Оптоэлектронный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 51)5 Н 03 Р 17(0 ЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(21) 4854694/09 (22) 07.07.90 (46) 15,01,93. Бюл. 3 Ф 2 (71) Научно-производственное объединение "Интеграл" им, ХХЧ съезда КПСС (72) Г,С.Жачкин, В,В.Пискарев, С.Г.Шматин, С,М.Дешко и И.И.Толкачев(56) Авторское свидетельство СССР1 ч, 1084968, кл. Н 03 Р 17/00, 1984. (54) ОПТОЭЛ ЕКТРОН Н ЫЙ УСИЛИТЕЛ Ь 57) Изобретение относится к аналоговой оптоэлектронной технике и может быть использовано в измерительной технике, в частности в измерительных оптоэлектронных усилителях, а также в системах передачи .информации. Цель изобретения - повышение линейности и точности преобразования 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 6 и 7, резисторы 8 и 9 делителя напряжения, операционный усилитель 10. Цель обеспечивается за счет встречно-параллельного включения первого и второго фотодиодов 1 и 2. Если одновременно воздействовать двумя световыми потоками на фотодиоды 1 и 2, то процесс преобразования сводится к вычитанию их фототоков, при равенстве световых потоков и идентичности характеристик фотодиодов 1 и 2 общая нагрузочная характеристика будет линейной. 2 ил,Изобретение относится к аналоговой оптоэлектронной технике и может быть использовано в измерительной технике, в частности, в измерительных оптоэлектронных усилителях, а также в системах передачи информации, бесконтактных датчиках процессов и объектов, в развязывающих усилителях,Известен оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий входкоторого соединен с коллектором первого основного транзистора р-и-р структуры, а неинвертирующий вход - с коллектором второго основного транзистора и-р-и структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения, первый и второй дополнительный транзистор разной структуры в диодном включении, неинвертирующий усилитель тока и резистор обратной связи; причем основной и дополнительный транзисторы одной структуры включены по схеме отражателя тока.Недостатком данного устройства является высокая нелинейность преобразования световой энергии в электрическую на начальном и конечном участках передаточной характеристики фотодиода и, как следствие, низкая точность и высокая нелинейность преобразования светового сигнала в электрический для оптоэлектронного усилителя в целом,Целью изобретения является повышение линейности и точности преобразования светового сигнала в электрический путем компенсации нелинейности передаточной хаоактеристики фотодиода.Указанная цель достигается 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 напряжения, включенный между коллекторами первого и второго транзисторов, а также неинвертирующий усилитель тока, включенный между отводом делителя напряжения и базой первого транзистора; причем между выходом операционного усилителя и базой второго транзистора включен резистор обратной связи, первый фотодиод включен между базами первого и второго транзисторов, эмиттеры которых подключены к соответствующим типам источника питания, введены второй фотодиод, включенный встречно-параллельно первому фотодиоду, и первый и второй резисто 10 15 20 25 30 40 50 55 Для снижения нелинейных искажений необходимо работать одновременно с двумя фотодиодами. При одновременном воздействии двумя световыми потоками ры, включенные между базами первого ивторого транзисторов и общей шиной соответственноо.На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронногоусилителя; на фиг. 2 - вольт-амперные характеристики (ВАХ) фотодиода 1 (кривая 1 -1) и фотодиода 2 (кривая 2-2), Приидентичности фотодиодов ВАХ 1 и ВАХ 2 совмещаются при повороте на 180 ВАХ одного фотодиода.Оптоэлектронный усилитель содержитфотодиоды 1 и 2, два активных резистора 3и 4 нагрузки, неинвертирующий усилитель 5тока, транзисторы б и 7 противоположнойструктуры, резисторы 8 и 9 делителя напряжения, операционный усилитель 10, резистор 11 обратной связи, Инвертирующийвход операционного усилителя соединен сколлектором первого транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором второготранзистора противоположной структуры,причем между коллекторами транзистороввключен делитель напряжения, между отводом которого и базой первого транзистора .включен неинвертирующий усилитель тока,Между выходом операционного усилителя ибазой второго транзистора включен резистор обратной связи, Два включенныхвстречно-параллельно фотодиода и два активных резистора нагрузки, включенныесимметрично между фотодиодами и общимпроводом, соединены с базами транзисторов.Оптоэлектронный усилитель работаетследующим образом.Полагаем, что транзисторы обладаютидентичными характеристиками, в частности, у них одинаковые вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов икоэффициенты усиления базового тока.Поскольку токи во входных цепях транзисторов будут изменяться в меньших пределах, чем фототок 1, 2, то фототок являетсяпреобладающим. Зависимость фототока отнапряжения, как показано на фиг. 2, является нелинейной функцией.При работе только с одним из фотодио,дов с увеличением светового потока рабочая точка смещается по характеристике всторону большей нелинейности, что приводит к увеличению нелинейных искажений(точка А для первого фотодиода или точка В- для второго фотодиода), 1788569Ф и Ф 2 на фотодиоды процесс преобразования сводится к вычитанию фототока 1 и 1,р При равенстве световых потоков1Ф 1 и Ф и идентичности характеристик фотодиодов общая нагрузочная характеристика будет линейной, а снимаемое напряжение будет определяться выражением О = Я 3 Ро где - В - активный резистор нагрузки, Я - токовая чувствительность фотодиода, Р - мощность светового потока, падающего на фотодиод.Эти сигналы поступают на вход операционного усилителя и усиливаются.Таким образом, создание линейной нагрузочной характеристики за счет встречно- параллельного включения фотодиодов и активных (линейных) резисторов значительно уменьшают нелинейные искажения и повышают точность преобразования световой энергии в электрическую..При необходимости, изменением интенсивности световых потоков, падающих на фотодиоды, можно изменить траекторию рабочей точки..Так, например, если потоки Ф 1 и Ф во времени периодичны по интенсивности и имеют определенный сдвиг по фазе (например, 90), то в этом случае траектория рабочей точки примет форму эллипса, большая ось которого совпадает с линией нагрузки 3-3),В данном случае характеристика преобразования и усиления фотосигналов сохраняет линейность во всем динамическом диапазоне, а крутизна (3 =ЬО/ЛФ) в чТ раз выше. характеристики преобразования при работе с одним фотодиодом, что подтверждается экспериментально,Достигаемая линейность преобразования светового сигнала в электрический по-зволяет исключить специальные схемы и методы линеаризации передаточной харак теристики сквозного измерительного канала, что позволяет сократить объем необходимого аналогового оборудования и цифровых схем за счет исключения алгоритмов и программ линеариэации характери стик.Формула изобретения Оптоэлектронный усилитель, содержащий первый фотодиод, первый и второй транзисторы противоположной структуры, 15 операционный усилитель, инвертирующийвход которого соединен с коллектором первого транзистора, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора, делитель напряжения, включенный между кол лекторами первого и второго транзисторов,а также неинвертирующий усилитель тока, включенный между отводом делителя напряжения и базой первого транзистора, причем между выходом операционного уси лителя и базой второго транзистора включен резистор обратной связи, первый фотодиод включен между базами первого и второго транзисторов, эмиттеры которых подключены к соответствующим шинам ис точника питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения линейности и точности преобразования светового сигнала в электрический путем компенсации нелинейности передаточной характеристики 35 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 40 соответственно.1788569 Редакто етраш о рек аз 76 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Произв оставительехред М,М И,Толкачевентал