Структурная схема оптрона

Рис. 6.5. Структурная схема оптрона

Входное устройство ВхУ служит для преобразования входных сиг­налов в такие, которые обеспечивают эффективную работу излучателя И. 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 – экономичность, достаточно высокое быстродействие (не снижающее быст­родействие всего оптрона в целом).

Основные требования, предъявляемые к излучателю оптрона, состоят в достижении высокого КПД электронно-оптического преобразования, высокого быстродействия и достаточно узкой направленности излучения. Кроме того, обычно 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 OK – максимально пол­ная передача энергии оптического сигнала от И к фотоприемникам ФП – что требует высокого 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, перемещающихся в этом зазоре. Выбирая оптический канал, 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 последующие 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 того 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.