентичными характеристиками, в частности , у них одинаковые вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов и коэффициенты усилени  базового тока.

Поскольку токи во входных цеп х транзисторов будут измен тьс  в меньших пределах , чем фототек 1, 2, то фототек  вл етс 

преобладающим. Зависимость фототока от напр жени , как показано на фиг. 2,  вл етс  нелинейной функцией.

При работе только с одним из фотодио- .дов с увеличением светового потока рабоча  точка смещаетс  по характеристике р сторону большей нелинейности, что приводит к увеличению нелинейных искажений (точка А дл  первого фотодиода или точка В - дл  второго фотодиода).

Дл  снижени  нелинейных искажений необходимо работать одновременно с двум  фотодиодами. При одновременном воздействии двум  световыми потоками

Ф| и Фг на фотодиоды процесс преобразовани  сводитс  к вычитанию фототока 1фи 1 При равенстве световых потоков Ф| и идентичности характеристик фотодиодов обща  нагрузочна  характеристи1 ка будет линейной, а снимаемое напр жение будет определ тьс  выражением 0 R -Si 4Ро где - R - активный резистор нагрузки, Si - токова  чувствительность фотодиода , Р - мощность светового потока, падающего на фотодиод.

Эти сигналы поступают на вход операционного усилител  и усиливаютс .

Таким образом, создание линейной нагрузочной характеристики за счет встречно- параллельного включени  фотодиодов и активных (линейных) резисторов значительно уменьшают нелинейные искажени  и повышают точность преобразовани  световой энергии в электрическую.

При необходимости, изменением интенсивности световых потоков, падающих на фотодиоды, можно изменить траекторию рабочей точки..

Так, например, если потоки Ф1 и Фг во времени периодичны по интенсивности и имеют определенный сдвиг по фазе (например , 90°), то в этом случае траектори  рабо- чей точки примет форму эллипса, больша  ось которого совпадает с линией нагрузки 3-3).

В данном случае характеристика преобразовани  и усилени  фотосигналов сохра

н ет линейность во всем динамическом диапазоне, а крутизна (S Аи/ДФ) в у2 раз выше характеристики преобразовани  при работе с одним фотодиодом, что подтверждаетс  экспериментально.

5

5 0

5

0

5

0

Достигаема  линейность преобразовани  светового сигнала в электрический по- звол ет исключить специальные схемы и методы линеаризации передаточной характеристики сквозного измерительного канала , что позвол ет сократить объем необходимого аналогового оборудовани  и цифровых схем за счет исключени  алгоритмов и программ линеаризации характеристик .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптоэлектронный усилитель, содержащий первый фотодиод, первый и второй транзисторы противоположной структуры, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора, делитель напр жени , включенный между коллекторами первого и второго транзисторов, а также неинвертирующий усилитель тока, включенный между отводом делител  напр жени  и базой первого транзистора, причем между выходом операционного усилител  и базой второго транзистора включен резистор обратной св зи, первый фотодиод включен между базами первого и второго транзисторов, эмиттеры которых подключены к соответствующим шинам источника питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  линейности и точности преобразовани  светового сигнала в электрический путем компенсации нелинейности передаточной характеристики первого фотодиода, введен второй фотодиод , включенный встречно-параллельно первому фотодиоду, и первый и второй резисторы, включенные между базами первого и второго транзисторов и общей шиной соответственно..

   -f

   J Л

   и.г