Нелинейный оптоэлектронный преобразователь сигналов

 

Использование: в импульсной технике для преобразования спектра сигналов радиоэлектронных устройств. Сущность изобретения: нелинейный оптоэлектронный преобразователь сигналов содержит фототранзисторы 1,2, светодиоды 3,4, первый, второй резисторы 5,11, конденсатор 6, входные шины 7,8, выходную шину 12, туннельные диоды (ТД) 9,10. Цель изобретения - увеличение коэффициента нелинейного преобразования. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для преобразования спектра сигналов радиоэлектронных устройств.

Известны преобразователи сигналов содержащие первый резистор, первый и второй светодиоды, которые соединены встречно-параллельно и оптически связаны соответственно с первым и вторым фототранзисторами, коллекторы которых соединены с шиной питания, а эмиттеры которых соединены между собой и подключены через второй резистор к общей шине (I).

Это устройство позволяет осуществить умножение входной частоты лишь в два раза.

В заявленном техническом решении решается задача увеличения коэффициента нелинейного преобразования.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема нелинейного оптоэлектронного преобразователя сигналов. Нелинейный оптоэлектронный преобразователь сигналов содержит фототранзисторы 1, 2, светодиоды 3, 4, первый резистор 5, конденсатор 6, первую и вторую входные шины 7, 8 и выходную 12, туннельные диоды (ТД) 9,10, второй резистор 11, выходную шину 12. Нелинейный оптоэлектронный преобразователь сигналов работает следующим образом.

Возможны два варианта работы.

1. На входе прямоугольные импульсы согласно нормированным сигналам цифровой аппаратуры.

2. На входе синусоидальные периодические сигналы, амплитуды которых соответствуют допустимым нормам для светодиодов 3 и 4 и туннельных диодов (ТД) 9 и 10. По первому варианту, когда устройство работает при входных прямоугольных импульсах, реализуется коэффициент умножения на четыре. Это происходит следующим образом: с приходом первого фронта импульса на входную шину 7 течет ток по цепи: резистор 5, конденсатор 6, светодиод 4, ТД 9, 10, входная шина 8. Световая энергия диода 4 открывает транзистор 2 и на выходной шине 12 наблюдается высокий потенциал. Туннельный диод 10 смещается в обратном направлении и на нем подает небольшой потенциал напряжения входного сигнала. Туннельный диод 9 смещен в прямом направлении и находится на диффузионном участке характеристики. По мере заряда конденсатора 6 ток через светодиод 4 и ТД 9, 10 уменьшается. ТД 9 переходит в режим работы на участке впадины, где диффузионный участок его переходит в туннельный. На этом участке есть минимальное значение тока через светодиод 4 и ТД9. Далее ток через светодиод 4 и ТД9 вновь увеличивается на туннельном участке ТД, 9 светодиод 4 вновь светит сильнее в базу транзистора 2.

Таким образом, при положительном импульсе светодиод 4 дважды светит по максимуму: на диффузионном участке характеристики туннельного диода 9 и на туннельном участке с максимумом при пиковом значении тока. Во впадине характеристики ток через светодиоды уменьшается в несколько раз и светодиод 4 перестает светить.

Когда же положительный импульс кончается, и на входной шине 7 наступает нулевой потенциал, открывается светодиод 3 зарядом конденсатора 6. На этом участке туннельный диод 9 работает как перемычка благодаря своим характеристикам. Конденсатор 6 разряжается по цепи: плюс конденсатора 6, резистор 5, первая входная шина 7, вторая входная шина 8, ТД 10,9, светодиод 3, минус обкладки конденсатора 6.

В первый момент заднего фронта импульса ток через цепочку максимален и соответствует диффузионному участку туннельного диода 10. Далее, по мере разряда конденсатора 6 ток через светодиоды уменьшается и переходит на участок впадины характеристики туннельного диода 10, при этом токе светодиод 3 практически перестает светить в базу транзистора 1, который при этом закрывается, а на нагрузке 11 и выходной шине 12 наблюдается низкий потенциал. Далее ток через светодиоды вновь увеличивается на туннельном участке ТД 10 и светодиод вновь светит в базу транзистора 1, который вновь открывается и на выходной шине 12 наблюдается высокий потенциал, который вновь падает до нуля по мере разряда конденсатора 6.

Таким образом, за период входных импульсов на выходной шине 12 наблюдается четыре импульса высокого потенциала.

По второму варианту в случае, когда на входную шину 7 подается синусоидальной формы периодическое входное напряжение, реализуется коэффициент умножения на два, четыре и шесть в зависимости от амплитуды синусоиды входного напряжения.

Если амплитуда входного напряжения не превышает значения, соответствующего I_мах туннельного диода, то реализуется коэффициент умножения на два.

Если амплитуда входной синусоиды превышает пиковое значение U_мах и I_мах характеристики туннельного диода 9 и 10, то реализуется коэффициент умножения на четыре.

Если амплитуда входной синусоиды превышает U_мин и выходит на диффузионный участок характеристики туннельного диода, то реализуется коэффициент умножения на шесть.

Процессы умножения входного синусоидального сигнала в четное число раз происходят следующим образом.

В первом случае, при реализации коэффициента умножения на два, амплитуда входного сигнала достигается значения, соответствующего пиковому току туннельного диода и при положительной полуволне светит светодиод 4 в базу транзистора 2, который при этом открывается. ТД 9 и 10 имеют большую проводимость на туннельном участке характеристик. При отрицательной полуволне входного сигнала светит светодиод 3 в базу транзистора 1, который при этом открывается, а транзистор 2 закрыт.

Таким образом, на выходной шине 12 имеются два импульса за один период входной синусоиды.

Во втором случае, когда амплитуда входной синусоиды превышает значение пикового тока ТД 9 и 10 и достигает значений, соответствующих впадине на характеристике этих диодов, вновь при положительной полуволне светит светодиод 4, отдавая световую энергию в базу транзистора 2. Но при этом за время действия положительной полуволны светодиод 4 светит дважды: на переднем склоне полуволны и на заднем склоне ее. В середине полуволны, когда входной сигнал выводит светодиод 4 на участок впадины характеристики, ток через диоды уменьшается в несколько раз и диод перестает светить. При этом на выходной шине 12 наблюдается два импульса за период действия положительной полуволны.

При отрицательной полуволне светит светодиод 3 в базу транзистора 1, который также дважды за половину периода отдает световую энергию, открывая транзистор 1.

Таким образом, за период синусоидального входного сигнала на выходной шине 12 наблюдается четыре импульса, что соответствует коэффициенту умножения на четыре.

В третьем случае, когда амплитуда входной синусоиды выводит режим туннельных диодов 9 и 10 на диффузионный участок характеристики, светодиоды 3 и 4 светят по очереди трижды за период действия каждой полусинусоиды. Таким образом на выходной шине 12 образуется шесть импульсов за один период входного синусоидального сигнала.

Cледует учесть, что при входном синусоидальном сигнале светодиоды 3 и 4 начинают отдавать световую энергию при достижении уровня сигнала, превышающего определенный порог, согласно входной характеристике светодиодов.

Ориентировочно коэффициент преобразования устройства, в зависимости от уровня входного сигнала, может быть представлен следующим образом.

1. В спектре выходного сигнала максимум второй гармоники получен при уровнях сигнала на входной шине 7 в пределах 1,5-2в.

2. Максимум четвертой гармоники при уровнях синусоидального сигнала 2-2,5в и при входных прямоугольных импульсах.

При уровнях сигнала 2,5-3в спектр выходного сигнала содержит шестую гармонику сигнала.

Формула изобретения

Нелинейный оптоэлектронный преобразователь сигналов, содержащий первый резистор, первый и второй светодиоды, которые соединены встречно-параллельно и оптически связаны соответственно с первым и вторым фототранзисторами, коллекторы которых соединены с шиной питания, а эмиттеры которых соединены между собой и подключены через второй резистор к общей шине, при этом первый вывод первого резистора является первой входной шиной нелинейного оптоэлектронного преобразователя сигналов, отличающийся тем, что введены конденсатор и два туннельных диода, которые соединены между собой встречно последовательно и включены между второй входной шиной нелинейного оптоэлектронного преобразователя сигналов и первой точкой соединения первого и второго светодиодов, а конденсатор включен между вторым выводом первого резистора и второй точкой соединения первого и второго светодиодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1