9-3. ОЭТТ С ВНУТРЕННЕЙ МОДУЛЯЦИЕЙ СВЕТОВОГО ПОТОКА

ОЭТТ с амплитудной модуляцией (ОЭТТА). Арсенидгаллиевые полусферические светодиоды, серийно выпускаемые промышленностью и дающие инфракрасное излучение с длиной волны 0,9 мкм, наиболее пригодны для создания ОЭТТ, так как работают в непрерывном режиме, обладают достаточно большой мощностью излучения и стабильностью характеристик во времени. Люмен-амперная характеристика светодиода, т. е. зависимость излучения Фо от постоянного тока /с, проходящего через р-и-переход, линейна при токе от 5 мА до /с. н! причем угол наклона ее к оси Б значительной степени зависит от температуры окружающей среды Т, что объясняется физическими свойствами структуры светодиода. Последнее обстоятельство играет решающую роль в выборе вида модуляции потока излучения светодиода, что в конечном счете определяет принципиальную схему ОЭТТ.

Все схемы ОЭТТ с амплитудной модуляцией сравнительно просты, обладают высоким быстродействием, однако требуют специальных мер компенсации температурной нестабильности светодиода и фотодиода. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что наилучшим решением является передача по оптическому каналу информации об измеряемом токе совместно с калибрующим сигналом. Его сущность поясняется /структурной схемой [2], показанной на рис. 9-6.

К преобразователю / и калибрующему генератору 10 с неизменным выходным сигналом подключен светодиод 2. Он через оптический канал 3 имеет связь с фотоприемником 4. К выходу фотоприемника подключен фильтр 5 разделения рабочего и калибрующего сигналов, один из выходов которого соединен с входной цепью усилителя 6, связанного через демодулятор рабочего сигнала 7 с нагрузкой 8. К другому выходу фильтра 5 подключен демодулятор калибрующего сигнала 9, выходная цепь которого соединена с эле-

Преобразователь

Светодиод .

Генератор калибрующих сигналов

Оптический канал

Фотоприемник I

Фильтр

Усилитель

Демодулятор -1 калибрующих сигналов

Рис. 9-6. Структурная схема ОЭТТА с калибрующим сигналом

Демодулятор \

Нагрузка

ментами усилителя 6, влияющими на его коэффициент усиления. Калибрующий сигнал должен при этом отличаться частотным, временным или амплитудным признаком от рабочего сигнала во всем его диапазоне. Если при каких-то внешних условиях установлен определенный коэффициент усиления усилителя и на выходе ОЭТТ создается рабочий сигнал требуемого уровня, то изменения условий внешней среды, в том числе и температуры, окажут одинаковое воздействие на коэффициент передачи рабочего и калибрующего сигналов. Вследствие этого уровень калибрующего сигнала на входе демодулятора 9 и соответственно параметр, воздействующий на изменение коэффициента усиления усилителя, изменяются так, чтобы выходной рабочий сигнал измерительного устройства оставался неизменным при неизменном I.

Использование частотно-импульсной, широтно-импульсной (времяимпульсной) модуляции, а также кодирования для передачи информации об измеряемом токе по оптическому каналу приводит к значительному усложнению схемных решений ОЭТТ, позволяя, однако, получить высокие метрологические свойства аппарата без специальных мер компенсации температурной нестабильности элементов оптического канала. Однако при наибольшей для данного климатического исполнения положительной температуре, когда мощность излучения светодиода и интегральная чувствительность фотоприемника минимальны, при сложных видах модуляции потока излучения светбдиодов тоже приходится решать задачу получения требуемой точности при измерении малых токов в нормируемом диапазоне.

Рассмотрим некоторые схемы и работу аппаратов с внутренней модуляцией потока излучения светодиодов.

На рис. 9-7 представлена принципиальная схема импульсного ОЭТТА, предназначенного для осциллографирования униполярных импульсов тока высокого напряжения с фронтами длительностью не менее 50 мкс и амплитудой до 10* А в контурах, не допускающих заземления.

Схема передающего блока построена по принципу усилителя постоянного тока (УПТ) с глубокой отрицательной обратной связью. Для повышения температурной стабильности схемы усилительная часть выполнена в виде дифференциального каскада (транзисторы Т1 и ТЗ). В качестве ,источника питания схемы используются батареи с общим напряжением 4,5 В. Так как в процессе работы батарея разряжается, то в схеме предусмотрены меры по стабилизации коэффициента усиления путем стабилизации тока нагрузки ТЗ.

В исходном состоянии при tl = О потенциал базы Т1 равен нулю {Т1 через шунт Ш замкнут на общий провод схемы). В этом случае через светодиод Д2 типа У17А протекает ток смещения, равный 20 мА. Установка смещающего тока, играющего роль калибрующего сигнала, производится при помощи резистора R4

СП СП

7Г~-1-

Т г-т Т

/г R15 R17 --Н

+ Я7

И9 ж./ге

R25 R2i

Д8% С1=

tit--Д9

У-Д1В

ШЧ.Д14

У .Д22

Jbr Tui )Т<]

/?30

Т181

Т15[

К / 1г9

Д27(±) С6-.

(\1)д28

Рнс. 9-7. Принципиальная схема импульсного ОЭТТА