Фотомодулятор Советский патент 1981 года по МПК H03K3/281 

(54) ФОТОМОДУЛ Я ТОР

1

Изобретение относится к контроль ио-измерительной, импульсной и преоб разовательной технике и может быть изпользовано в контрольной, измерительной и цифровой аппаратуре.

Известны преобразователи частоты, построенные на основе транзисторного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями с двумя конденсаторами, с двумя транзисторами в разрядных цепях (биполярными, МОП-транзисторами) , в базовых цепях которых находятся фотоэлементы, с одним или некольтми источниками постоянного тока Щ

Недостатком таких устройств является низкая термостабильность, нелинейнрсть преобразования, значительное число используемых элементов (фотоэлементов, источников постоянного тока). ,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ;фотомодулятор, содержащий мультивибратор на транзисторах с двумя времязадающими конденсаторами в коллекторно-базовых цепях и с двумя токостабилизирующими транзисторами в базовых цепях, с двумя транзисторами в коллекторной нагрузке трайзисто.ров противоположного им типа проводимости и с двумя дополнительными полевыми транзисторами, истоки которых подсоединены к базам транзисторов в коллекторной нагрузке ключевых транзисторов, а стоки-; к эмиттерам транзисторов и к минусовой шине источника питания 2.

Недостатком устройства является невысокая термостабильность, нели0нейность преобразования и наличие дополнительного источника питания.

Цель изобретения - увеличение термостабильности и линейности преобразования.

5

Поставленная цель достигается тем, что в фотомодулятор, содержащий Myjibтивибратор на транзисторах с двумя времязадающими конденсаторами в коллекторно-базовых цепях и с двумя то0костабилизирующими полевыми транзисторами в базовых церях, с транзисторами в коллекторной нагрузке транзисторов противоположного им типа проводимости, с двумя дополнительными по5левыми транзисторами, истоки которых подсоединены к базам транзисторов в коллекторной нагрузке транзисторов, а стоки - к эмиттерам транзисторов и к минусовой шине источника питания,

0 введены два разря(ных полевых транзистора, два термостабилизирующих полевых транзистора, два термокомпен сирующих транзистора одного типа про водимости с транзисторами мультивибратора, два дополнительных конденсатора, последовательно соединенные стабилитрон, варистор, фотодиод, при этом затворы всех полевых транзисторов, кроме затворов термостабилизирующих полевых транзисторов, подсоединены, к катоду фотодиода, анод которого соединен с минусовой шиной источника питания, в каждом плече мультивибратора коллектор транзистора коллекторной нагрузки через допол нительный конденсатор соединен с б.а- ЗОЙ термокомпенсирующего транзистора, затвором и истоком термокомпенсирующего полевого транзистора, сток которого соединен с эмиттером термокомпенсируюадего транзистора и стоком разрядного транзистора, исток которого соединен с катодом стабилитрона и плюсовой шиной источника питания. На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство, в схеме которого использованы полевые транзисторы с изо лированным затвором обогащающего вида и каналом р-типа, содержит ключевые транзисторы 1 и 2 р-п-р-типа эмиттеры которых соединены с минусовой шиной источника 3 питания, транзисторы 4 и 5 коллекторной нагрузки р-п-р-типа ключевых транзисторов, эмиттеры которых соединены с плюсово шиной источника питания, дополнитель ные полевые транзисторы б и 7, подсоединенные истоками к базам транзисторов 4 и 5 коллекторной нагрузки а стоками - к минусовой шине источ-г ника 3 питания, токостабилизирующие полевые транз1узторы 8 и 9 и разрядные полевые транзисторы 10 и 11, подключенные попарно-параллельно сто ками к базам ключевых транзисторов 2 и 1 соответственно, а истоками - к плюсовой шине источника питания, образуя разрядные цепи мультивибратора, делитель напряжения, одно плечо которого состоит из последователь но соединенных стабилитрона 12 и варистора 13, а другое - из фотодиода 14,причем катод стабилитрона соединен с плюсовой шиной источника 3 питания, анод фотодиода - с минусовой его шиной, а точка подключения като да фотодиода 14 и варистора 13 образует выход делителя напряжения, к которому подключены затворы полевы транзисторов 6-11, времязадающие ко денсаторы 15 и 16, термокомпенсирующие цепи, .подсоединенные параллельно обкладкам времязадающих конденсаторов и состоящие из последовательно включенных дополнител.ьного конденсатора 17 (18 - в другом плече мультивибратора, обозначения для которого -i далее даны в скобках) и термокомпе сирующего транзистора 19(20) с оторванным коллектором, при этом дополнительный конденсатор одной обкладкой подключен к коллектору ключевого транзистора 1(2) и к одной из обкладок времязадающего конденсатора 15(16) а другой - к базе термокомпенсирующего транзистора 19(20) с оторванным коллектором, эмиттер которого подсоединен к точке подключения другой обкладки времязадающего конденсатора и базы ключевого транзистора термостабилизирующие полевые транзисторы 21 и 22, исток и затвор каждого из которых соединен с базой термокомпенсирующего транзистора 19(20), а стокс его эмиттером. Работа устройства заключается в следующем. Схема устройства работает в автоколебательном режиме и аналогична известной схеме мультивибраторов. Наличие спаренных полевых транзисторов 8и10и9и11 позволяет поддерживать при любом уровне входного сигнала коэффициент насыщения ключевых транзисторов 1 и 2 примерно на уровне двух, что значительно увеличивает надежность срабатывания схемы при одновременном упрощении элементной базы устройства, а также обеспечивает мягкий режим возбуждения схемы. Использование термокомпенсирующих цепей из последовательно включенных дополнительного конденсатора 17(18) и термокомпенсирующего транзистора 19(20) с оторванным коллектором позволяет увеличить термостабильность схемы за счет компенсации обратных токов запертных ключевых транзисторов 1 и 2. Использование термостабилизирующих полевых транзисторов 21 и 22 обеспечивает увеличение термост.бильности схемы за счет компенсирующих токов стока запертых полевых транзисторов 8-11. В известных устройствах зависимость частоты генерируемого сигнала от электрических параметров схемы имеет вид .1 1 СТ1- InO ICTO ff где E - напряжение источника 3 питания;С - емкость времязадающих конденсаторов 15 и 16; Iст управляемая составляющая тока стока полевого транзистора;I ко обратный ток запертых ключевых транзисторов 1 и 2; ICTO неуправляемая составляющая тока стока полевого транзистора при запертом транзисторе. В предлагаемом устройстве эта зависимость имеет вид Как видно из (2), исключение из рассмотренного ICTQ и IKO которые являются практически неуправляемыми параметрами схемы, резко повышает ее термостабильность. Последовательное включение варист ра 13 и стабилитрона 12 позволяет по лучить синтезированный варистор, что обеспечивает линейность преобразования светового потока Фх в частоту генерируемых сигналов. Действительно, величина управляемой составляющей тока стока полевого транзистора ICT связана с величиной тока фотодиода 14 IcpD зависимостью. ICT KCT IOJD (3) где KCT коэффициент передачи стабилитрона , имеющий постоянное значение. Зависимость между управляющим световым потоком и током фотодиода линейная и имеет вид ФХ Ксюь I (4) где Кфь - .коэффициентпреобразовани фотодиода постоянная величина К - общий коэффициент передачи; ФХ - световой поток на фотодиоде Тогда после подстановки (5) в (2) получаем зависимость f - КФх fp ёс-Таким образом, предлагаемое устройство позволяет наряду с повышенно термостабильностью получать одновременно линейность преобразования свет вого потока в частоту генерируемого сигнала. Формула изобретения Фотомодулятор, содержащий мультивибратор на транзисторах с двумя времязадающими конденсаторами в коллекторно-базовых цепях и с двумя токостабилизирующими полевыми транзисторами в базовых цепях, с транзисторами в коллекторной нагрузке транзисторов противоположного им типа проводимости, с двумя дополнительными полевыми транзисторами, истоки которых подсоединены к базам транзисторов в коллекторной нагрузке транзисторов, а стоки - к эмиттерам транзисторов и к минусовой шине источника питания, отличающийся тем, что с целью увеличения термостабильности и линейности .преобразования, введены два разрядных полевых, транзистора, два термостабилизирующих полевых транзистора, два термокомпенсирующих транзистора одного типа проводимости с транзисторами мультивибратора, два дополнительных конденсатора, последог вательно соединенные стабилитрон, варистор, фотодиод, при этом затворы всех полевых транзисторов, кроме затворов термостабилизирующих полевых транзисторов, подсоединены к катоду фотодиода,, анод которого соединен с минусовой шиной источника питания, в каждом плече мультивибратора коллектор транзистора коллекторной нагрузки через дополнительный конденсатор соединен с базой термокомпенсирующего транзистора, затвором и истоком термокомпенсирующего полевого транзистора, сток которого соединен . с эмиттером термокомпенсирующего транзистора и стоком разрядного транзистора, исток которого соединен с катодом стабилитрона и плюсовой шиной источника питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 402137, кл. Н 03 К 3/281, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 496660, кл. Н 03 К 3/281, 1975.