Оптоэлектронный усилитель

 

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирукмций вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а неинвертирукхций вход - с коллектором второго основного транзистора п-р-п структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности передаточной характеристики и быстродействия, в него введены первый и второй дополнительные транзисторы разной структуры в диодном включении, неинвертирующий усилитель тока и резистор обратной связи, а первый основной транзистор выполнен р - |л - р - структуры , причем основной и дополнительные транзисторы одной структуры включены по схеме отражателя тока, коллектор каждого дополнительного транзистора соединен с соответствующим , выводом фотодиода, неинвертиi рующий усилитель тока включен между отводом делителя напряжения и базой СЛ первого основного транзистора р-п -р структуры, а резистор обратной связи - между выходом операционного усилителя и базой второго основного транзистора п-р -п структуры.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

3(51) Н 03 F 17 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ (21) 3547524/18-09 (22) 28.01.83 (46) 07.04.84. Бюл. Р 13 (72) М.И.Карпушин, Ю.P.Hîñîâ и А,С.Сидоров (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени полиграфический институт (53) 621.375.9(088.8) (56) 1. Заявка Японии М 55-1725, . кл, Н 03 F 1/34, 1S80.

2. Носов Ю.P. Сидоров А.С.

Оптроны и их применение. М., Радио к связь, 1981, с. 209, рнс. 5.5. (54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а неинвертирующий вход — с коллектором второго основного транзистора n- p — - n структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности передаточной характеристики и быстродействия, в него введены первый и второй дополнительные транзисторы разной структуры в диодном включении, неинвертирующий усилитель тока и резистор обратной связи, а первый основной транзистор выполнен р — n — - р — структуры, причем основной и дополнительные транзисторы одной структуры включены по схеме отражателя тока, коллектор каждого дополнительного транзистора соединен с соответствующим выводом фатодиода, неинвертирующий усилитель тока включен между Я отводом делителя напряжения и базой первого основного транзистора p — n— структуры, а резистор обратной связи — между выходом операционного усилителя и базой второго основного транзистора п- р -и структуры.

1084968

Изобретение относится к аналоговой оптоэлектронной технике и может быть использовано в линейных системах передачи информации, бесконтактных датчиках процессов и объектов, развязывающих усилителях, оптоэлектронных трансформаторах.

Известен оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, выводы которого соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя (.1).

Недостатком устройства является существенная асимметрия схемы, что является причиной нелинейности передаточной характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а неинвертирующий вход — с коллектором второго основного транзистора и — р -и структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения(2).

Недостатком известного оптоэлектронного усилителя является недостаточно высокая линейность передаточной характеристики.

Цель изобретения — повышение линеиности передаточной характеристики и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный усилитель, содержащий фотодиод, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с коллектором первого основного транзистора, а неинвертирующий вход — с коллектором второго основного транзистора и†р -п-структуры, причем между коллекторами первого и второго основных транзисторов включен делитель напряжения, введены первый и второй дополнительные тран-зисторы разной структуры в диодном включении,неинвертирующий усилитель тока и резистор обратной связи, а первый основной транзистор выполнен вЂ,1 -р-структуры, причем основной и дополнительные транзисторы одной структуры включены по схеме отражателя тока,, коллектор каждого дополнительного транзистора соединен с соответствующим выводом фотодиода, неинвертирующий усилитель тока включен между отводом делителя напряжения и базой первого основного транзистора p- n - -p -структуры, а резистор обратной связи — между выходом операционного усилителя и базой второго основного транзистора

-р — n -структуры.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема оптоэлек-. тронного усилителя.

10 )5

ЗО

Оптоэлектронный усилитель содержит Фотодиод 1, операционный усилитель 2, первый основной транзистор

3 p — Р— р -структуры, второй основ— ной транзистор 4 и — р — r -структуры, первый дополнительный транзистор 5

Р— -P -структуры в диодном включении,второй дополнительный транзистор

6 п — P — -структуры в диопном включении, делитель 7 напряжения, неинвертирующий усилитель 8 тока, резистор

9 обратной связи.

Оптоэлектронный усилитель работает следующим образом.

Полагаем, что первый основной транзистор 3 и первый дополнительный транзистор 5 одного канала схемы и второй основной транзистор 4 и второи дополнительный транзистор б другого канала схемы обладают идентичными характеристиками, в частности одинаковы вольт-амперные характеристики эмиттерных переходов и идентичны коэффициенты усиления базбвого тока.

Таким образом, токи во входных цепях транзисторов 3 — б изменяются в гораздо меньшей степени (в

30 — 200 раз), чем фототок Зф Фотодиода 1. Это приводит к тому, что резко расширяется динамический диапазон устройства по входному (оптическому) каналу, т.е. можно создавать. сигналы фототока Э большой амплитуды, не нарушая линейности устройства. Весьма небольшим оказывается также изменение базовых потенциалов транзисторов 3 — б, а следовательно, очень мало изменяется разность потенциалов на фотодиоде при его освещении, что практически исключает переходные процессы в цепи

Фотодиода,. связанные с переразрядкой его барьерной емкости.

Первый основной транзистор 3, первый дополнительный транзистор 5, второй основной транзистор 4 и второй дополнительный транзистор б действуют как отражатели фототока.

Коллекторные токи первого и второго основных транзисторов 3„ и 3,< создают на резисторах делителя 7 напряжения (равного сопротивления) одинаковые сигналы напряжения, действующие в противофазе. Эти сигналы поступают на входы операционного усилителя 2 и эффективно усиливаются. !

Характеристики (реальных} транзисторов 3 — б могут замет:o различаться. Из-за этого коллекторные токи яервого и второго основных транзисторов 3 и 4 при колебаниях

Фототока изменяются неодинаково, что приводит к искажениям сигналов на входах операционного усилителя

2. Подобное различие коллекторных токов 3 и 3, можно в значительной кл степени устранить введением отрица1084968

Составитель Н.Дубровская

Редактор Н.Бобкова Техред И.Метелева Корректор A.Äçÿòêî

Заказ 2034/52 Тираж 8б 2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г,. Ужгород, ул. Проектная, 4 тельной обратной связи по току с помощью неинвертирующего усилителя

8 тока. Если 3 > 3 „, то разность

Э„ входную цепь неинвертирующего усилителя 8 тока, существенно усиливается и подается в виде сигнала тока встречно базовым токам первого основного транзистора 3 и первого дополнительного транзистора Э, уменьшая их величину, а следовательно, и начальную разность токов связанную с различием характерйстик транзисторов 3 — б. Если 3 (Эк4, то ток изменяет направление повйшает уровень тока 3 g à вместе с ним и уровень тока 3

Операционный 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 характеристик транзисторов 3 — б.

Таким образом, введение отражателей тока неинвертирующего усилителя

8 тока, а также рациональное вклю,чение резистора 9 - элемента общей отрицательной обратной связи, позволяет существенно повысить линейность передаточной характеристики и быстродействие устройства.

Экспериментальные исследования показывают, что предлагаемое устройство способно без заметных нелинейных искажений передавать информацию со скоростью 40 — 80 Мбит/с.

Предлагаемое устройство может весьма эффективно заменить импульсный трансформатор в узлах и системах вычислительной и измерительной техники, автоматики, связи, промышленной, медицинской и ядерной электроники. Замена трансформаторов оптоэлектронными устройствами позволяет освободить производство от серии нетехнологичных операций и, таким образом, повысить производительность труда. Отказ от металлоемких трансформаторов обеспечит значительную экономию металла (меди и стали).