Устройство и принцип действия оптоэлектронных усилителей

Характерным примером оптоэлектронной линейной схемы может служить линейный дифференциальный усилитель (в соответствии с рис. 8.9, а). Оптический канал передачи сигналов, построенный на транзисторных оптопарах, должен быть тщательно симметрирован.

Оптопары подобраны с идентичны­ми характеристиками и параметрами. В режиме покоя через СИД оптопар протекают одинаковые токи (I_сд1=I_сд2). Фототоки оптопар I_сд1 и I_сд2 при этом направлены встречно и не оказывают влияния на выходной усилитель У_з. Возможные временные и температурные изменения электрического статического режима и параметров взаим­но компенсируются. С другой стороны, входной сигнал U_вх, воздействующий на каскад У_з передается через оптопару и усиливается усилителем Уз. Нелинейность пере­даточных характеристик оптопары в таком устройстве не компенсируется.

Рис. 8.9. Аналоговые (линейные) оптоэлектронные микросхемы:

В результате, при большом U_вх коэффи­циент передачи k_i1 оптопары O₁ изменяется, a k_i2 опто­пары О₂ постоянен, так как ток I_сд2 фиксирован. Нелиней­ность усиления такого усилителя составляет (1÷5) %, ста­бильность k_i в течение 100000 ч при 25° С примерно (5 ÷20) %.

Значительно повышается качество передачи аналогового сигнала при использовании дифференциальных оптронов. Рассмотрим принцип улучшения линейности переда­точной характеристики с помощью дифференциального оптрона на примере схемы рис. 8.9, б. СИД оптрона освещает два однотипных, имеющих идентичные парамет­ры фотодиода ФД₁ и ФД₂. Ток СИД_сд в такой схеме определяется не только входным током I_вх, но и током обратной связи I_ф1

I_сд=k₁(I_вх+I_ф1)=k₁(I_вх+k_i1I_сд), (8.8)

где k_i – коэффициент усиления каскада, У₁,

k_i1 – коэффи­циент передачи по току пары СД – ФД₁ дифференциаль­ного оптрона.

Из первого равенства имеем

I_сд=(k₁I_вх)/l + k₁ k_i1. (8.9)

При глубокой обратной связи k₁ k_i1>>1 ток СИД I_сд=I_вх/k_i1 и фототок пары СД – ФД₂ оптрона I_ф2=k_i2 I_вх/ k_i1. Для однотипных пар в дифференциальном оптроне коэффициенты k_i1 и k_i2 одинаковы и изменяются в равной степени. В результате i_ф2(t) = i_вх(t) и не зависит от нелинейности и нестабильности характеристик оптрона. Усиление полезного сигнала обеспечивается каскадом У₂. Нелинейность усиления такого усилителя с дифференциальным оптроном составляет (0,01÷0,2) %, стабильность k₁ в течении 100 000 ч составляет 0,075 %.