ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Типовая структурная схема оптрона

Входное устройство (ВхУ) служит для преобразования входных сигналов в такие, которые обеспечивают эффективную работу излучателя (И) (рис. 7.5). В условиях запуска оптрона, например от логической интегральной микросхемы, необходимо обеспечить усиление тока от 0,1 1 до 10...15 мА. Дополнительные требования к входному устройству — экономич-

Ность, достаточно высокое быстродействие (не снижающее быстродействие всего оптрона в целом).

Ф-

УУ

Рис. 7.5. Типовая структурная схема оптрона:

И — излучатель; ВхУ — входное устройство; ОК — оптический канал;

ФП — фотоприемник; УУ — устройство управления; ВыхУ — выходное устройство

Основные требования, предъявляемые к излучателю оптрона, состоят в достижении вы­сокого кпд электронно-оптического преобразования, высокого быстродействия и достаточ­но узкой направленности излучения. Кроме того, желательно, чтобы минимальный входной ток был невелик (примерно 1 мА); для линейных систем важно также иметь широкий дина­мический диапазон входных токов, т. е. широкий диапазон токов, в котором квантовая эф­фективность излучателя и соответственно коэффициент передачи по току оптрона постоянны.

Назначение оптического канала ОК — максимально полная передача энергии оптиче­ского сигнала к ФП, что требует хорошего пропускания оптического сигнала без искажения его формы. При этом необходимо обеспечить минимальное рассеяние излучения в стороны во избежание влияния на другие чувствительные к оптическому сигналу элементы устрой­ства и максимальную защиту от внешнего излучения во избежание ложных срабатываний оптрона.

Принципиальная возможность управления свойствами оптического канала (например, с помощью электрооптических или магнитооптических эффектов) отражена введением в структурную схему оптрона устройства управления УУ. При этом изменение выходного сигнала можно осуществлять как по электрическому входу оптрона, так и по оптическому входу фотоприемника. Возможны и другие конструктивные изменения оптического канала, изменяющие функции оптрона. Так, оптрон с открытым ОК (воздушный зазор между И и ФП) пригоден для считывания информации с перфоносителей, переметающихся в этом зазоре. Выбирая ОК, который меняет свои свойства при внешних неэлектрических воздей­ствиях, можно получить разнообразные оптоэлектронные датчики.

В ФП происходит преобразование оптического сигнала в электрический с минимальными потерями его информативности, что определяет требование высокой фоточувствительности ФП при достаточном быстродействии. Иногда ФП сочетает в себе и функцию предвари­тельного усиления фотосигнала. Очевидно, что эффективность работы цепочки И-ОК-ФП может быть реализована лишь при согласовании спектральных характеристик всех входя­щих в нее элементов.

Наконец, выходное устройство ВыхУ обеспечивает преобразование сигнала ФП в стан­дартную форму, удобную для передачи в следующие за оптроном каскады (чаще всего это аналоговые или цифровые микросхемы или полупроводниковые ключи). Так же как и для входного устройства здесь важны быстродействие и экономичность.

Таким образом, для всех звеньев оптрона важны кпд преобразования, которое в этом звене осуществляется, и быстродействие. При этом необходимо согласование элементов по оптическим и электрическим характеристикам (по спектральной — в цепи «излучатель-

Оптический канал-фотоприемник»; по электрическим — в цепях «входное устройство-из­лучатель и фотоприемник - выходное устройство»); по допустимым условиям эксплуатации (диапазон рабочих температур, срок службы, механическая прочность и т. п.); по конст­руктивно-технологическим признакам. Обеспечение согласования и совместимости элемен­тов — центральная задача оптимального конструирования оптронов.