Фотопреобразователь отношения двухСВЕТОВыХ пОТОКОВ Советский патент 1981 года по МПК H03K7/04 G06G9/00 

(54) ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ СВЕТОВЫХ

ПОТОКОВ 3 На чертеже представлена прицнипиальная электрическая схема фотопреобразователя отношения двух световых потоков. Устройство содержит два преобразователя. Первый из фотопреобразователей выполнен в виде двухкаскадного усилителя на инверсно включенных транзисторах 1 и 2 с фотодиодом 3 и подстроечным резистором 4 в базовой цепи транзистора 1, с терморезисторо 5, подключенным к эмиттеру транзисто ра 1 и базе транзистора 2 через ре-зистор 6. Источник питания 7 подсоет динен к первому и второму преобразоватёлю, второй фотопреобразователь выполнен в виде симметричного мульти вибратора на транзисторах 8 и 9 с коллекторно-базовыми связями, двумя времязадающими конденсаторами 10 и и фотодиодами 12 и 13 в их раз рядных цепях, нелинейной коллекторной нагрузкой на транзисторах 14 и 15 с фотодиодами 16 и 17 и додстроечными резисторами 18 и 19 в базовых цепях транзисторов 14 и 15 и с двумя допол нительными цепочками из последовательно включенных конденсаторов 20 и 21 и транзисторов 22 и 23 со свободными коллекторами, подсоединенных параллельно времязадающим конденсато рам 10 и 11. Фотопреобразователь работает следующим образом, Первьй преобразователь работает как термостабилизированный двухкаскадный усилитель постоянного тока. Фотодиод 3 воспринимает и преобразует световой поток Ф. Второй преобразователь функционирует по принципу мультивибратора с самовозбуждением, фотодиоды 12, 13 и 16, 17 воспринимают и преобразуют световой поток ф. Величина напряжения заряда времязадающих конденсаторов 10 и 11 определяется величиной напряжения, снижаемого с коллектора транзистора Это напряжение можно выразить через параметры элементов 1,5,4,3 первого преобразователя-в следующем виде , где - В. - коэффициент усиления тр зистора 1, включенного версно; RI, R - значения сопротивлений резисторов 4 и 5; Е - напряжение источника 7 питания схемы; К . - коэффициент передачи фо т о диод а 3; - световой поток, воспринимаемый фотодиодом 3. Собственно мультивибратор обеспечивает преобразование светового потока фд в частоту (f) генерируемых прямоугольных импульсов в соответствии с выражением f :(/СЕ зс(р« (2) где - величина разрядного тока мультивибратора; С - емкость конденсаторов 10 Ejdp- напряжение их заряда. Разрядный ток 1 является функцией воспринимаемого светового потокафа ( где Ксргу коэффициент передачи фотодиодов 12 и 13, учитывающий влияние фотодиодов 16 и 17. Фотодиоды 16 и 17 играют вспомога- тельную роль, воспринимая световой пои. ток ф, они обеспечивают постоянство коэффициента насьпцения ключевых транзисторов 8 и 9, что позволяет расширить диапазон преобразования устройства. С помощью переменных резисторов 18 и 19 первоначально устанавливается ток транзисторов 14 и 15. --С учетом выражений .( 1) и (З) выражение (2) можно переписать в виде Сфпо. cte.) Как следует из выражения (4), предложенное устройство осуществляет преобразование отношения двух значений световых потоков 4, и Фд. Увеличение термостабильности схемы достигается следующим путем. Выражение в знаменателе выражения (А) можно переписать в виде зор ., ,, (f, де tlno - термоток фотодиода 3; iRj - изменение сопротивления ре зистора 5 под воздействием возрастающей температуры ох ружающей среды; приращение стабилизации. транзистора 2. Из выражения (5) видно, что члены, аключенные в скобках, компенсируют

друг друга, что обеспечивает термокомпенсацию устройства по каналу воспринимаемого светового потока ф .

Выражение (З) можно переписать в виде .

Чn2V oфa- o/cл ko||co A. (б)

где 3(офа термосоставляющая тока фотодиодов 10 и 11 с.учетом элементов 16 и 17; Ткакл. обратный ток запертого ключевого транзистора 8 и 9;

Jwj.KQM величина тока компенсирующего транзистора 22, 23. Из выражения (б) следует, что осуществлена термокомпенсация разрядного тока J .,

Конденсатор 20 (21) заряжается до того же уровня, что и времязадающий конденсатор 10 (П). При разряде конденсатора 10 (и) базо-эмиттерный переход транзистора 22 (23) оказывается включенным в обратном направлении. Это обеспечивает подзаряд конденсатора 10 (11)обратным током транзисторов 22 и 23, что и позволяет термостабилизировать разрядный ток I.

Следовательно, предложенный фотопреобразователь обладает повышенной термостабильностью и расширенным диапазоном преобразования при одновременном получении прямоугольных импульсов на выходе устройства.

Предложенный фотопреобразователь может найти применение в различных импульсных, контрольно-измерительных и цифровых устройствах,- когда необходимо получить и измерить отношение двух .световых потоков или осуществить математическую операцию умножения.деления в вычислительной технике.

Формула изобретения

Фотопреобразователь отношения двух световых потоков, состоящий из двух последовательно соединенных по питанию преобразователей, .отличающийся тем, что, с целью повышения термостабильности устройства, первый преобразователь выполнен в виде термостабилизированного двухкаскадного усилителя постоянного тока на инверсно включенных транзисторах с фотодиодом и подстроечным резистором в базовой цепи первого каскада, а вто рой преобразователь выполнен в виде симметричного мультивибратора с коллекторно-базовыми связями, двумя времязадающими конденсаторами и фотодиодами в их разрядных цепях, нелинейной коллекторной нагрузкой на транзисторах с дополнительной симметрией, с фотодиодами и подстроенными резисторами в их базовых цепях и с двумя дополнительными термостабилизирующими цепочками из последовательно включенных конденсаторов и транзисторов со свободными коллекторами, подсоединенных параллельно времязадающим конденсатором.

Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе

1.Кретулис B.C., Олексенко П.Ф. Сорокин В.М. Принципы построения оптоэлектро.нных множительно-делительнык устройств. Сб. Полупроводниковая техника и микроэлектроника . Киев,, Наукова Думка, 1975,

вып. 20, с. 3-20.

2.Авторское свидетельство СССР № 572813, кл. G 06 G 9/00, 1975 (прототип).