Оптоэлектронный усилитель

 

Изобретение относится к измерительной оптоэлектронной технике и может быть использовано в автоматике и оптических системах связи. Цель изобретения - расширение линейного диапазона, передаточной характеристикииповышение быстродействия. Для этого в усилитель введены согласующий дифференциальный каскад 11, а в цепь отрицательной обратной связи - диодный оптрон 19, ключ 20, источник опорного напряжения 22. Основные транзисторы 2 и 4 включены по схеме с перекрестными связями, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК(5!)5 Н 03 F 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806153/09 (22) 26,03.90 (46) 23.12.92. Бюл. hb 47 (72) А,П.Павлов и В.Л.Соловьев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1084968, кл. Н 03 F 17/00, 1983. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной оптоэлектронной технике и может быть использовано в автоматике и оптических си»5U 1783603 А1 стемах связи. Цель изобретения — расширение линейного диапазона, передаточной характеристики и повышение быстродействия. Для этого в усилитель введены согласующий дифференциальный каскад 11, а в цепь отрицательной обратной связи — диодный оптрон 19, ключ 20, источник опорного напряжения 22. Основные транзисторы 2 и 4 включены по схеме с перекрестными связями. 1 ил.

1783603

Изобретение относится к измерительной оптоэлектронной технике и может быть использовано в автоматике и оптических системах связи.

Цель изобретения — расширение линей- 5 ного диапазона передаточной характеристики и повышение быстродействия, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема оптоэлектронного усилителя. 10

Оптоэлектронный усилитель содержит фотодиод 1, основной и дополнительный транзисторы 2 и 3 первой структуры (например, р-п-р), основной и дополнительный. транзисторы 4 и 5 второй структуры (напри- 15 мер, п-р-n), резисторы 6 — 10, согласующий дифференциальный каскад 11, первый и второй транзисторы 12 и 13 первой структуры (например, р-п-р), третий и четвертый транзисторы 14 и 15 второй структуры, ис- 20 точник питания "6, потенциометр 17, операционный усилитель 18, диодный оптрон 19, ключ 20, резистор 21, источник опорного напряжения 22.

Оптоэлектронный усилитель работает 25 следующим образом.

Предварительно, при отсутствии оптического сигнала и разомкнутом ключе 20, производится балансировка оптоэлектронного усилителя, При этом через прямосме- 30 щенные эмиттерные переходы основных транзисторов 2 и 4 на фотодиод 1 подается орратное смещение и через него протекает темновой ток, который при правильно подобранных основных транзисторах 2 и 4 ком- 35 пенсируется обратными токами коллекторHûх переходов этих транзисторов, Соответственно транзисторы 2 и 4 закрыты, и через них протекает минимально возможный ток, который одновременно яв- 40 ляется входным сигнальным током для со- гласующего дифференциального каскада

11. Транзисторы 3 и 5 используются как регулирующие элементы в цепи отрицательной обратной связи и образуют отражатели 45 тока по отношению к входам согласующего дифференциального каскада, Через прямосмещенные эмиттерные переходы транзисторов 3 и 5 на фотодиод диодного оптрона t9 подается отрицательное смещение, и 50 при разомкнутом ключе 20 через него также протекает темновой ток, который одновременно является входным током для транзисторов 3 и 5. Тем самым задается начальный минимальный коллекторный ток этих тран- 55 зисторов, Через резистор 21 протекает вспомогательный ток, который выводит транзисторы 3 и 5 из насыщения и задает начальный входной ток транзисторам 12 и

14 согласующего дифференциального каскада 11. В результате этого между входами согласующего дифференциального каскада

11 образуется разность потенциалов, необходимая для нормальной работы фотодиода

1 и транзисторов 2 и 4. С другой стороны, потенциометром 17 устанавливаются начальные токи транзисторов 13 и 15 и производится балансировка согласующего дифференциального каскада 11 и операционного усилителя 18 соответственно по входу и выходу (например, уменьшение сопротивления по входу и выходу). Так, уменьшение сопротивления потенциометра

17 приводит к увеличению токов транзисторов 13 и 15 и уменьшению токов транзисторов t2 и 14, в результате чего потенциал на коллекторе транзистора 14 увеличивается, а потенциал на коллекторе транзистора 15 уменьшается, и наоборот. Резисторы 7 и 8 служат для задания и ограничения входных токов операционного усилителя 18.. Регулировкой потенциометра 17 сначала добиваются балансировки операционного усилителя 18, а затем вводится рассогласование таким образом, чтобы его выходное напряжение было близко к минимальному значению. Затем ключ 20 замыкается в рабочее положение и на катод светодиода диодного оптрона 19 подается опорное напряжение, Опорное напряжение выбирается равным минимальному значению выходного напряжения операционного усилителя 18, Тогда через светодиод будет протекать ток, пропорциональный разности потенциалов между выходом операционного усилителя 18 и опорным напряжением. В результате оптоэлектронного преобразования в диодном оптроне (оптопаре) 19 на выходе фотодиода появится фототок, который усиливается соответственно транзисторами 3 и 5, В результате увеличения коллекторных токов этих транзисторов увеличивается падение напряжения на резисторе 21 и происходит перераспределение токов транзисторов согласующего дифференциального каскада 11, уменьшение токов транзисторов 12 и 14 и увеличение токов транзисторов 13 и 15. В результате этого потенциал на коллекторе транзистора 14 увеличивается, а потенциал на выходе транзистора 15 уменьшается. Действуя в противофазе на вход операционного усилителя, они приводят к. дальнейшему уменьшению напряжения на его выходе и, соответственно, уменьшению разности потенциалов между выходом операционного усилителя 18 и источником опорного напряжения 22. Последнее обусловливает уменьшений тока, протекающего через светодиод

1783603 оптопары 19, фототока его фотодиода, токов ванным операционным усилителем и обестранзисторов 3 и 5 и т. д, В результате уста- печить максимально возможный диапазон навливается динамическое равновесие вы- изменения его выходного напряжения от ходного напряжения операционного минимального значения до максимального, усилителя 18 вблизи минимального значе- Введение оптоэлектронного преобрания и минимальный фототок фотодиода ди- 5 зователя (диодного оптрона) вместе с измеодного оптрона 19 в цепи отрицательной нением схемы включения дополнительных обратной связи. При поступлении оптиче- транзисторов 3 и 5 и включения их в качестве ского сигнала на вход оптоэлектройн*ого отражателей тока по отношению к выходам усилителя на выходе фотодиода 1 появляет- согласующего дифференциального усилитеся сигнальный фототок, который усиливает- 10 ля позволяет максимально скорректировать ся транзисторами 2 и 4. Токи этих нелинейность оптоэлектронного преобразотранзисторов складываются и в соответст- .вания и в целом"повыситлинейность передавии с направлением йротекания образуют точной характеристики оптоэлектронного сигнальные токи транзисторов 12 и 14. Уве- усилителя. личение базовых токов этих транзисторов 15 Исключение нерегулируемого шунтиприводит к перераспределению коллектор- рования сигнального фототока дополниныхтоковтранзисторов 12 — 15согласующе- тельными транзисторами в диодном го дифференциального каскада 11, в включении,атакжеизменение схемы вклюрезультате. чего увеличивается потенциал чения основных транзисторов 2 и 4 и суммина коллекторе транзистора 15 и возрастает 20 рованием сигнальных токов расширяет входной ток неинвертирующего входа опе- диапазон усиливаемых сигналов в область рационного усилителя 18, снижается потен- более слабых сигналов, Одновременно поциал на коллекторе транзистора 14 и вышается помехоустойчивость усилителя к уменьшается входной ток инвертирующего внешним электромагнитным полям; действхода операционного усилителя 18. Соот- 25 вуя на базы транзисторов 2 и 4 синфазно, ветственно выходное напряжение операци- оно вызывают противофазные изменения онного усилителя 18 увеличивается, токов этих транзисторов, а при последуюодновременно пропорционально выходно- щем суммировании они взаимно компенсиму сигналу возрастает и ток в цепи отрица- руются, тельной обратной связи: резистор 6, 30 Изменение включениядополнительных светодиод диодного оптрсна 19, источ- транзисторов по отношению к сигнальным ник опорного наг ряжения 22, фотодиод шинам уменьшает вносимую ими шунтирудиодного оптрона 19 и транзисторы 3 и 5, ющую емкость, а также подключение к этим

Пропорциональное выходному cvlcHBny шинам основных транзисторов по схеме с увеличение коллекторных токов транзисто- 35 общим коллектором существенно ослабляет ров 3 и 5 приводит к ответвлению на соот- влияние этих емкостей на электрические ветствующие шины питания части входы оптоэлектронного усилителя — базосигнального тока транзисторов 2 и 4 и вые выводы основных транзисторов 2 и 4. уменьшению коэффициента передачи уси- Последнее существенно улучшает частотлителя в целом. Резисторы 9 и 10 ограничи- 40 ные характеристики и повышает быстродейвают предельные токи транзисторов 2 и 4 ствие оптоэлектронного усилителя. при перегрузках на входе усилителя. Коэф- Формула изобретения фициент отрицательной обратной связи оп- Оптоэлектронный усилитель, содержаределяется резистором обратной связи и щий фотодиод, основной и дополнительный диодного оптрона 19. При этом следует за- 45 транзисторы первой структуры, основной и метить, что при увеличении входного сигна- дополнительный транзисторы второй струкла от минимального значения до туры, операционный усилитель, причем фомаксимального увеличивается и сигнал об- тодиод включен между базами основных ратной связи, отражая нелинейность оптоэ- транзисторов, а также первый резистор целектронного преобразования. В результате 50 пи отрицательной обратной связи, один вы-. в точках входа согласующего дифференци- вод которого соединен с выходом ального каскада 11 и далее до выхода уси- операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и йлителя форми руется линейная с я тем, что, с целью расширения линейного передаточная характеристика, диапазона передаточной характеристики и . Таким образом, введение согласующего 55 повышения быстродействия, между эмиттедифференциального каскада позволяет со- рами основных транзисторов и входами гласовать обратносмещенный фотодиод операционного усилителя включен согласу(точйее, двухполюсник: фотодиод 1 и тран- ющий дифференциальный каскад, выползисторы 2 и 4) со стандартным сбалансиро- ненный на первом и втором транзисторах

1783603

Составитель Н,Дубровская

Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица

Редактор Г.Бельская

Заказ 4521 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 первой структуры, образующих первый дифференциальный каскад, а также третьем и четвертом транзисторах второй структуры, образующих второй дифференциальный каскад, приэтом между коллектором первоготранзистора и коллектором четвертого транзистора включен второй резистор, между коллектором второго транзистора и коллектором третьего транзистора, включен третий резистор, базы первого и третьего транзисторов являются входамисогласующегодифференциального каскада соответственно, между базами второго и третьего транзисторов включен потенциометр, коллекторы третьего и четвертого транзисто-. ров являются выходами согласующего дифференциального каскада соответственно, а в цепь отрицательной обратной связи введены диодный оптрон и ключ, при этом анод светодиода соединен с другим выводом первого резистора, катод соединен с выходом ключа, вход кОторого является входом для подачи опорного напряжения, фотодиод диодного

5 оптрона включен между базами дополнительных транзисторов, коллекторы которых соединены с эмиттерами основных транзисторов соответственно, причем между эмиттером первого основного транзистора и

10 коллектором второго основного транзистора включен четвертый резистор, а между коллектором первого транзистора и эмиттером второго транзистора включен пятый резистор, между коллекторами

15 дополнительных транзисторов введен шестой резистор.