Оптоэлектронный усилитель

(19) (11) А 3(51) Н 03 Р 17 00 юЯМф;:ч,р е (( ф 1 " ." ф РЕТЕНИ АВ Бюл, 9 13нн, Ю.Р.Носо у 12Я й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени полиграфический институт(5 б) 1. Заявка Японии М 55-1725, кл, Н 03 Е 1/34, 1980.2. Носов Ю,Р., Сидоров А.С.Оптроны и их применение. М., Ради и связь, 1981, с. 209, рис. 5.5. (54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а неинвертирующнй вход - с коллектором второго основного транзистора и- Р - й структуры, причем между коллекторам первого и второго основных транзист ров включен делитель напряжения,отличающийся тем, что, сцелью повышения линейности передаточной характеристики и быстродействия,в него введены первый и второй дополнительные транзисторы разной структуры в диодном включении, неинвертирующий усилитель тока и резисторобратной связи, а первый основнойтранзистор выполнен р - ь - р - структуры, причем основной и дополнительные транзисторы одной структурывключены по схеме отражателя тока,коллектор каждого дополнительноготранзистора соединен с соответствующим выводом фатодиода, неинвертирующий усилитель тока включен междотводом делителя напряжения и базопервого основного транзистора р - ив-р структуры, а резистор обратнойсвязи - между выходом операционногоусилителя и базой второго основноготранзистора п- р -и структуры.Изобретение относится к аналоговой оптоэлектронной технике и можетбыть использовано в линейных системах передачи информации, бесконтактных датчиках процессов и обаектов,развязывающих усилителях, оптоэлектронных трансформаторах,Известен оптоэлектронный усилитель, содержащий Фотодиод, выводыкоторого соединены соответственнос инвертирующим и неинвертирующимвходами операционного усилителя (.1,Недостатком устройства являетсясущественная асимметрия схемы, чтоявляется причиной нелинейности передаточной характеристики,Наиболее близким к предлагаемомуустройству по технической сущностиявляется оптоэлектронный усилитель,содержащий фотодиод, операционныйусилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первогооснонного транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором второгоосновного транзистора и - р -и структуры, причем между коллекторамипервого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения(2).Недостатком известного оптоэлектронного усилителя является недостаточно высокая линейность передаточной характеристики.Цель изобретения - повышениеликеиности передаточной характеристики и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что н оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а кеинвертирующий вход - с коллектором второго основного транзистора ив р -п-структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторон включен делитель напряжения, ннедены первый и второй дополнительные тран.- зисторы разной структуры в диодном включении,неиннертирующий усилитель тока и резистор обратной связи, а первый основной транзистор выполненв ,и -р-структуры, причем основной и дополнительные транзисторы одной структуры включены по схеме отражателя тока коллектор каждого дополнительного транзистора соединен с соответствующим выводом фотодиода, неиннертирующий усилитель тока включен между отводом делителя напряжения и базой первого основного транзистора р-- р -структуры, а резистор обратной связи - между выходом операционного усилителя и базой второго основного транзистора-р - о -структуры.На чертеже предстанлека принципиальная электрическая схема оптоэлек" тронного усилителя. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 Ф I Оптоэлектронный усилитель содержит Фотодиод 1, операционный усилитель 2, первый основной транзистор3 р - и - р -структуры, второй основной транзистор 4 О - р - и -структуры,первый дополнительный транзистор 5р - и -Р -структуры н диодном включении,второй дополнительный транзистор6 п - Р - 1 -структуры н диодном включении, делитель 7 напряжения, неинвертирующий усилитель 8 тока, резистор9 обратной связи.Оптоэлектронный усилитель работает следующим образом.Полагаем, что первый основнойтранзистор 3 и первый дополнительныйтранзистор 5 одного канала схемы ивторой основной транзистор 4 инторои дополнительный транзистор бдругого канала схемы обладают идентичными характеристиками, и частности одинаковы вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов иидентичны коэффициенты усилениябазбвого тока.Таким образом, токи но входныхцепях транзисторов 3 - б изменяются н гораздо меньшей степени (в30 - 200 раз), чем фототок Эф Фотодиода 1. Это приводит к тому, чторезко расширяется динамический диапазон устройства по входному (оптическому) каналу, т.е. можно создавать сигналы фототока Э большойамплитуды, не нарушая линейностиустройства. Весьма небольшим оказынается также изменение базовых потенциалов тракзисторон 3 - б, аследовательно, очень мало изменяетсяразность потенциалов на фотодиодепри его освещении, что практическиисключает переходные процессы в цепиФотодиода связанные с переразрядкой его барьерной емкости.Первый основной транзистор 3,первый дополнительный транзистор 5,второй основной транзистор 4 и второй дополнительный транзистор бдействуют как отражатели фототока.Коллекторные токи первого и второгоосновных транзисторон 3 и 3 ,л создают на резисторах делителя 7 напряжения (ранкого сопротивления) одинаковыесигналы напряжения, действующие впротивофазе. Эти сигналы поступаютна входы операционного усилителя 2и эффективно усиливаются,Характеристики (реальных) транзисторан 3 - б могут заметно различаться. Из-за этого коллекторныетоки нерного и второго основныхтранзисторов 3 и 4 при колебанияхФототока изменяются неодинаково,что принодит к искажениям сигналовка входах операционного усилителя2. Подобное различие коллекторныхтоков 3и 3. можно в значительнойклстепени устранить введением отрица1084968 Составитель Н.ДубровскаяРедактор Н,Бобкова Техред И.Метелева 1(орректор А.Дзятко Заказ 2034/52 Тираж 8 б 2 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Филиал ППП Патент, г Ужгород, ул, Проектная, 4 тельной обратной связи по току с помощью неинвертирующего усилителя 8 тока. Если 3Зк+, то разность Эк 4 ответвляется в низкоомную входную цепь неинвертирующего усилителя 8 тока, существенно усиливается и подается в виде сигнала тока встречно базовым токам первого основного транзистора Э и первого дополнительного транзистора Э, уменьшая их величину, а следовательно, и начальную разность токов Эк- связанную с различием характерйстик транзисторов 3 - б. Если 3 (Эк 4, то ток изменяет направление повйшает уровень тока Э , а вместе с ним и уровень тока ЭОперационный усилитель 2 из-за нелинейности его передаточной характеристики может искажать форму входных сигналов. Для уменьшения нелиней ных искажений сигналов, а также для повышения быстродействия устройства, введен резистор 9 обратной связи, включенный между выходом операционного усилителя 2 и входной цепью второго основного транзистора, что позволяет не только уменьшать нелинейные искажения в цепи с операционным усилителем, но также эффективно подавлять искажения сигналов, связанные с нелинейностью характеристиктранзисторов 3 - б.Таким образом, введение отражателей тока неинвертирующего усилителя8 тока, а также рациональное вклю,чение резистора 9 - элемента общейотрицательной обратной связи, позволяет существенно повысить линейность передаточной характеристикии быстродействие устройства.Экспериментальные исследованияпоказывают, что предлагаемое устройство способно без заметных нелинейных искажений передавать информациюсо скоростью 40 - 80 Мбит/с,Предлагаемое устройство можетвесьма эффективно заменить импульсныйтрансформатор в узлах и системахвычислительной и измерительной техники, автоматики, связи, промышленной, медицинской и ядерной электроники. Замена трансформаторов оптоэлектронными устройствами позволяетосвободить производство от сериинетехнологичных операций и, таким 25 образом, повысить производительностьтруда, Отказ от металлоемких трансформаторов обеспечит значительнуюэкономию металла (меди и стали).