ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Применение инфракрасных диодов

Инфракрасные диоды находят применение в разнообразных устройствах, принцип работы которых основывается либо на электрическом управлении мощностью излучения диода (пу­тем изменения прямого тока), либо на управлении коэффициентом передачи оптического канала при постоянной мощности излучения.

Перспективной считается область применения ИК-диодов в качестве преобразователя энергии и источника передачи информации, в узлах и линиях, требующих оптической связи или гальванической развязки.

Ниже приводятся примеры использования ИК-диодов, охватывающие различные облас­ти и схемотехнические особенности их использования [18].

На рис. 9.13 изображена схема устройства, позволяющего оценивать частоту вращения вала. Постоянное излучение, направленное на вал с продольными чередующимися полоса­ми черного и белого цветов, отражается на фотоприемник, который при вращении вала по­следовательно получает световые импульсы. Частота следования этих импульсов в любой момент соответствует частоте вращения вала. После преобразования их в электрические импульсы на выходе устройства фиксируется частота вращения.

-о

У01 ^ + и„

О-ипсн ОА

Выход

О

На рис. 9.14 приведена схема оптического переключения на основе ИК-диода ¥01 и фо­тотранзистора УТ1. Светонепроницаемая заслонка может перемещаться перпендикулярно оптическому каналу и вызывать отпирание и запирание фототранзистора.

Пороговый элемент, подключенный к коллекторам транзисторов, устраняет инерцион­ность включения и выключения фототранзистора, вызванную нерезким перекрытием свето­вого луча, и формирует на выходе импульсы переключения с крутым фронтом.

Разработаны клавиатуры для дистанционного управления дисплейным комплексом или персональным компьютером с передачей данных в ИК-диапазоне. Клавиатура представляет собой пульт со схемами питания, кодирования и формирования сигналов, передаваемых с помощью ИК-диодов в сторону фотоприемников, установленных непосредственно на управляемой аппаратуре.

Дистанционная передача сигналов с помощью ИК-излучения имеет преимущества как перед кабельной связью (отсутствие проводов и возможных электрических наводок), так и перед высокочастотным радиоуправлением (опасность электромагнитных помех и влияние передаваемых радиосигналов на другие системы).

Перспективно применение ИК-диодов в фотонных линиях связи, которые могут осуще­ствляться по воздуху (атмосферные оптические линии) и волоконно-оптическому кабелю (волоконно-оптические линии).

Оптимальным расстоянием для атмосферных оптических линий считается протяжен­ность около 1,6 км (например, связь между крупными зданиями). На таком расстоянии ли­нии устойчивы к воздействию большинства неблагоприятных погодных факторов, таких как снег, дождь или туман.

Волоконно-оптические линии могут применяться для передачи данных от ЭВМ к пери­ферийным устройствам, для обмена информацией между узлами аппаратуры, находящейся в разных помещениях.

Другое направление применения волоконно-оптических линий — беспроволочные теле­фонные кабели. Светопроводник, заключенный в полихлорвиниловую оболочку и стальную оплетку, может обеспечить надежную связь на многие километры, при этом число частот­ных каналов в такой линии в несколько раз больше, чем в электропроводной; скорость пере­дачи информации (телеграфом) выше; имеется гарантия от утечки данных через электро­магнитные наводки.

Для получения световой энергии, подводимой к волоконно-оптической линии, сущест­вуют различные типы схем возбуждения ИК-диода, являющегося генератором энергии из­лучения. На рис. 9.15 показана схема формирования мощных импульсов излучения с резки­ми фронтами включения и выключения.

Схема возбуждения ИК-диода прямым током около 100 мА, обладающая высокой поме­хоустойчивостью, показана на рис. 9.16.

При включении логического элемента И-НЕ потенциал базы транзистора УТ1 снижает­ся, ток, стабилизированный транзистором У73, переключается в эмиттерную цепь транзи­стора У72, а транзистор УТ1 и диод УШ выключаются. При этом суммарный ток, потреб­ляемый данным устройством по коллекторным цепям транзисторов УТ1 и УТ2, не изменяет­ся и, следовательно, переключение ИК-диода не создает помехи в цепи питания.

Устройство, схема которого показана на рис. 9.17, применяется в автомате считывания информации с документа или записи текста на бумагу и служит для точной установки листа бумаги в исходное положение.

Работа такой установки состоит в обнаружении края движущегося листа и остановке движения. Сигнал вырабатывается в момент появления края бумаги. При выходе края листа из зоны прямого отражения лучей на окошко фотоприемника последний запирается и тран­зистор F73 переходит в состояние насыщения. Транзистор УТЛ запирается, УТ5 отпирается, и на резисторе R9 выделяется выходной сигнал. Устройство срабатывает даже при медлен­ном изменении входного сигнала, так как транзисторы УТЗ и УТ4 включены в схему триггера с эмиттерной связью, выполняющего функцию порогового элемента.

Примером применения ИК-диода в бытовой радиоаппаратуре может служить система дистанционного управления. Для передачи команд используется принцип импульсно-ко­довой модуляции инфракрасного излучения. Устройство, формирующее импульсный код передачи, состоит из сенсорного коммутатора, тактового генератора, счетчика, формиро­вателя и двухкаскадного импульсного усилителя, показанного на рис. 9.18, нагруженного ИК-диодами.

-г „он

Бумага, Картон

Рис. 9.17. Оптоэлектронное устройство контроля правильности установки листа бумаги

В схеме использованы два диода УТ и УТ2 типа АЛ107А для усиления общей излучаю­щей мощности. В зависимости от выбранной команды они излучают посылки света, состоя­щие из 2... 15 импульсов длительностью около 50 мкс. Дальность действия такого устройства до 10... 15 м, угол действия соответствует углу направленности излучения выбранного диода.

Схема дистанционного переключателя телевизионных каналов приведена на рис. 9.19. Переключатель представляет собой передатчик модулированного ИК-излучения; фотопри­емник, детектирующий ИК-сигнал, встроен в корпус телевизора. При нажатии кнопки БВ1 начинает работать генератор, собранный на микросхеме ББ1. Частота генерируемых им им­пульсов зависит от значений /?1 и С! и при указанных на схеме номиналах равна примерно 1 кГц. Эти импульсы модулируют ток, протекающий через транзисторы УТ, УТ2 и после­довательную цепь из ИК-диодов УО- Г£>3.

В результате излучаются ИК-сигналы частотой 1 кГц. С учетом того, что устройство-пе­редатчик питается от малогабаритных элементов, оно монтируется в небольшом автоном­ном корпусе и может переключать телевизор на расстоянии до 5 м.

Простая схема, показанная на рис. 9.20, служит генератором ИК-излучения в устройст­вах оптического реле, которое можно использовать в самых различных областях: в народ­ном хозяйстве, при выполнении научных экспериментов, в быту, спортивной электронике.

Оптореле может работать в режиме прерывания луча (в этом случае фотоприемник устанавливается напротив излучателя) и на отражение лучей, в режиме локатора (фото­приемник размещается рядом с излучателем). В первом случае реле срабатывает при прерывании луча (например, фотофиниш), во втором оно реагирует на приближение к нему какого-либо предмета или человека, что может служить датчиком, например в ох­ранной сигнализации.