СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Фотоэлектрические полупроводниковые приемники лучистой
энергии 5
Фотопреобразователи . . 23
Излучатели 43
Устройства с излучателями 54
Оптроны 65
Аналоговые оптоэлектронные устройства ... . 74
Импульсные оптоэлектронные устройства . . ... 84
Устройства вычислительной техники .... . 94
Список литературы 3-я
стр. обл.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Фотоэлектрические полупроводниковые приемники лучистой
энергии 5
Фотопреобразователи . . 23
Излучатели 43
Устройства с излучателями 54
Оптроны 65
Аналоговые оптоэлектронные устройства ... . 74
Импульсные оптоэлектронные устройства . . ... 84
Устройства вычислительной техники .... . 94
Список литературы 3-я
стр. обл.

ББК 32.86
К 82
УДК 621.396.6.038.6
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Берг А. И., Борисов В. Г., Белкин Б. Г., Ванеев В. И.,
Геништа Е. Н., Гороховский А. В., Демьянов И. А., Ельяшко-
вич С. А., Жеребцов И. И., Корольков В. Г., Смирнов А. Д.,
Тарасов Ф. И., Чистяков Н. И.
Кривоносое А. И.
К 82 Оптоэлектронные устройства. — М.: Энергия,
1978 г. — 96 с, ил.— (Массовая раднобиблиотека.
Вып. 972).
50 к.
В книге рассмотрены различные типы фотоприемников, фотопре-
образователей и .излучателей и их использование для построения фото-
электронных схем. Приводится описание оптрона и рассматриваются
возможности его применения в оптоэлектронных устройствах, таких,
как модуляторы, логические преобразователи, реле времени, счет-
чики, множительные устройства, автостопы, устройства дистанцион-
ного управления и т. д.
Книга предназначена для радиолюбителей, а также может быть
полезна специалистам, занимающимся конструированием оптоэлектрон-
ных устройств.
ББК 32.86
30404-335
К ОбЩрв 128'78 6Ф0-3-
Алерий Иванович Кривоносое
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Редактор В. В. Мардин
Редактор издательства Т. В. Жукова
Обложка художника Б. Г. Дударева
Технический редактор М. Г. Юханова
Корректор И. А. Володяева
ИБ № 1173
Сдано в набор 27.03.78 Подписано к печати 16.06.78 T-1I694
Формат 84ХЮ81/32 Бумага типографская > 1 Гарн. шрифта литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 5,04 Уч.-изд. л. 6,64
Тираж 35 000 экз. Заказ 615 Цена 50 к.
Издательство «Энергия», 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб„ 10
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли. 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., '0
© Издательство «Энергия», 1978 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Первоначально оптоэлектроникой называлась сравнительно уз-
кая область, в которую включались полупроводниковые фотопри-
емники и светоизлучатели. Однако в последнее время понятие
«оптоэлектроника» значительно расширилось. Теперь сюда вклю-
чают как многие приборы, созданные на основе старой технологии
и давно применявшиеся в радиоэлектронике — фотоэлементы, фото-
умножители, знаковые индикаторы на основе люминофоров, элек-
тронные трубки и т. д., так и недавно возникшие направления,
имеющие самостоятельное значение, такие, как лазерная техника,
волоконная оптика, голография и т. д.
Оптоэлектроника основана на электронно-оптическом принципе
получения передачи, обработки и хранения информации, носителем
которой является электрически нейтральный фотон. Оптоэлектро-
ника позволяет создавать устройства, обладающие огромными пре-
имуществами перед приборами, построенными на базе традицион-
ных гальванических и электромагнитных связей. Так благодаря
сочетанию только электрических связей с оптическими разрешаются
такие часто возникающие при проектировании электронной аппара-
туры проблемы, как полная гальваническая развязка цепей на ча-
стотах от 0 до 100 МГц, обеспечение высокой степени помехоза-
щищенности, однонаправленность передачи информации и т. д. По-
лупроводниковые элементы оптоэлектроники — оптроны совместимы
с интегральной технологией, в то время как известные электромаг-
нитные элементы гальванической развязки — трансформаторы прин-
ципиально не могут быть включены в единый технологический цикл
изготовления интегральных схем.
Совмещение в оптоэлектронных функциональных компонентах
двух способов обработки и передачи информации — оптического
и электрического — позволяет достигать предельного быстродей-
ствия, огромной плотности размещения хранимой информации, со-
здания высокоэффективных средств отображения информации и т. д.
В отличие от электрической связи оптическая связь без допол-
нительных затрат может быть реализована между низкоомными и
высокоомными, низковольтными и высоковольтными, низкочастот-
ными и высокочастотными, подвижными и неподвижными участка-
ми одной и той же цепи или устройства. Развязка электрических
цепей с помощью оптронов достигает 1016 Ом и 105 В.
Фотоприемники и излучатели могут использоваться в схемах
как объединенными друг с другом в одном корпусе, так и раз-
дельно. В этой связи значительный интерес представляет приме-
нение светодиодов в качестве различных индикаторов (например,
при настройке в приемниках), в шкальных механизмах, в электри-
фицированных игрушках и других устройствах.
Серийно выпускаемые оптроны различных типов позволяют
уже сейчас во многих случаях заменять механические реле и транс-
3

форматорные аналоговые переключатели, осуществлять управление
незаземленными цепями (например, обратной связью в операцион-
ных усилителях), обеспечивать эффективный обмен информацией
между субсистемами вычислительного устройства, когда большие
циркулирующие токи не допускают соединения земляных выводов
субсистем из-за возникающих наводок.
Создание устройств памяти с фантастической емкостью и боль-
шой скоростью выборки обещает голография, стремительное раз-
витие которой началось с появлением лазерной техники. Не менее.
перспективно развитие оптоэлектроники в направлении совершен-
ствования средств отображения информации. Одна из важнейших
целей этого направления — создание высококачественного плоского*
экрана для цветного телевидения *.
В связи с перечисленными задачами оптоэлектроники соответ-
ствующим образом представлен и расположен материал данной
книги. Сначала рассмотрены фотоэлектрические полупроводнико-
вые приемники лучистой энергии, такие, как фоторезисторы, фото-
диоды, биполярные и канальные фототранзисторы, фототиристорыг
двухбазовые фотодиоды и витроды. Представлены схемы фотопре-
образователей. Далее описаны различные типы излучателей и схемы
к ним. Даны сведения и приведены характеристики оптронов раз-
личных типов. В заключительных разделах книги рассмотрены раз^
нообразные оптоэлектронные устройства. Такое расположение ма-
териала книги, на взгляд автора, даст возможность читателю про-
следить тенденцию развития оптоэлектроники, а также по мере
нарастания сложности прийти к рассмотрению более современных
оптоэлектронных устройств.
Имея оптрон или отдельно фотоприемник и излучатель, радио-
любитель самостоятельно в лабораторных или домашних условиях
может построить целый ряд интересных оптоэлектронных устройств,
таких, как пробники, генераторы световых импульсов, цифровое
табло, индикаторы состояния, индикаторы настройки, устройства
автоматической регулировки яркости в телевизорах и дистанцион-
ного управления телевизионным приемником, модуляторы, логиче-
ские преобразователи, реле времени, фотоэлектронные счетчики,,
автостопы, импульсные и ключевые схемы и т. д.
Книга рассчитана на подготовленных радиолюбителей-конструк-
торов, а также может быть полезна специалистам, занимающимся
конструированием оптоэлектронных устройств.
Отзывы о книге просьба направлять по адресу: 113114, Москва
М-114, Шлюзовая набережная, 10, Издательство «Энергия», редак-
ция Массовой радиобиблиотеки.
Автор
* Манукян Э. М. Оптоэлектроника — новая отрасль электрон-
ной техники. — «Приборы и системы управления», 1973, № 8, с. IS.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИЕМНИКИ
ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ
Фотоэлектрические параметры фотоприемников. Для правиль-
ного выбора приемников лучистой энергии необходимо знать их
фотоэлектрические параметры.
Здесь представлены основные фотоэлектрические параметры
фотоприемников.
Рабочее напряжение фотоприемника U9 — постоянное напря-
жение, приложенное к фотоприемнику, при котором обеспечиваются
иоминальные параметры при длительной его работе в заданных
эксплуатационных условиях.
Максимально допустимое напряжение фотоприемника ?/Макс —
максимальное постоянное напряжение, приложенное к фотоприем-
нику, при котором отклонение его параметров от номинальных не
превышает указанных пределов при длительной его работе в за-
данных эксплуатационных условиях.
Электрическая прочность изоляции Vaa — максимально допу-
стимое напряжение между выводами и корпусом фотоприемника,
при котором в течение длительного 1времени не происходят пробоя
изоляции или уменьшения сопротивления изоляции в заданных
эксплуатацонных условиях.
Дифференциальное электрическое сопротивление RA — отноше-
ние малых приращений напряжения и тока на фотоприемнике
в заданных эксплуатационных условиях.
Статическое сопротивление Rc — отношение постоянного на-
пряжения на фотоприемнике к проходящему через него постоянно-
му току в заданных эксплуатационных условиях.
Темновое сопротивление RT — сопротивление фотоприемника
в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спек-
тральной чувствительности.
Световое сопротивление Re — сопротивление фотоприемника,
измеренное через определенный интервал времени после начала
воздействия излучения, создающего на нем облученность или осве-
щенность заданного значения.
Темновой ток /т — ток, протекающий через фотоприемник
при указанном напряжении на нем в отсутствие потока излучения
в диапазоне спектральной чувствительности.
Фототок /ф — ток, протекающий через фотоприемник при ука-
занном напряжении на нем, обусловленный только воздействием
потока излучения с заданным спектральным распределением.
Общий ток /общ — ток, состоящий из темнового тока и фото-
тока.
Напряжение фотосигнала Uc — изменение напряжения на со-
противлении нагрузки, вызванное действием на фотоприемник из-
лучения источника сигнала.
5

Чувствительность фотоприемника S — отношение изменения из-
меримой электрической величины, вызванного падающим на фото-
приемник излучением, к количественной характеристике этого из-
лучения в заданных эксплуатационных условиях.
Токовая чувствительность Si — чувствительность фотоприем-
ника, у которого измеряемой электрической величиной является
фототок.
Вольтовая чувствительность Sv—чувствительность фотоприем-
ника, у которого измеряемой электрической величиной является на-
пряжение фотосигнала.
Интегральная чувствительность 5ИНТ — чувствительность фото-
приемника к немонохромагическому излучению заданного спект-
рального состава, а монохроматическая чувствительность S ^ —
чувствительность к монохроматическому излучению. Статическая
чувствительность 5Д — чувствительность, определяемая отношением
постоянных значений измеряемых величин, а дифференциальная
чувствительность S\ ¦— чувствительность, определяемая отношением
малых приращений измеряемых величин.
Импульсная чувствительность 5Имп — отношение амплитудного
значения фототока (напряжения) фотосигнала, вызванного падаю-
щим на фотоприемник импульсным излучением, к амплитудному
значению мощности этого импульсного излучения при заданной
его форме.
Наклон люкс-омической характеристики фоторезистора — тан-
генс угла наклона линейного участка люкс-омической характери-
стики фоторезистора, построенной в двойном логарифмическом
масштабе.
Ток шума фотоприемника /ш — это среднеквадратическое зна-
чение флуктуации тока, протекающего через фотоприемник в ука-
занной полосе частот, а напряжение шума фотоприемника Um —
среднеквадратическое значение флуктуации напряжения на задан-
ной нагрузке в цепи фотоприемника в указанной полосе частот.
Максимум спектральной характеристики Ямакс — длина волны,
соответствующая максимуму спектральной характеристики фото-
приемника.
Эффективная фоточувствительная площадь ЛЭфф — площадь
фоточувствительного элемента эквивалентного по фотосигналу фо-
топриемника, чувствительность которого равномерно распределена
по фоточувствительному элементу и равна максимальной локальной
чувствительности данного фотоприемника.
Граничная частота frp — частота синусоидально-модулирован-
ного потока излучения, при которой чувствительность фотоприем-
ника падает до значения 0,707 от чувствительности при смодули-
рованном излучении.
Собственная постоянная времени х — это интервал времени по-
сле прекращения воздействия излучения, по истечении которого
спадающее по экспоненте напряжение фотосигнала уменьшается
в е раз, равное времени после начала воздействия излучения, по
истечении которого нарастающее по экспоненте напряжение фото-
сигнала достигает доли 1—1/е от своего максимального значения.
Емкость фотоприемника С — электрическая емкость между
выводами фотоприемника в заданных эксплуатационных усло-
виях.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность Ямакс —
максимально электрическая мощность, рассеиваемая в фотоприем-
6

нике, при которой отклонение его параметров от номинальных зна-
чений не превышает указанных пределов при длительной работе
в заданных эксплуатационных условиях.
Температурный коэффициент фототока <хт — отношение про-
центного изменения фототока фотоприемника к вызвавшему его
абсолютному изменению температуры окружающей среды при за-
данной освещенности (облученности).
Абсолютная спектральная характеристика чувствительности
5абс(А,)—зависимость монохроматической чувствительности фото-
приемника, измеренной в абсолютных единицах, от длины волны
регистрируемого потока излучения.
Вольтовая характеристика I(U)—зависимость электрического
тока от напряжения, приложенного к фотоприемнику, при фикси-
рованном потоке излучения.
Относительная спектральная характеристика чувствительности
5 (Я)—зависимость монохроматической чувствительности фотопри-
емника, отнесенной к максимальной чувствительности, от длины
волны регистрируемого потока излучения.
Фоторезисторы. В фоторезисторах используется явление фото-
проводимости, т. е. изменения электропроводимости вещества под
воздействием электромагнитного излучения.
Фоторезисторы изготавливают на основе полупроводниковых
материалов, обладающих как собственной, так и примесной фото-
проводимостью. К первой группе следует отнести фоторезисторы
на основе соединений свинца (PbSe, PbS, PbTe) и индия (InSb,
InAs). В последнее время стали разрабатываться фоторезисторы на
основе тройных соединений типа HgCdTe, PbSnTe, представляющие
собой твердые растворы двух компонентов (HgTe и CdTe, PbTe
и SnTe), у которых область спектральной чувствительности может
изменяться в широких пределах в зависимости от количественного
содержания отдельных компонентов. Ко второй группе относятся
фоторезисторы на основе германия и кремния, легированных при-
месями различных элементов — золота (Ge:Au), золота и сурьмы
(Ge : Аи, Sb), цинка (Ge:Zn), цинка и сурьмы (Ge:ZnSn), меди
(Ge: Си), кадмия (Ge:Cd), ртути (Ge : Hg), бора (Si: В), а так-
же сплав кремния с германием, легированный цинком и сурьмой
(Ge—Si: Zn, Sb), и другие сочетания примесей. Фоторезисторы на
основе CdS и CdSe могут быть отнесены к приемникам с собствен-
ной или примесной фотопроводимостью в зависимости от концент-
рации введенной примеси (например, Си или Ag).
Промышленность выпускает десятки различных типов фоторе-
зисторов. В зависимости от типа и назначения фоторезисторы мо-
гут иметь различную конструкцию. Различают неохлаждаемые и
охлаждаемые фоторезисторы. Наибольшее распространение полу-
чили неохлаждаемые фоторезисторы.
Светочувствительные элементы фоторезисторов обычно поме-
щают в пластмассовый или металлический корпус, а когда необ-
ходимы малые габариты, обходятся без него. К. фоторезисторам,
выполненным без корпуса, относятся следующие типы: ФСА-1а,
ФСД-la, ФСК-1а, ФСК-5, ФСК-7а, ФСК-76. Светочувствительный
элемент фоторезисторов ФСК-1а, ФСД-la приклеивают к стеклян-
ной подложке, на которую нанесены серебряные электроды для
создания контактов.
Фоторезисторы типов ФСА-1, ФСА-2, ФСД-1, ФСК-1, ФСК-2,
ФСК-4а, ФСК-6 изготовляют в пластмассовом корпусе.

У фоторезисторов ФСА-6 и ФСК-6, предназначенных для ра-
боты в отраженном свете, светочувствительный элемент пред-
ставляет собой плоскую шайбу с отверстием, через которое свет
иоступает на отраженную поверхность, что дает возможность уста-
навливать фоторезисторы на близком расстоянии от контролируе-
мого объекта. Дополнительно светочувствительный элемент у этих
фоторезисторов защищен от воздействия внешней среды проярач-
ной лаковой пленкой, однако она не обеспечивает их надежной
защиты в условиях повышенной влажности. Фоторезисторы ФСК-1,
Рис. 1. Бескорпусные фоторезисторы и фоторезисторы в пластмас-
совом корпусе.
ФСК-2, ФСА-6 и ФСК-6 могут быть включены в октальную радио-
панель, а фоторезистор ФСД 1—в семиштырьковую. Выводы фото-
резисторов ФСК-4а рассчитаны на включение в специальную па-
нель, так как фоторезисторы данного типа обычно комплектуют
а* блоки с большим числом элементов. Некоторые из перечисленных
типов фоторезисторов представлены на рис. 1.
8

Герметизированные фоторезисторы используют в условиях по-
вышенной влажности и в жидких непроводящих средах. Три вари-
анта герметизированных фоторезисторов показаны на рис. 2. Пер-
вая конструкция обычно используется для герметизация светочув-
ствительных элементов фоторезисторов типов ФСК-1, ФСА-1 и
ФСД-1, вторая — для герметизации элементов фоторезисторов типа
ФСА, имеющих значительные габариты, или двух элементов ФСК-1,
третья —для дифференциальных элементов типа ФСК-7 (рис. 2).
Фоторезисторы ФСА-2 имеют радиоламповый цоколь, позволяющий
Рис. 2. Герметизированные фоторезисторы.
включать их в стандартную панель; у фоторезисторов ФСА-Г1,
ФСД-П, ФСК-Г1, ФСК-Г7 выводы выполнены в виде металличе-
ских лепестков.
""' К миниатюрным фоторезисторам с влагозащитой светочувстви-
тельного элемента относятся пленочные селенисто-кадмиевые и сер-
нисто-кадмиевые фоторезисторы следующих типов: СФ2-1, СФ2-2,
СФЗ-1, СФЗ-2 и ФСК-П1 (рис. 3). Фоторезисторы СФЗ-1 и СФ2-1
имеют одинаковые пластмассовые основания, на торцах которых
помещены миниатюрные светочувствительные элементы. Селенисто-
1 9

кадмиевые фоторезисторы типа СФЗ-1 выполняют обычно в кор-
пусе черного цвета, а сернисто-кадмиевые фоторезисторы СФ2-1 —
в корпусе коричневого цвета. Светочувствительные элементы этих
фоторезисторов защищены от воздействия внешней среды пленкой
прозрачной эпоксидной смолы. Фоторезисторы СФЗ-2 имеют такое
же внешнее конструктивное оформление, как и фоторезисторы
СФ2-2, и отличаются от них конфигурацией электродов, светочув-
ствительным слоем и собственно-электрическими параметрами.
Светочувствительные элементы фоторезисторов ФСК-П1 и
СФ2-2 укрепляют в пластмассовом корпусе с окном, которое со-
единено с корпусом с помощью эпоксидной смолы.
Рис. 3. Миниатюрные фоторезисторы.
Основные параметры некоторых типов фоторезисторов приве-
дены в табл. 1 и 2. Относительные характеристики спектральной
чувствительности фоторезисторов на основе собственной (а) и при-
месной (б) фотопроводимостей показаны на рис. 4. Зависимости
светового тока фоторезистора ФСК-П1 (а) и напряжения сигнала
и шума фоторезистора на основе PbSe F") от напряжения пита-
ния приведены на рис. 5.
Фотодиоды — это приемники лучистой энергии, имеющие на-
правленное движение носителей тока при воздействии энергии
оптического излучения. Фотодиод представляет собой пластину по-
лупроводникового материала, внутри которой имеются области
10

Таблица 1
Тип фоторезистора
Сериистокадмиевые
Селенистокадмиевые
ФСК-1а
ФСК-1
ФСК-2
ФСК-4а
ФСК-5
ФСК-6
ФСК-7а
ФСК-76
ФСК-Г7
ФСК-Г1
ФСК-Г2
ФСК-П1
СФ2-1
СФ2-2
СФЗ-2
ФСК-М1
ФСК-М2
ФСД-1а
ФСД-1
ФСД-П
СФЗ-13
0,125
0,125
0,125
0,125
0,05
0,2
0,35
0,35
0,35
0,12
0,2
0,1
0,01
0,05
0,1
C—6)-Ю-2
C—6) -Ю-2
0,05
0,05
0,05
0,01
50
50
100
25
50
50
50
10
50
50
50
100
15
2
5
70
70
20
20
20
15
*т.
МОм,
не ме-
нее
3,3
3,3
3,3
1,6
10
3,3
0,5
0,1
5
3,3
1,6
100
15
2
5
700
70
2
2
2
30
'г
миннмалы ое
значение
(ТУ, ГОСТ
15
15
30
30
5
15
100
100
10
15
30
1
1
1
1
—
—
10
10
10
0,5
мкА
среднее
значение
5
5
10
5
1
5
10
10
5
5
10
0,01
0,5
0,5—0,2
0,5
0,1
1
1
1
1
0,01
/ф,мА,
среднее
значе-
ние
2
2
1
2
1
2
3
3
2
2
4
2
1
1,5
2
0,3
1
3
3
3
1,5
М!шима.гьнге
значение
(ТУ, ГОСТ)
100
100
20
50
17
100
3,5
8,0
100
100
83
1000—2000
500
50П
500
—
—
150
150
150
1500
среднее
значение
400
400
100
400
1000
400
50
300
400
400
800
200 000
2000
3000
4000
I03—10е
103—10е
2000
2000
2000
150 000
ИНТ'
А/лм
2,8
2,8
0,5
3,0
5,0
0,28
0,15
3,6
П,7
2,1
2,1
4,8
10
0,36
—
0,5—3
3—10
~Т5~
15
15
20
Примечания: Ч. Параметры фоторезисторов ФСК-7а, ФСК-76 и ФСК-Г7 соответствуют одной половине фоторвзистора.
2. Световой ток определен через J 5 с после Бездействия 200 лк; темновой ток определен через 30 с после снятия освещенности.

Таблица 2
Тип фоторе-
зистора
ФСА-1
ФСА-1а
ФСА-6
ФСА-П
ФСА-Г2
СФА-1
Р „,„, Вт
макс
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
ип, в
р
2—100
2—100
5—30
4—40
4—40
2—15
Я„. кОм
т
22—1000
22—1000
50—300
47—470
47—470
0,1—1000
V*E
не менее
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Т МКС
40—400
40—400
40—400
40—400
40—400
3—20
Рис. 4. Относительные характеристики спектральной чувствительно-
сти фоторезисторов на основе собственной (а) и примесной (б) фо-
топроводимостей.
/—CdS; 2-CdSe; 3 — PbS B95 К): 4 — PbS A95 К); 5— PbS G7 К); б~
PbSe B95 К); 7 —InSb G7 К); 8 — PbSe G7 К); 5 — InSb B95 К); 10 — Ge : Аи
F0 К); //-Ge:Hg B7 К); П — Ge : Cd B3 К); 13 —Gf.Cn A5 К); 14 —
Ge : Zn D К).
12

электронной \ (л-область) и дырочной (р-область) проводимостей,
разделенные р-я-переходом. Наличие /?-я-перехода во внутренней
структуре обусловливает высокое темновое сопротивление фото-
диода при отсутствии засветки; через него протекает малый"ток,
который является практически обратным током неосновных "^носи-
телей. При воздействии засветки ток неосновных носителей1 возра-
стает, причем прирост этого тока значительно превосходит прирост
тока основных носителей, т. е. отношение светового тока-к темао-
вому у фотодиода намного превышает то же отношение у фото -
резистора, изготовленного из того же материала. При включении
в вентильном режиме, т. е. без внешнего источника питания, роль
р-я-перехода сводится в основном к разделению пар носителей
заряда (электронов и дырок), возникающих под действием ;вета,
Рис. 5. Зависимости светового тока фоторезистора ФСК-П1 (а) и
напряжения сигнала и шума фоторезистора на основе PbSe (б) :от
напряжения питания.
в результате которого фотодиод вырабатывает фото-э. д. с, т. е.
выступает в качестве преобразователя энергии излучения в энергию
электрического тока.
, Статические вольт-амперные характеристики фотодиода имеют
вид, представленных на рис. 6,а. При этом следует различать как
фотодиодный (квадрант III), так и вентильный (квадрант IV) ре-
жимы. При работе в фотодиодном режиме можно выделить на
вольт-амперной характеристике два участка: линейный рабочий
участок 1 и участок 2 с отрицательным дифференциальным сопро-
тивлением (участок теплового пробоя). На рис. 6,а показан ход
вольт-амперных характеристик для различных освещенностей Е и
температур Т. Тепловой пробой, определяемый в конечном итоге
температурой рабочего тела фотодиода, зависит, в частности, от
температуры окружающей среды, тока, протекающего через фото-
диод, а также от освещенности р-я-перехода, влияющей на ток
через него. Схема замещения фотодиода в статическом режиме
может быть представлена в виде рис. 6,6, где /н — ток насыщения
при ?/ф=0,5-г-1,0 В и температуре среды Т=Трлб, Е; /тг —ток
термогенерации, генерируемый в области р-я-перехода; ?/ф— на-
пряжение приложенное к фотодиоду; /*ф — тек фотодиода в за-
13

темненном состоянии, т. е. при /¦=() и /Тг=0. В схеме замещения
включен полупроводниковый диод, обратный ток которого пола-
гается неизмеримо меньше темнового тока фотодиода, что дает
основание считать, что при работе в фотодиодном режиме цепь
полупроводникового диода разорвана.
В качестве примера на рис. 6,6 показаны световые характери-
стики германиевого фотодиода типа ФД-3. В диапазоне освещен-
ностей ?'=0ч-5000 лк эти характеристики параллельны друг другу.
Световая характеристика фотодиода без учета темновой состав-
ляющей может быть проведена на этом же рисунке через начало
координат параллельно любой световой характеристике.
Рис. 6. Статические характеристики фотодиода.
На рис. 6,г показано семейство характеристик напряжения
холостого хода фотодиода типа КФДМ для различных освещен-
ностей в функции температуры среды, а на рис. 6,д — для раз-
личных температур в функции освещенности. Расчет семейства
вольт-амперных характеристик фотодиода при определенной осве-
щенности и различных температурах среды может быть проведен
по методике, изложенной в [6].
Фотодиод — быстродействующий фотоприемник, инерционность
которого в отличие от фоторезистора практически не зависит от
14

уровня возбуждения. Расширение частотного диапазона фотодиода
без снижениях его чувствительности за пределы 10~7 с возможно
в структурах p\i-n. Полоса пропускания быстродействующих крем-
ниевых фотодиодов порядка 109 Гц. Того же порядка оказывается
и их добротность. Столь высокие добротности могут быть полу-
чены в быстродействующих поверхностно-барьерных диодах Шоттки.
Применение фотодиодов Шоттки решает проблему быстродействия
(включая СВЧ диапазон) и чувствительности приемника, однако
оставляет открытой проблему усиления фототока.
Для создания широкополосных оптронов необходимы фотопри-
емники с добротностью 10й—1012 Гц, повышение которой осуще-
ствляется за счет повышения коэффициента усиления фотоприемни-
ка в лавинных фотодиодах путем использования лавинного меха-
низма усиления фотоносителей в р-п переходе.
Фототранзисторы — приемники лучистой энергии, имеющие на-
правленное движение носителей тока и обладающие свойством уси-
ления фотоэлектронного тока при воздействии энергии оптического
излучения.
Значительная чувствительность фототранзисторов во многом
способствует их широкому применению в фотоэлектронных схемах
и устройствах.
Конструктивно фототранзистор представляет собой полупровод-
никовую пластину с тремя чередующимися областями электронной
и дырочной проводимостей, снабженными выводами для включе-
ния фототранзистора в схему, причем базовая область доступна
для воздействия на нее светом.
Рассмотрим основные параметры фототранзисторов.
Напряжение на коллекторе — напряжение между коллектором
и выводом, который является общим для схемы включения фото-
транзистора; напряжение на эмиттере — напряжение между эмитте-
ром и выводом, общим для схемы включения фототранзистора; на-
пряжение на базе — напряжение между базой и общим для схемы
включения фототранзистора выводом.
Токовая чувствительность — отношение изменения электрическо-
го тока на выходе фототранзистора к изменению потока (плотно-
сти потока) излучения при холостом ходе на входе и коротком
замыкании на выходе по переменному току; вольтовая чувствитель-
ность — отношение изменения напряжения на выходе фототранзи-
стора к изменению потока (плотности потока) излучения при хо-
лостом ходе на входе и коротком замыкании на выходе по пере-
менному току.
Коэффициент усиления по фототоку — отношение фототока кол-
лектора фототранзистора при отключенной базе к фототоку
освещаемого р-я-перехода, измеренному в диодном режиме.
Наиболее часто используемая схема включения фототранзисто-
ра с общим эмиттером (рис. 7,а). Схема замещения фототранзисто-
ра на постоянном токе показана на рис. 7,6. На схеме замещения
обозначено: /*фТ — ток через фототранзистор для случая, когда
темновой ток фототранзистора равен нулю; Ф — световой поток;
k — коэффициент фоточувствительности; Ъш — интегральный коэффи-
циент усиления фототранзистора; /к нас—ток затемненного фото-
транзистора, включенного по схеме двухполюсника со свободным
эмиттером; /?ДИф—дифференциальное сопротивление вольт-ампер-
ной характеристики ^кбо = ^ (^Кб)- Як — эквивалентное сопро-
15

Тип фотопри-
емника
ФД-1
ФД-2 (гр. 1)
ФД-2 (гр. 2)
ФД-3
ФД-За
ФД-5Г
ФД-бк
ФД-7к
ФД-9Э111А
ФД-9Э111Б
ФД-9Э1ПГ
ФД-9К
КФ ДМ
ФТГ-3
ФТ-Щ
ФТ-1К(гр.2)
/, мм
18
22х
Юх
1 С
15
2,2х
Юх
1 К
10
9
9
10
14
6,5
17,1
17,1
17,1
9
12
6,3
10
10
ф, ММ
8,2
—
—
3,85
3,85
8
5,5
19,6
8
3
8
11
3,87
8,7
3,9
3,9
шг.
0,9
0,5
0,5
0,42
0,42
1
1,6
6,8
2,5
2,5
2,5
1,6
0,8
1,6
0,42
0,42
*1 '
\фф'
мм*
5
1
1
2
2
2,5
2
78
1
1
1
19,6
2
3
2
2
15
30
30
10
10
15
20
27
10
10
10
10
20
5
5
5
мкА
30
26
25
10
10
^8
1
5
<10
<20
<25
10
1
<50
<з
<1
/
S-/ мА/лм
/
^20
^20
15ч-19
>15
—
>25
1,4-Ю-2
мкА/лк
0,47 мкА/лк
>17
—
3
1,5-Ю-2
мкА/лк
1000
^0,4 мкА/лк
5?0,2 мкА/лк
40
__
40
40
—
—
<40
—
—
—
—
—
—
—
—
50]
—
—
—
—
—
—
¦—
—
<80
.
40%
25
—
—
—
—
Примечания:!. Д , , — размер фоточувствительисй площади.
Эфф
2. Долговечность фотолриемников от 500 до 10 000 ч
тивление коллекторного перехода затемненного фототранзистора
в схеме с общей базой.
Пример семейства вольт-амперных характеристик фототранзи-
стора типа ФТ-1 показан на рис. 7,в. Основные параметры неко-
торых типов германиевых и кремниевых фотодиодов и фототранзи-
сторов приведены в табл. 3. Методика расчета статических харак-
теристик фототранзисторов изложена в [6].
В качестве высокочувствительных фотоприемников в оптронах:
могут быть также использованы полевые фототранзисто-
р ы. Интерес к ним определяется их высокой фоточувствительно-
стью (от десятков до нескольких сотен ампер на люмен), широкой
полосой пропускания A06—107 Гц), значительной мощностью рас-
16

Таблица $
/т, мкА, при Т°С
60
ПО
65
_
—
—
__
—
—
—
—
—
75
—
7
30
—
—
—
—
3,5
—
30
<20
80
II 1 11
—
—
—
—
—
—
—
—
—
-50
II 1 II
—
—
—
70%
—
—
—
—
§s
«О
50
<100
100
50
>100
^зЮО
>100
—
100
- —
^100
^10G
Постоянная
времени
1, С
3-5-10-6
—
—
—
<1,2Х
ХЮ-1
<.2-10-7
К2.5Х
.ХЮ-7
—
3,5.10-"
. _
—
—
^р1Готносителыюй *
влажности 95—98%
в течение 40 ч
II 1 II
5-25
1,4-Ю-2
0,47
—
—
—
3
1,5-Ю-2
>1000
^0,4 мкА/лк
^0,2 мкА/лк
мкА/лк
при вибра-
ции
II 1 1 1
>25
1,4-Ю-2
0,47
—
—
—
3
1.5-1Г-2
^1000
—
—
при линей-
ном уско-
рении
—
>25
1,4.10-'
_
—
—
—
1.5-Ю-*
сеивания (порядка нескольких сотен киловатт), возможностью ра-
боты при больших уровнях сигнала.
Принципиальное устройство полевого фототранзистора показа-
но на рис. Ъ,а и б, а его типичная схема включения — на рис. 8,в.
Фртотиристоры представляют собой приборы, управление кото-
рыми осуществляется светом [6, 7]. Фототиристор может также
управляться световым сигналом в сочетании с электрическим. Такой
прибор обладает преимуществами перед фоторезисторами, фото-
диодами и фототранзисторами по рабочим токам и напряжениям.
Принцип работы фототиристора аналогичен принципу работы
триодногр тиристора, когда в качестве управляющего сигнала ис-
пользуется свет. Падающий свет вызывает, световую генерацию

Рис. 8. Принципиальное устройство и типичная схема, включения по-
левого фототранзистора.

Рис. 9. Статические характеристики фототиристора.

электронно-дырочных пар около центрального перехода. При воз-
растании интенсивности светового потока ток через переход уве-
личивается, растет суммарный коэффициент передам тока состав-
ляющих транзисторов. При значении, большем едуницы, фототири-
стор включается. Подача дополнительного электрического сигнала
ла управляющий электрод может быть использована как для вклю-
чения фототиристора, так и для изменения порога срабатывания
прибора от светового сигнала.
Фототиристор может быть получен на ос/гаве, например, обыч-
ного маломощного тиристора типа КУЮ1 при освещении открытой
p-n-p-n-структуры прибора. Вольт-амперные характеристики такого
прибора для токов управления 400 и 800 мкА, по-
лученные при различных освещенностях, показа-
ны на рис. 9,а, б. Световые характеристики и ха-
рактеристики управления фототиристора при раз-
личных уровнях освещенности представлены на
рис. 9,б, г [7]. Температурные характеристики
(Упер Для различных токов управления фототири-
стора, изготовленного на базе тиристора типа
Д236Г, показаны на рис. 9,д.
Однопереходные фототранзисторы (двухбазо-
вые фотодиоды) представляют собой трехэлек-
Рис 10 Мо- тродные полупроводниковые приборы, которые со-
дель двухбазо- стоят из базовой области кристалла кремния
вого фотодио- тина п .с омическими контактами двух баз.
да#' Третий электрод служит эмиттером; он обра-
; ; зует выпрямляющий контакт с базовой об-
; ¦¦ ластью.
Изучение свойств и характеристик однопереходных транзисто-
ров., выяснение особенностей построения схем с их использованием
удобно ' показать на модели, отражающей физическую сущность
происходящих в них процессов (рис. 10). Световой сигнал посту-
пает на фототранзистор 1 с одновременным заданием положитель-
ного' потенциала в точках 3 и Bj схемы. Если в исходном состоя-
нии потенциал эмиттера меньше потенциала второй базы и интен-
сивность падающего света мала, то оба транзистора оказываются
закрытыми. При повышении потенциала точки Э и увеличении
¦светового сигнала ток фототранзистора растет и открывает би-
полярный транзистор 2, что приводит к еще большему возрастанию
тока фототранзистора, так как уменьшается напряжение на его
базе. В результате этого на характеристике появляется участок
отрицательного дифференциального сопротивления.
В качестве основных параметров однопереходных фототранзи-
сторов можно использовать параметры обычных однопереходных
транзисторов с добавлением параметров, отражающих фоточувстви-
тельные свойства.
Витроды. В последнее время успешно внедряются в практику
быстродействующие витроды (переключатели) на основе халько-
генидных стеклообразных полупроводников *.
Одним из возможных способов создания управляемого пере-
ключателя может быть сочетание витрода с последовательно или
* Витрод, управляемый светом. — «Приборы и системы управ-
ления», 1973, № 6, с. 26—27. Авт.: Б. Т. Коломиец, Г. А. Андреева,
Э. А. Лебедев и др.
20

параллельно * соединенным с ним управляемым резистором К
(рис. 11,а). Вольт-амперные характеристики устройства, состояще-
го из последовательно соединенных внтрода В и управляемого ре-
зистора.,-/? для \двух сопротивлений резистора, схематически пред-
•ставлены на рис^ 11,6. С увеличением сопротивления напряжение
прямого перехода устройства растет, что позволяет, изменяя со-
противления, изменять напряжение прямого перехода устройства и
управлять процессом переключения витрода В. В случае парал-
лельного витроду включения управляемого резистора (рис. 11,в)
цольт-амперная характеристика устройства при изменении сопро-
Рис. П. Витрод.
тивления R меняется таким образом, что напряжение прямого пе-
рехода остается постоянным, а изменяется ток прямого перехода
(рис. 11,г). При увеличении R ток уменьшается, что также дает
¦возможность управлять процессом переключения витрода.
Управляемый светом переключатель можно получить, соединив
с витродом последовательно или параллельно фоторезистор (мате-
риалы, из которых выполнены витроды, практически не чувстви-
тельны к свету). Конструкция таких витродов представлена на
рис. 11,5. В качестве фоточувствительного слоя витрода исполь-
зуются пленки или таблетки CdS (/), изготовляемые из порошка
по общепринятой технологии. Металлические электроды 2, 3 не
отличаются от электродов, принятых при изготовлении фоторези-
сторов этого вида. На электрод 3 без контакта с фотослоем 5
методом термического напыления наносится слой халькогенидного
21

стекла 4, обычно применяемого при изготовлении витродов. Элек-
тродом к слою халькогенидного стекла может служить графит,
молибден, вольфрам. Электрод 3 позволяет не только соединять,
витрод и фоторезистор последовательно или параллельно, но и,
разделяя материалы витрода и фоторезистора, предотвращать воз-
никновение переходных процессов на их границе.
Существенное достоинство данного устройства — объединение
в единой конструкции витрода и фоторезистора. Воздействуя на
фоторезистор светом, можно в зависимости от способа соединения-
витрода и фоторезистора изменять вольт-амперные характеристика
устройства. При работе устройства в реальных схемах сопротивле-
ние нагрузочного резистора RH и напряжение Е, приложенное-
к схеме, выбираются в зависимости от параметров фоторезистора
и витрода, а также от способа их соединения. Вольт-амперная ха-
рактеристика витрода / и нагрузочные прямые для случая после-
довательного соединения витрода и фоторезистора представлены'
на рис. 11,е. Нагрузочное сопротивление равно сумме сопротивле-
ния нагрузки JRa и сопротивления фоторезистора #ф. Рабочими
точками являются точки пересечения вольт-амперной характери-
стики витрода и нагрузочных прямых. Положение рабочей точки
изменяется при изменении Кф. При выборе Е и RB необходимо,,
чтобы рабочая точка устройства в темноте находилась на высоко-
омном участке вольт-амперной характеристики витрода (нагрузоч-
ная прямая 2), а при освещении — на низкоомном участке (нагру-
зочная прямая 3).
При параллельном соединении витрода и фоторезистора при
конкретных постоянных значениях Е и Rn в темноте (/?ф велико)
рабочая точка размещается на низкоомном участке (точка а)г
а при освещении (Я'ф мало)—-на высокоомном (точка б). Поло-
жение рабочей точки изменяется в зависимости от уровня осве-
щенности фоторезистора (рис. 11,ж).
Рассматриваемое устройство можно использовать в качестве
управляемого светом мультивибратора, триггера, генератора пило-
образных импульсов и т. д. Для этого нужно выбрать параметры
схемы и освещенность таким образом, чтобы рабочие точки устрой-
ства находились на соответствующих участках вольт-амперной ха-
рактеристики витрода.
Интересен также фотовентиль*, представляющий собой со-
четание витрода и фоторезистора. Управляемый светом элемент
является стандартным фоторезистором из CdS, в котором один из
электродов заменен слоем халькогенидного стекла с электродом
на его поверхности. Конструкция прибора изображена на рис. 12,а.
Освещение устройства проводится через зазор между электродами.
Вольт-амперная характеристика фотовентиля в темноте, как видно-
из рис. 12,6, симметрична и соответствует сопротивлению несколь-
ких мегаом. Под действием света вольт-амперная характеристика
устройства становится несимметричной и существенно зависимой
от его освещенности (рис. 12,в). Из сравнения вольт-амперных
характеристик освещенного и неосвещенного фотовентилей следует,
что под действием света в устройстве возникает переходной слой,
* Коломиец Б. Т., Андреева Г. А., Шпунт В. X. Фотовентили;
нового типа. — «Приборы и системы управления», 1974, № 10;
с. 46.
22

обладающий униполярной проводимостью. Коэффициент выпрям-
ления фотовентиля зависит от интенсивности света. Изменяя пло-
щадь электродов и расстояние между ними, можно получать раз-
личные коэффициенты выпрямления и различные выпрямленные
токи.
Рис. 12. Фотовентиль.
/ — стеклянная подложка; 2 — фоточувствительный слой CdS; 3 — электрод
к фотослою; 4—слой халькогенидного стекла (витрод); 5 — электрод к вит-
роду.
Расчеты показывают, что для получения максимального коэф-
фициента выпрямления, обеспечивающего надежность работы при-
бора, толщина слоя халькогенидного стекла должна быть такой,
чтобы его собственное сопротивление удовлетворяло условию /?фС~
z&R*c<Rnep, где Rxс — сопротивление слоя халькогенидного стек-
ла; /?фС — сопротивление фотослоя при освещении; /?Пер — сопро-
тивление слоя, обладающего униполярной проводимостью (сопро-
тивление перехода).
Фотовентиль можно изготовить как в дискретном, так и в мат-
ричном исполнении. Фотовентиль прост в изготовлении и обладает
достаточной стабильностью параметров.
Сочетание витродов с различными фоторезисторами позволяет
создать переключатели самых разнообразных типов.
ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Простейшие аналоговые фотопреобразователи. Простейшая
схема фотопреобразователя показана на рис. 13,а и представляет
собой два встречно включенных фотодиода с идентичными харак-
теристиками, соединенных последовательно с источником напряже-
ния переменного тока и нагрузкой, с которой снимается выходной
сигнал.
Напряжение на выходе схемы определяется освещенностью
фотодиодов, которые размещают таким образом, чтобы освещенность
была одинаковой. Для измерения узкого интервала измене-
ний освещенностей при наличии регулировки и настройки на
соответствующие диапазоны применяют дифференциальные схемы
включения (рис. 13,6). Наряду с измерением абсолютных значений
освещенностей практический интерес представляет задача определе-
ния их разности. Если вместо резистора /?2 включить фоточувствитель-
ный элемент, то полученная схема позволит измерять разность двух
освещенностей. Для измерения разности освещенностей предна-
значена также схема фотопреобразователя на рис. 13,в, позволяю-
щая преобразовать разность освещенностей в .переменный электри-
23

ческий сигнал, величина которого пропорциональна этой разности
а фаза реверсируется в зависимости от преобладания одной из
освещенностей. Для измерения разности освещенностей предназна-
чена также схема на рис. 13,г. Здесь фотодиоды ФД] и ФД'2 реа-
гируют на одну освещенность, а ФД\ и ФД2 — на другую [6].
Простейшая мостовая схема с фотодиодом или фоторезистором
представлена на рис. 13Д Более чувствительной является мосто-
вая схема с включением еще одного фоточувствительного элемента
в противоположное плечо моста. Для определения разности двух
освещенностей можно применять мостовую схему, в два смежных
Рис. 13. Простейшие схемы аналоговых фотопреобразователей.
плеча которой встречно включены фотодиоды или фоторезисторы,
а в другие — резисторы (рис. 13,е). Чувствительность схемы мож-
но повысить включением в одно из плеч мостовой схемы коллек-
тор-эмиттерного перехода фототранзистора (рис. \3,ж). На рис. 13,з
показана дифференциально-мостовая схема включения фотодиодов,
позволяющая при исполнении фотодиодов на одной подложке и при
наличии изолирующих прорезей между ними, расположенных под
углом 90°, использовать ее в качестве двухкоординатного датчика.
Принципиальная электрическая схема дифференциального фо-
тоэлектрического приемника представлена на рис. 14*. Рабочий
* Дифференциальный фотоэлектрический приемник. — А. С.
№ 209798 (СССР). Опубл. в бюл. «Открытия. Изобретения. Про-
мышленные образцы. Товарные знаки», 1968, № 5. Авт.: В. М. Ива-
нов, Ю. Д. Маслов, Н. Л. Смоляр и др.
24

режим схемы обеспечивает совмещение люкс-амперных характери-
стик фоторезнсторов в широком диапазоне освещенностей, что по-
вышает точность работы систем автоматической фокусировки изоб-
ражений, для использования в которых предназначен данный при-
емник. Это достигается благодаря тому, что к источникам питания
присоединены стабилизаторы напряжения, в эмиттерную цепь вы-
ходных транзисторов включены фоторезисторы, а в базовой цеп*
установлены потенциометры.
Два фоторезистора 1 устройства расположены на общем осно-
вании и имеют общий средний вывод, соединенный с индикатором
2, например, гальванометром, регистрирующим разность электриче-
ских сигналов.
Рис. 14. Принципиальная электрическая схема дифференциального
фотоэлектрического приемника.
Напряжение к фоторезисторам подводится от источников пи-
тания по двум отдельным каналам, каждый из которых содержит
блок преобразования низкого напряжения постоянного тока в за-
данное 3 и блок 4, являющийся регулируемым стабилизатором
напряжения. Блок 3 представляет собой релаксационный генера-
тор с самовозбуждением на транзисторе, включенном по схеме ОЭ,
и однополупериодный выпрямитель, работающий на конденсатор.
Стабилизатор напряжения собран на двух транзисторах, причем
регулировочный потенциометр 5 включен в цепь база — коллектор,
и, следовательно, выходной ток не протекает через потенциометр
и не шунтирует фоторезистор. Регулировочные потенциометры
в каждом стабилизаторе служат для первоначального балансиро-
вания схемы, которое в процессе работы поддерживается автома-
тически, так как выходное напряжение, поддерживаемое стабили-
затором, не меняется, при изменении нагрузки, т. е. при изменении
освещенности фоторезисторов.
Фотоэлектрический приемник предназначен преимущественно
Для использования в устройствах автоматической фокусировки изо-
25

бражения, в фотоэлектрических микроскопах и в измерительных
фотоэлектрических устройствах.
Фотореле. Рассмотрим некоторые возможности применения фо-
топриемников в схемах фотореле.
Устройства фотореле на фототиристорах показаны на рис. J5
[7]. Преимуществами фотореле перед электромеханическими яв-
ляются компактность, отсутствие подвижных частей, отсутствие
контактов, высокое быстродействие, механическая прочность, боль-
шой срок службы, электрическая развязка входа и выхода.
Рис. 15. Фотореле на фототиристорах.
В схеме фотореле постоянного тока (рис. 15,а) при подаче за-
пускающего светового сигнала фототиристор открывается, и через
нагрузку протекает электрический ток. Недостатком такого фото-
реле является то, что оно не отключается после снятия управ-
ляющего светового сигнала и для приведения фотореле к исход-
ному состоянию необходимо использовать специальную схему. На-
пример, с помощью управляемого фототиристора этот недостаток
можно устранить [7].
В схеме фотореле переменного тока, если нагрузка носит ин-
дуктивный характер, параллельно .нагрузке подключают диод, как
показано на рис. 15,6. Еще одна схема фо-
тореле переменного тока представлена на
рис. 15,в, здесь к диодному мосту и к цепи
переменного тока может быть подключен
резистор [7].
На рис. 15,г показана схема с двумя
фототиристорми для двухполупериодного
выпрямленного тока. При отсутствии фото-
тиристора бесконтактное фотореле может
Рис. 16. Фотореле на быть построено на двух транзисторах (один
двух фототранзисто- из которых или оба являются фоточувстви-
рах. тельными), включенных по модели четырех-
26

слойной структуры (рис. 16). Такая схема позволяет получать релей-
ный режим по току в нагрузке. Зависимость тока коллектора от
освещенности позволяет использовать фототранзистор в качестве чув-
Рис. 17. Фотореле для регулирования в помещении и на улице.
ствительного элемента фотореле, в котором фототранзистор включен
по схеме ОЭ, обмотка исполнительного реле включается в цепь кол-
лектора, а в цепь базы — резисторы, один из которых шунтируется
размыкающим контактом исполнительного
реле. Изменяя сопротивление резисторов,
можно настраивать реле на заданные осве-
щенности срабатывания и отпускания [6],
Для регулирования освещения в поме-
щении или на улице могут быть использова-
ны фотореле на рис. 17. Исполнительная
часть фотореле работает на переменном то-
ке, а измерительная — на постоянном. На-
стройка фотореле с герконами (Г — контак-
ты геркона) на определенный порог сраба-
тывания осуществляется перемещением об-
мотки относительно геркона [8] или элек-
трическим путем. В ряде случаев имеет
смысл применять импульсный фотопреобра-
зователь с релейным выходом. В таких
устройствах имеются исполнительный узел
и геркон, включаемый между управляю-
Рис. 18. Фотопреоб-
разователь, обеспечи-
вающий изменение из-
лучения ламп нака-
ливания в зависимо-
сти от изменения
внешней освещенно-
сти.
27

щим электродом тиристора Т и катодом диода Д\ (рис. 17,а) 'ила
между управляющим электродом тиристора Т и источником пита-
ния последовательно с регулируемым резистором (рис. 17,6). Ис-
полнительный узел представляет собой тиристор с нагрузкой в виде
обмотки исполнительного реле и цепи управления, в коюрую вклю-
чается регулируемый резистор для ограничения базового тока и
Рис. 19. Преобразователи освещенности в частоту на блокинг-гене-
раторе.

настройки тиристора. Геркон управляет электрической обмоткой
©г, находящейся в блоке измерения фотопреобразователя. Блок
измерения состоит из ждущего мультивибратора, построенного на
двух биполярных транзисторах Ти Т2, с эмиттерной связью. Ча-
стота генерирования мультивибратора определяется частотой за-
дающего генератора, который осуществляет периодический запуск
^едущего мультивибратора.
Рис. 20. Частотно-временные преобразователи освещенности.
Для изменения излучения ламп накаливания в зависимости
от изменения внешней освещенности предназначен фотопреобразо-
ватель (рис. 18), построенный на основе силового тиристора,
в анодную цепь которого включена нагрузка (лампы накалива-
ния) [8].
Частотно-временные фотопреобразователи. Задача дистанцион-
ного контроля освещенности представляет значительный практиче-
ский интерес. В ряде случаев удобно преобразовывать освещен-
ность в частоту синусоидальных сигналов, длительность или ча-
стоту следования импульсов. Может также представлять интерес
дистанционная передача информации об освещенности с помощью-
радиосигналов.
Для преобразования освещенности в частоту применяют гене-
раторы импульсов или синусоидального напряжения с включением
во времязадающую цепочку фоточувствительных полупроводни-
ковых приборов. С помощью блокинг-генератора можно получить
преобразователь типа изменение освещенности — изменение часто-
ты. На рис. 19,а—з показаны некоторые подобные схемы [9].
Управляющим элементом в цепи разряда является базовый рези-
стор i?6, в качестве которого могут быть применены фоторезисторы,
фотодиоды, фототранзисторы, полевые фототранзисторы.
На рис. 20,а представлена схема самовозбуждающегося муль-
тивибратора па фототранзисторах, в которой частота генерации
является функцией освещенности. Схемы преобразователей осве-
щенностей в частоту, где в качестве основного элемента генератора
импульсов используются тиристоры, показаны на рис. 20,6, в.
Представляют интерес фотопреобразователи на мультивибрато-
рах, в которых фотоприемники включают непосредственно в цепь
разряда времязадающих конденсаторов или в цепь управления-
промежуточных элементов (рис. 21,а—л). Более подробно о по-
.строении и расчете подобных фотопреобразователей можно озна-
комиться в [6, 9].
29>

Рис. 21. Преобразователи освещенности в частоту на мультивибра-
торе.

Фотопреобразователь освещенности в частоту на модели двух-
базового фотодиода и его характеристика преобразования f=q>(E}
показаны на рис. 22 [6]. Двухбазовые диоды и их модели могут
найти также применение для бесконтактного запуска тиристора.
Логические схемы. Логические схемы на фотопреобразователь-
ных элементах могут быть использованы в автоматах, автомати-
ческих моделях, роботах и других электронных устройства, управ-
ляемых светом *.
Рис. 22. Преобразователь освещенности в частоту на модели двух-
базового фотодиода (а) и характеристика преобразования
Мр(?) (б).
Интересны логические элементы И — НЕ. Схема одного из та-
ких элементов приведена на рис. 23,а. Он состоит из диодной схе-
мы совпадения с фоторезистором /?* и инвертора, выполненного на
транзисторе Т\. При поступлении на входы логического элемента
1—3 сигналов отрицательного напряжения D—12 В) и при одно-
временном освещении фоторезистора Ri (оптический вход) транзи-
стор Т\ открывается; напряжение на выходе устройства по абсо-
лютной величине мало (около 1 В). Если же на одном из входов
элемента сигнал отсутствует, транзистор будет закрыт и напряже-
ние на выходе такого логического элемента будет приблизительно
равно напряжению источника питания. При этом транзистор Т\
закрыт положительным напряжением смещения D—6 В), подавае-
мым от дополнительного источника.
Логический элемент И — НЕ «а рис. 23,6 имеет три оптиче-
ских входа (фоторезисторы ФЯ\—Ф/?з), но работает аналогичным-
образом. Число входов может быть и меньше трех. Увеличение же
их больше трех нежелательно, так как увеличится напряжение на
выходе устройства (по абсолютной величине) при открытых тран-
зисторах.
Схема логического элемента ИЛИ — НЕ представлена на
рис. 23,в. Он имеет три электрических /—3 и три оптических (фо-
торезисторы Ф7?6—ФЯв) входа. Когда ни на один из входов не
поступает сигнал, транзистор Т\ закрыт положительным напряже-
* Дремаков В., Рожукалнс 3. Оптико-электронные логические
элементы. — «Радио», 1973, № 12, с. 43, 44.

«нем смещения, подаваемым на базу транзистора. При воздействии
же сигнала на один из входов элемента транзистор 7"i откроется
и напряжение на выходе будет близким к нулю.
Схема логического элемента НЕ изображена на рис. 23,г. Та-
кой элемент выполняет логическую операцию отрицания, т. е. если
на вход устройства (фоторезистор i?3)> который является единствен-
ным, поступает сигнал, то на выходе он отсутствует (напряжение
на коллекторе открытого транзистора Т\ будет мало). Иначе такой
элемент называется инвертором.
Рис. 23. Логические схемы на фотопреобразовательных элементах и
•отдельный источник напряжения смещения.
Источником напряжения смещения для схем логических эле-
ментов может служить любая батарея напряжением 4,5 В, но
можно собрать специально для этой цели источник стабилизирован-
ного напряжения питания, схема которого представлена на
рис. 23,6\ В этом случае резисторы в цепях смещения элементов
следует подбирать, так как на схемах их сопротивление указано
для напряжения источника питания 4,5 В. Изменяя сопротивления
резисторов в цепи смещения, можно в некоторых пределах изме-
нять порог срабатывания устройств. ¦
32

Во всех логических элементах вместо фоторезисторов ФСК.-1
можно использовать также фоторезисторы ФСК-6.
Все описанные логические элементы допустимо соединять не-
посредственно между собой в необходимом сочетании, а также под-
ключать к ним любые электронные устройства, имеющие входное
сопротивление не менее 1,5 кОм.
Схбмы задержки. Роль элемента задержки может выполнять
ждущий мультивибратор (иначе называемый одновибратором),
являющийся также логическим
элементом. Кроме того, он мо-
жет выполнять роль устройства,
регистрирующего короткие све-
товые импульсы. В последнем
случае выход мультивибратора
соединяют со входом электрон-
ного или электромеханического
счетчика (рис. 24). Мультивиб- мп'^О
ратор имеет два входа — элек-
трический и оптический. При Вход
поступлении сигнала на один из
них происходит запуск устрой-
ства. Электрический запускаю-
щий импульс в положительной
полярности воздействует на ба-
зу открытого в исходном со-
стоянии транзистора Т2, с кол-
лектора которого снимается выходной сигнал. На световой запу-
скающий импульс реагирует фоторезистор Ri, включенный в цепи
питания базы транзистора Ти который в исходном состоянии за-
крыт. Длительность светового (и электрического) импульса должна
быть меньше длительности выходного импульса мультивибратора,
иначе устройство будет работать в автоколебательном режиме.
Индикатор инфракрасных, рентгеновских и гамма-лучей. Прин-
ципиальная электрическая схема индикатора инфракрасных, рент-
геновских и гамма-лучей приведена на рис. 25. Сернистокадмие-
вые фоторезисторы R\—R4 типа ФСК-76 образуют совместно с кон-
денсаторами Сь С2 и резисторами R5, Re мост, включенный в цепь
положительной обратной связи генератора RC на транзисторах
^i и Т2. Частота генерируемых им колебаний зависит от сопро-
тивлений фоторезисторов R\—IR4, резисторов R5, R6 и емкостей
конденсаторов Сь С2. Фоторезисторы закрыты фильтром, пропу-
скающим только инфракрасные, рентгеновские и гамма-лучи *.
На транзисторах Т5 и Г6 выполнен второй генератор RC, от-
личающийся от первого только тем, что вместо фоторезисторев
в мост включены резисторы R2s—^27- Выходы генераторов RC че-
рез конденсаторы С5 и С\8 соединены со смесителем на транзи-
сторе Г3-
В отсутствие излучений регулировкой сопротивлений сдвоен-
ного переменного резистора R26{AR2GB) устанавливают частоту
второго генератора C0 кГц). При этом в телефоне Тфи включен-
ном в коллекторную цепь транзистора Г4, работающего в усили-
* Воробьев С. Индикатор инфракрасных, рентгеновских и гам-
ма-лучей.— «Радио», 1973, № 12, с. 40.
33

тельном каскаде, прослушиваются нулевые биения. При воздей-
ствии на фоторезисторы инфракрасных, рентгеновских и гамма-
лучей частота генератора иа транзисторах Ti и Т2 изменяется
пропорционально интенсивности облучения и на выходе смесителя
образуются колебания резонансной частоты, фиксируемые в теле-
фонах. Высота звука увеличивается при увеличении интенсивности
облучения. Громкость звучания телефона можно регулировать по-
тенциометром /?2з-
Все детали индикатора, кроме фоторезисторов, смонтированы
на плате размером 128 X 74 мм, изготовленной из гетинакса или
стеклотекстолита. Фоторезисторы расположены с лицевой стороны
корпуса индикатора и плотно закрыты инфракрасным фильтром
(видимый свет к фоторезисторам совершенно не должен проникать).
В качестве фильтра можно использовать пластину из гетинакса
или текстолита толщиной 0,6—0,8 мм. Корпус индикатора изготов-
лен из светонепроницаемого материала (эбонит, гетинакс и т. д.).
Питается индикатор от батареи «Крона».
Автоматическая регулировка яркости в телевизорах. Для пра-
вильного восприятия телевизионного изображения существенное
значение имеет установка оптимального соотношения между ярко-
Т,ГТ308В Т?ГТ30ВВ
Г* МП* 7
Рис. 25. Принципиальная схема индикатора инфракрасных, рентге-
новских и гамма-лучей.
стью изображения на экране и общей освещенностью з помещении,
где установлен телевизор [2]. Освещенность помещения может
колебаться в широких пределах и зависит от времен;! суток и
времени года, от погоды днем и от интенсивности искусственного
освещения вечером. Применение автоматической регулировки ярко-
сти изображения в зависимости от освещенности "комнаты резко
повышает качество изображения.
34

Рис. 26. Схемы автоматической регулировки яркости в телевизорах
(а и б) и схема автоматической регулировки яркости и контрастно-
сти изображения (в).
Для создания системы автоматического регулирования ярко-
сти в телевизионный приемник вводят дополнительный каскад, пред-
ставляющий собой усилитель постоянного тока. На рис. 26,а при-
ведена схема такого каскада на фоторезисторе ФСК-1, предназна-
ченная для использования в телевизорах с кинескопами 35ЛК2Б
И 43ЛК2Б. Регулирующее напряжение на управляющий электрод
кинескопа подается с делителя, образованного постоянным рези-
35

Ркходя из условия, что /а^1 мА, определяем сопротивление
резистора: Ri=R—RBli2.
После этого выбираем определенный тип лампы Л\ и по ее
характеристикам находим отрицательные напряжения UcX и ?/С2
на управляющей сетке, необходимые для обеспечения обоих ре-
жимов работы телевизора. Далее проводится расчет делителя
в цепи сетки лампы Л\. На делитель подается постоянное напря-
жение U, величина которого выбирается обычно от 20 до 30 В.
36
стором R\ и внутренним сопротивлением лампы Л\. Внутреннее
сопротивление триода постоянному току определяется напряже-
нием на управляющей сетке, подаваемым с делителя, в одно из
плеч которого включен фоторезистор, зашунтированный линейным
резистором Ri. Изменение освещенности в помещении вызывает из-
менение сопротивления фоторезистора и, следовательно, напряже-
ния на управляющей сетке триода. Внутреннее сопротивление лам-
пы изменяется, что приводит к изменению напряжения на управ-
ляющем электроде кинескопа и к изменению яркости изображения.
Яркость изображения может регулироваться вручную резистором
Rz, а при помощи переменного резистора /?4 подбирается оптималь-
ная чувствительность схемы автоматического регулирования ярко-
сти. При испытании схемы без резистора Ri чувствительность ока-
залась настолько высокой, что достаточно было подойти к теле-
визору, чтобы его подстроить, и слегка затемнить фоторезистор,
как яркость резко снижалась. Это значительно усложняло настрой-
ку телевизора и затрудняло его эксплуатацию. Введением резистора
R4 удалось в значительной мере устранить эти недостатки.
Параметры деталей, указанные на схеме рис. 2б,а, даны для
лампы 6Н8С, вместо которой можно использовать половины ламп
6Н1П, 6НЗП, 6П15П, триоды 6С2С, 6С5С, 6С1П, пентоды §Ж1П и
6ЖЗП в триодном режиме, несколько изменив номиналы исполь-
зуемых в схеме деталей.
Прежде чем рассчитывать схему автоматической регулировки
яркости, необходимо найти пределы изменения напряжения на мо-
дуляторе кинескопа по отношению к катоду, а также напряжение
на катоде кинескопа относительно шасси телевизора, в схему ко-
торого предстоит ввести систему автоматической регулировки ярко-
сти. Пусть напряжение на модулирующем электроде кинескопа
изменяется от U\ до U2 (где U2>Ul), а напряжение на катоде
кинескопа составляет UK- Следовательно, для изменения яркости
необходимо, чтобы напряжение ?/а на аноде лампы Л\ изменялось
в следующих пределах: Ua\=UK—f/1>i/a>^K—U2=U&2. Задав-
шись током /а в цепи анода лампы Л\, находят общее сопротив-
ление цепи R\—Л\ : Я=?/к//а.
Затем необходимо найти, какое внутреннее сопротивление дол-
жен иметь триод для крайних значений напряжения на модулирую-
щем электроде U\ и U2. Для LJ\ внутреннее сопротивление лампы
должно быть рав'но:
для U2

При составлении этих уравнений считаем, что движок пере-
менного резистора находится в среднем положении.
Для уменьшения чувствительности схемы фоторезистор шун-
тируется резистором R4, и поэтому номиналы резисторов R2 и R3
выбирают в 1,5—2 раза меньше расчетных. При помощи потенцио-
метра Ri устанавливают необходимые пределы изменения яркости
экрана телевизора.
Постоянная времени цепи C\R5 выбрана такой, чтобы яркость
изображения не менялась при быстрых изменениях освещенности.
На рис. 26,6 представлена схема автоматической регулировки
яркости, в которой фоторезистор включен в плечо делителя, непо-
средственно управляющего напряжением на модулирующем элек-
троде кинескопа. Такая система автоматического регулирования
яркости изображения применена в промышленном телевизоре «Ве-
чер». Для регулировки системы последовательно с фоторезистором
включен резистор R2, ось которого выведена на заднюю крышку
телевизора. Фоторезистор установлен в футляре телевизора так,
что излучение от экрана на него не попадает, а сопротивление
фоторезистора определяется освещенностью в помещении.
Однако изменение яркости, когда оно не связано с соответ-
ствующим возрастанием или уменьшением контрастности, недо-
статочно для компенсации колебаний внешней освещенности.
Принципиальная схема узла телевизора, который позволяет
автоматически регулировать яркость и контрастность изображения
при меняющейся в больших пределах внешней освещенности, по-
казана на рис. 26,s [2].
Система автоматического регулирования контрастности и ярко-
сти состоит из видеоусилителя со сложной коррекцией, собранного
на лампе 6Э5П (Л\), и устройства для ключевой автоматической
регулировки усиления, собранной на триодной части лампы 6Ф1П
(Л9). В катодную цепь лампы Л2 включен фоторезистор i?s типа
ФСК-1, который укреплен на передней панели корпуса телевизора
рядом с экраном кинескопа. При увеличении освещенности общее
сопротивление цепи, состоящей из резистора #D, потенциометра
Rn и фоторезистора R*,, уменьшается, что приводит к увеличению
напряжения на движке потенциометра R\5, с которого оно посту-
пает на катод лампы Л2. При этом отрицательное напряжение
автоматической регулировки усиления, которое подается на регу-
лируемые лампы, уменьшается и усиление каскадов, охваченных
автоматическим регулятором усиления, возрастает. Это приводит
к увеличению контрастности изображения.
Для автоматического регулирования яркости при изменении
контрастности в узел введена цепь из резисторов Rr, Ru, R12 диода
Д2 и конденсатора С4. Действие этой цепи аналогично действию
рассмотренных схем автоматической регулировки яркости.
37
Зная световое сопротивление RCb фоторезистора при макси-
мальной освещенности в комнате, где установлен телевизор, со-
противления резисторов R2 и R3 можно найти, решая систему урав-
нений

Потенциометр Ru служит для регулировки чувствительности
системы автоматической регулировки контрастности и яркости по
отношению к величине внешней освещенности, а потенциометр
.#21 — Для установки начальной яркости растра, которая при от-
сутствии видеосигнала должна быть минимальной. Корректирующие
дроссели видеоусилителя наматывают на каркасах диаметром 5 мм
способом «универсалы», ширина намотки — 3,5 мм. Их настраивают
ферритовыми сердечниками Ф-100 диаметром 2 мм и длиной 15 мм.
Дроссели ДР{—ДР4 наматывают проводом ПЭЛШО-0,12, и
они содержат: ДРХ и ДРА—135, ДР2—180, ДР*—115 витков; дрос-
сель ДР5 наматывают проводом ПЭЛШО-0,2, он содержит
140 витков.
Дистанционное управление телевизионным приемником. Учиты-
вая, что дистанционное управление значительно облегчает поль-
зование телевизионным приемником, а также то, что беспроводное
дистанционное управление (БДУ) удобнее по сравнению с провод-
ным, в последнее время ведут разработки различных устройств
БДУ, как ультразвуковых, так и световых *. Дистанционное управ-
ление световым лучом имеет меньшее число команд, чем ультра-
звуковое БДУ, и не позволяет пока осуществлять плавные регу-
лировки в телевизоре. Однако световое БДУ дешевле, проще в из-
готовлении и настройке.
Описываемое здесь световое БДУ (СБДУ) позволяет переда-
вать две команды «Включение телевизора» и «Переключение про-
грамм» *.
Наличие в современных телевизорах устройства автоматической
подстройки частоты гетеродина и автоматической регулировки ярко-
сти исключает необходимость подстройки телевизора при команде
«Переключение программ».
Световое устройство на обе команды может быть установ-
лено только в телевизоре, имеющем селектор телевизионных кана-
лов с электронным управлением (например, СК-В-1) и сенсорное
устройство переключения программ. СБДУ на одну команду «Вы-
ключение телевизора» может быть применено в любом из выпу-
скаемых промышленностью телевизоре черно-белого или цветного
изображения. Датчиком команд СБДУ служит обыкновенный кар-
манный фонарь, луч которого направляют на один из двух фото-
резисторов, расположенных на передней панели телевизора. При
этом обеспечивается выполнение команды с расстояния 10 м и
менее.
Приемник СБДУ (рис. 27,а) для телевизоров УЛПТЦ-59-11
"представляет собой два идентичных фотореле, чувствительными
элементами которых являются фоторезисторы R3 и Ri, включенные
в цепи подачи напряжения смещения на базы транзисторов Т2 и
Т\ соответственно. В момент освещения одного из фотарезисторов
уменьшается его сопротивление и напряжение на базе соответ-
ствующего транзистора увеличивается, открывая его. Ток коллек-
тора транзистора достигает тока срабатывания реле, являющегося
нагрузкой транзистора.
Включение телевизора осуществляется нажатием на кнопку
Кни установленную на передней панели телевизора. Напряжение
сети поступает на обмотку реле Р{. Замкнувшиеся контакты Pi/i
Котенко В., Гавриков М. Свет управляет телевизором. —
«Радио», 1975, № 3, с. 12, 13.
38

И P\li Реле Р\ блокируют контакты кнопки, которую после этого
можно отпустить. При подаче команды «Переключение программ»
замыкаются контакты Р3Л реле Р3. Они управляют цепью дистан-
ционного управления сенсорного устройства. Каждое размыкание
контактов вызывает переключение телевизора по системе кольце-
вого обхода на следующую программу (для Москвы 1, 2, 3, 4,.
1...)-
Когда подается команда «Выключение телевизора», размыка-
ются контакты Р2/\ реле Р2, обесточивая обмотку реле Р{ и тем
самым размыкая контакты Р\/\ и Р\1ч, которые выключают теле-
визор. Телевизор можно выключить и кнопкой Кн2, установленной
непосредственно на его передней панели. Кнопка, как и контакты
/Vi, размыкает цепь питания реле Р\. Его контакты Р\/\ и Pi/%
выключают телевизор.
Конструктивно приемник состоит из двух теневых камер с по-
мещенными в них фоторезисторами ФСД-1 и печатной платы. Те-
невые камеры располагают на максимально возможном расстоянии-
друг от друга на передней панели телевизора. На печатной плате
Рис. 27. Схема дистанционного управления телевизионным приемни-
ком (а) и конструкция теневых камер (б).
39

размерами 65 X 35 мм приемника расположены реле Р2 и Р3
(РЭС-10, паспорт РС4.524.301), реле Р, (ПЭ-23 на 127 В), тран-
зисторы Т, и Т2 и переменные резисторы R{ и R2 (СП-ЗА). Тене-
вые камеры (рис. 27,6) изготавливают из непрозрачного материа-
ла и прикрепляют к передней панели телевизора, предварительно
просверлив в ней отверстия. Необходимо помнить, что глубокая
uiax~d теневой камеры уменьшает сектор управления телевизором.
Сектор управления определяется углом, отсчитываемым от гори-
зонтальной оси кинескопа, при котором еще возможно управление
телевизором " расстояния, равного 5 м.
Сектор управления обычно составляет 10—12° и зависит от
расположения фоторезисторов. Минимальная освещенность, необ-
ходимая для управления, равна 10 лк. При уменьшении глубины
шахты теневых камер увеличивается сектор управления, однако
возрастает возможность попадания ложного сигнала от других
источников света. Поэтому при уменьшении глубины шахты тене-
Рис. 28. Схемы термокомпенсации фотопреобразовательных
устройств.
40

вых камер приходится уменьшать чувствительность фотореле во
избежание их ложного срабатывания, а это в свою очередь при-
водит к уменьшению максимального расстояния до датчика ко-
манд. Оптимальная глубина шахт теневых камер составляет
28—30 мм при максимальном расстоянии 10 мм. Если же глубину
шахты теневой камеры уменьшить в 2 раза, то и максимальное
расстояние управления уменьшится в 2 раза.
Для того чтобы исключить влияние посторонних источников
света, в отверстия на передней панели можно вставить поляроидное
стекло. Такие же поляроидные стекла вставляют и в фонарь вместо
обычного стекла.
Устройство налаживают в условиях полного дневного и элек-
трического освещения комнаты. Налаживание СБДУ заключается
в том, что при максимальном расстоянии управления световой луч
направляют на фоторезистор /?4 команды «Выключение телевизора»
и, регулируя сопротивление резистора ^ь добиваются выключения
телевизора. Потом опять включают телевизор и направляют свето-
вой луч на фоторезистор R3 переключения программ телевизора и,
включая и выключая фонарь и регулируя сопротивление резисто-
ра R2, добиваются кольцевого обхода программ в телевизоре.
Термокомпенсация фотопреобразовательных устройств. Тепловой
ток фотодиода представляет собой значительную величину п часто
бывает соизмерим с полным током через фотодиод. К тому же
тепловой ток зависит от температуры среды, поэтому термоком-
пенсация теплового тока фотодиода часто бывает необходимой.
В прямых преобразовательных схемах темновой ток может
быть компенсирован последовательно включенной синтезированной
цепочкой, содержащей терморезистор с положительным темпера-
турным коэффициентом сопротивления. В качестве последнего ис-
пользуется позистор или монокристаллический терморезистор. На
рис. 28,а представлена термокомпенсированная схема с фотодио-
дом, работающим в фотодиодном режиме [10].
Вопросы термокомпенсации фотопреобразовательных цепей
с фотодиодами решаются значительно проще в дифференциальных
и мостовых схемах включения. При дифференциальном включении
фотодиода при его работе в фотодиодном режиме в другую ветвь
необходимо включить обычный полупроводниковый диод в обрат-
ном направлении (рис. 28,6).
Термокомпенсация фотодиода в мостовой схеме показана на
рис. 28,в. Необходимо отметить, что полная термокомпенсация фо-
тодиода, работающего в фотодиодном режиме, может быть осу-
ществлена, если параметры затемненного фотодиода совпадают
с теми же параметрами термокомпенсирующего полупроводниково-
го диода.
Представляет интерес термокомпенсация фотопреобразователей
с фототранзисторами. При этом термокомпенсация таких схем мо-
жет быть осуществлена аналогично цепям с обычными транзисто-
рами, так как основная температурная нестабильность фототранзи-
сторов получается в результате температурной нестабильности
темновой составляющей тока фототранзистора. Термокомпенсация
фототранзисторов может быть осуществлена включением термо-
компенсирующих элементов (ТКЭ) в цепь управляющего электрода
или в цепь обратной связи фототранзистора. Для термокомпен-
сации фототранзисторов по управляющему электроду требуется
включить в цепь управления термокомпенсирующие элементы с по-
41

ложптельным температурным коэффициентом сопротивления. Для
этой цели можно использовать кремниевые стабилитроны, моно-
кристаллпческие терморезисторы, лозисторы и т. д. (рис. 28,г, д).
При термокомпенсации чувствительных к свету четырехслой-
ных полупроводниковых приборов важно компенсировать темпе-
ратурные изменения напряжения переключения этих приборов. Та-
кая термокомпенсация для фототиристора без управляющего элек-
трода (фотодинистора) может осуществляться включением
последовательно с ним синтезированной цепочки с терморезистором
¦с положительным ТКС (рис. 28,е), которая обеспечивает снижение
потенциала в точке А с ростом температуры с целью исключения
ложного срабатывания (включения) фототиристора. При приме-
нении фототиристора с управляющим электродом описанная це-
почка может быть включена в цепь управляющего электрода
(рис. 28,.ж).
Рис. 29. Термокомпенсация
тельных устройств.
частотно-временных фотопреобразова-
Болыной интерес представляет также компенсация температур-
ных влияний окружающей среды на частотно-временные фотопре-
образователи (рис. 29,а). Работа устройства заключается
в следующем. Включение во времязадающие цепи релаксационного
автогенератора, построенного на двух транзисторах с коллекторно-ба-
зовымп связями фотодиодов ФДЬ ФД2, позволяет преобразовать
световой поток, воспринимаемый ими, в частоту или период пря-
моугольных электрических импульсов. Но прш этом изменение
температуры окружающей среды приводит к нестабильности ра-
42

боты генератора. Соединив базы транзисторов Ти Т2 данного ге-
нератора посредством двух ТКЭ Ди Д2, включенных встречно от-
носительно друг друга, можно повысить термостабильноеть
работы фотопреобразователя за счет того, что при подобном под-
ключении ТКЭ изменяются ток перезаряда и уровень перезаряда
конденсаторов С{, С2.
На рис. 29,6 приведена другая частотно-временная температу-
роскомпенси,рованная схема фотопреобразователя, где введены сле-
дующие обозначения: Ти Т2 — транзисторы; Сь С2— конденсаторы;
Ru R.2 — постоянные резисторы; ФДи ФД2— фотодиоды; R3 — пе-
ременный резистор; Д — ТКЭ на основе p-n-перехода; {/,„,т — ис-
точник питания.
Фотопреобразователь работает следующим образом. Изменение
светового потока, воспринимаемое фотодиодами ФД\, ФД2, приво-
дит к изменению частоты генерации преобразователя. Выходной
сигнал снимается с коллекторно-эмнттерного перехода транзистора
генератора. Изменение температуры окружающей среды приводит
к изменению падения напряжения на диоде, что позволяет умень-
шить колебания параметров преобразователя.
Наряду с большой температурной стабильностью высокую ста-
бильность к колебаниям питающего напряжения имеет схема, пред-
ставленная на рис. 29,в. На этой схеме введены следующие обо-
значения: R\—R5 резисторы; Т{—Т4 — транзисторы типа р-п-р; Е—
источник управляющего напряжения; Сь С2— конденсаторы;
i/пит — источник питания.
Работа фотопреобразователя заключается в преобразовании
в последовательность электрических импульсов управляющего на-
пряжения Е положительной полярности, поступающего на вход
транзисторов Т3, Г4, управляющих элементами времязадающих це-
пей. Особенность транзисторов Т2, Г4, включенных так, как пока-
зано на рис. 29,0,. состоит в том, что они имеют коллекторно-эмит-
терные вольт-амперные характеристики, аналогичные вольт-ампер-
ным характеристикам стабилитронов, но величиной напряжения:
стабилизации можно управлять по входу транзистора. Примене-
ние в разрядных цепях элементов типа стабилитронных при одно-
временном включении баз транзисторов генератора через резистор
позволяет резко повысить стабильность работы преобразователя
при колебаниях питающего напряжения и колебаниях температуры
окружающей среды.
ИЗЛУЧАТЕЛИ
Типы излучателей. Основными элементами оптоэлектронных
устройств являются электрически управляемые излучатели, кана-
лизаторы света и фотоприемники.
Наиболее распространенными средствами световой индикации
в радиоэлектронной аппаратуре в настоящее время являются мало-
мощные лампы накаливания, газоразрядные приборы и электро-
люминесцентные индикаторы. Для цепей низкочастотной техника
часто используют миниатюрные лампы накаливания и газоразряд-
ные лампы типа неоновых. Первые дают широкий спектр излуче-
ния, лежащий в основном в инфракрасной и частично в видимой'
областях, вторые — сравнительно узкий с максимумом в зеленой,
желто-оранжевой и красной областях спектра, что определяется
их газовым наполнением. Для выделения излучения определенного
4а

Рис. 30. Типичные яркостные
характеристики ламп нака-
ливания и неоновых ламп
(а, б. в), спектральные ха-
рактеристики ZnS-электро-
люминофоров {г, д), прин-
ципиальная конструкция
электролюминесц е н т н о г о
конденсатора (е: / — стек-
лянная подложка; 2 — про-
зрачный электрод; 3 — элек-
тролюминофор; 4 — защит-
ный слой; 5 — металличе-
ский электрод) .и спектры
излучение светодиодов (ж).

Таблица 4
Параметр
Рабочее напряжение (при яркости 30—
60 вд/м«), Вдейств
Рабочий диапазон частот, кГц
Коэффициент нелинейности яркостной ха-
рактеристики
Длина волны, соответствующая макси-
мальной интенсивности высвечивания
/0, нм
Удельная потребляемая мощность, Вт/см2
Эффективность*, лм/Вт
Порядок удельной емкости, пФ/см2 . .
Удельное сопротивление утечки в рабо-
чем режиме, Ом/см2
Длительность затухания свечения (до
0,1 лк), с
Размер зерен, мкм
Срок службы (при яркости 30 кд/м2), ч
Сублимат-
фосфор
25—30
1—20
14—18
580—590
0,1—0,2
0,8
103—103
104—105
ю-3
0,3—0,5
300
Порошковый
фосфор
120*—220
0,4—20
2—4,5
580
0,01—0,04
1—3
150—400*
107
ю-*
10—40*
1000—10 000
* Данные относятся к литым слоям.
спектрального состава из широкого спектра лампы накаливания
снабжают миниатюрными съемными колпачками — фильтрами, по-
зволяющими приспосабливать их к различным фотоприемникам.
В этом смысле лампы накаливания оказываются универсальными
управляемыми источниками света для широкого класса оптронных
пар. С лампами накаливания сравнительно просто достигаются вы-
сокие уровни освещенности (несколько десятков тысяч люкс) на
рабочей площади фотоприемника, что снижает требования к чув-
ствительности фотоприемника, его коэффициенту усиления и бы-
стродействию *. На рис. 30,а, б показаны типичные яркостные ха-
рактеристики миниатюрных ламп накаливания и неоновых ламп
A — для ТН-5, 2 — для ламп с полым катодом), соответственно
используемых в оптронах. Ампер-яркостная и вольт-амперная ха-
рактеристики миниатюрной лампы НСМ-9 показаны на рис. 30,8
[1—B=f(\) на расстоянии 1 м; 2—/=ср(?/)]•
Наиболее перспективными управляемыми источниками света
для оптоэлектроники следует считать электролюминесцентные источ-
ники [4]. К электролюминесцентным источникам света относятся
порошковые, сублимированные, монокристаллические фосфоры,
электролюминесценция которых возникает в сильных электрических
лолях, а также инжекционные диоды (светодиоды), излучение ко-
торых обусловлено интенсивной рекомбинацией в результате инжек-
щш в полупроводник через р-я-контакт неосновных носителей тока.
По эффективности при комнатной темлературе электролюминесцент-
* Коняев В. Светодиоды и их применение. — «Радио», 1973,
№ 3, с. 37—40.
45

Таблица 5
Параметр
Ло, ММ
АХ] ,2> мм ....
Удельная потреб-
ляемая мощ-
ность, ВА/см2
Эффективность,
лм/Вт
Рабочее напряже-
ние, В ....
Средняя яркость
высвечивания при
нормальном на-
пряжении, кД/м2
Крутизна яркост-
ной характерис-
тики
Порядок времени
разгорания и за-
тухания, с ...
ZnS:(Cu)
455
100
0,01 —
0,04
0,7 1
150—
350
GO—80
20—25
ю-*
ZnS:(Cu)
510
6—70
0,01 —
0,04
0,7—1
400
60—80
20—25
ю-*
Си)
с
ZnS:
580
50—60
0,01 —
0,04
1—3
400
40—GO
20—25
ю-3
о
:ZnSi
<и
с/3
•о
О'
660
60—70
0,01 —
0,04
10—20
400
20—40
20—25
ю-4
ZnS:(Mn)
585
50—60
0,5
0,05
0,8—0,7
20—30
30—GO
1000
ю-3
ZnSe:(Mn)
585
60
0,6
0,1—0,2
0,4
30
20
500
ю-3
ZnS:(Cu,CI)
455
55
0,6
0,1
0,1
20
20
50—60
ю-4
ZnS:(Cu,Cl)
525
90
0,16
0,07
0,3—0,4
5000—
1000
20
100
ю-*
ZnS;(Mn,
Си, С!)
585
60
0,2
0,15
500—
1000
20
800
ю-*
с/0
Л
о
NO
635
90
0,7
o7i
0,05
30
10—15
50—60
ю-3—
ю-*

ные источники света, за редким исключением, пока уступают лам-
пам накаливания и газоразрядным источникам света. Однако они
имеют несомненные преимущества: технологичность, надежность,
срок службы и микроминиатюрность. На рис. 30 в качестве при-
мера приведены также типичные спектральные характеристики ZnS-
электролюминофоров из порошковых материалов (рис. 30,г) и из
материалов в виде тонких сублимированных пленок [ZnS : Си, С1],
полученных испарением в вакууме (рис. 30,д). На рис. 30,е пока-
зана одна из возможных принципиальных конструкций электро-
люминесцентного конденсатора на основе фосфора. Сравнительные
характеристики электролюминесцентных сублимат-фосфоров и по-
рошковых фосфоров приведены в табл. 4 [4], а на основе серни-
стого цинка — в табл. 5.
Одним из главных компонентов оптоэлектронных устройств
в настоящее время является светодиод. Электрические и электро-
пюминесцентные свойства светодиодов зависят от механизма пере-
носа носителей при смещении переходов в прямом и обратном на-
правлениях и законов излучательной и безызлучательной реком-
бинации в полупроводниках. На рис. 30,ж показаны спектры: элек-
тролюминесценции структур на основе GaAs, легированного Zn и
Те (кривая 5) и Si и Те (кривая 6); электролюминесценции в крас-
ной области спектра на основе структур GaP, легированного Zn,
Те и 0 (кривая 4); электролюминесценции в зеленой области спект-
ра в структурах на основе GaP (кривая 2) и электролюминесцен-
ции в желтой области спектра на основе структур a-SiC модифика-
ции 6Н, легированного В и N (кривая 3). На этом же рисунке
показана усредненная кривая чувствительности человеческого гла-
Таблица 6
Вид индикатора
Лампы накали-
вания миниа-
тюрные
Лампы накали-
вания комму-
тационные
Лампы неоновые
Газоразрядные
цифровые ин-
дикаторы
Полупроводнико-
вые светоди-
оды
Полупроводни-
ковые цифро-
вые индикато-
ры
Тип индикатора
МН1-0,068
МН2,5-0,15
КМ1
МН4
ИН-2
АЛ102Б
АЛ102Г,
КЛЮ1А—
КЛ101В
КЛ104А
Напря-
жение,
В
1
2,5
6
80
200
4,5
5,5
. 6
Ток,
мА
68
150
65
1,5
2
20
10—40
10
Габариты (диа-
метрХдлнна), мм
12X24
12X24
6X46
16X37
17X25 .
5X3*
2,1X2.1X2,2**
16X22
Срок-
службы, ч
250
45
35)
500
5000
10 000
10 000
10 000
Размеры приведены без учета выводов.
Указаны длина, ширина и дысота.
47

за —кривая видности (кривая 1). Образцы на основе GaP, спектр
электролюминесценции которых содержит как красную, так и зе-
леную области спектра, при определенном соотношении их ин-
тенсивностей визуально имеют желый цвет свечения [6].
В табл. 6 приведены сравнительные данные индикаторных ламп
накаливания, неоновых ламп и светодиодов.
Светодиоды КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В. Карбидокремние-
вые диффузионные светодиоды предназначены для работы в аппа-
ратуре широкого применения в качестве источника видимого света.
Цвет свечения —желтый*. Приборы оформлены в пластмассовом
Рис. 31. Внешний вид (а), граничные положения прямой ветви вольт-
амперной характеристики (б) и характеристика направленности све-
тового излучения светодиодов КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В (в).
корпусе с плоскими гибкими лужеными выводами; линза — стек-
лянная (рис. 31,а). Масса приборов не более 0,05 г.
Основные электрические параметры при *окр.ср=25±10°С:
яркость свечения светодиода при максимально допустимом
прямом постоянном токе, для КЛ101А не более 10, для КЛ101Б не
более 15, для КЛ101В — не более 20 кД/м2; прямое напряжение
при максимально допустимом постоянном прямом токе (?/пр, В)
не более 5,5 В;
максимально допустимый постоянный прямой ток для КЛ101А
10, для КЛ101Б 20, для КЛ101В 40 мА.
При использовании светодиодов КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В
необходимо иметь в виду, что эти приборы имеют значительный
разброс характеристик от экземпляра к экземпляру и сильную тем-
пературную зависимость положения прямой ветви вольт-амперной
характеристики. На рис. 31,6 показаны граничные положения пря-
мой ветви этой характеристики приборов при различной температу-
ре окружающей среды.
Подача на светодиод обратного постоянного напряжения не
рекомендуется. Выбросы обратного напряжения не должны превы-
шать 3 В. Яркость излучения светодиодов также сильно зависит
от температуры. При импульсном (пульсирующем) прямом токе
яркость излучения приборов не зависит от частоты следования
* Авдеева Н., Гришина Л. Светодиоды и светодиодные цифро-
вые индикаторы. — «Радио», 1973, № 3, с. 56—58.
48

импульсов до некоторого ее значения — для 95% приборов это зна-
чение равно примерно 2-Ю4 Гц.
На рис. 31,б показана характеристика направленности свето-
вого излучения светодиодов КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В, определяе-
мая формой линзы.
Светодиоды АЛ102А, АЛ102Б, АЛ102В, АЛ102Г. Эпитак-
сиальные фосфидгаллиевые световые диоды предназначены для ра-
боты в радиоэлектронной аппаратуре широкого применения. Прибо-
ры оформлены в металлическом корпусе с проволочными гибкими
лужеными выводами; линза — стеклянная (рис. 32,а). Масса при-
боров — не более 0,25 г.
Рис. 32. Внешний вид (а) и яркость излучения светодиодов (б)
АЛ102А, АЛ102Б, АЛ 102В, АЛ102Г.
По электрическим параметрам (при ^окр.ср=25+10°С) свето-
диоды классифицируются согласно табл. 7.
Основные электрические параметры при /окр.ср=25 + 10°С:
Прямое напряжение ?/пр, не более: для АЛ102А (при /Пр=
=5 мА) 3,2 В, для АЛ102Б, АЛ102Г (при /пр=20 мА) 4; 5 В, для
АЛ102В (при /Пр=30 мА) 5 В.
Предельно допустимые режимы светодиодов:
Таблица 7
Тип диода
АЛ 102 А
АЛ102Б
АЛ 102В
АЛ102Г
Прямой ток / , мА
5
20
30
20
Яркость при прямом токе
/ , В, кд/м2, не менее
5
40
50
10
Цвет свечения
Красный
Красный
Зеленый
Красный
Максимально допустимый прямой ток (/Окр.ср в интервале от
—60 до -f60°C) /пр макс: для АЛ102 А 10 мА, для АЛ102Б, АЛ102Г
20 мА, для АЛ 102В 30 мА.
Максимально допустимый прямой ток (при /окр.ср в интервале
50—70°С) /прмакс: для АЛ102А, АЛ102Б, АЛ102Г 10 мА, для
АЛ 102В 20 мА.
Допустимая максимальная температура окружающей среды
'екр.ср.макс, -f-70°C; МИНИМЭЛЬНая /окр.ср.мин, —60°С.
Максимально допустимая амплитуда обратного напряжения
(для АЛ102А—АЛ102В) f/обр.макс, 6 В.
49

Для светодиода АЛ102Г максимально допустимая амплитуда
обратного напряжения не нормируется.
На рис-. 32,о показана яркость излучения светодиодов при раз-
личных прямых токах.
С вето диоды АЛ106А, АЛ106Б, АЛ 106В. Арсенидо-галлие-
вые мезадиффузионные светодиоды предназначены для работы
в радиоэлектронной аппаратуре широкого применения в качестве
источников инфракрасного излучения. Приборы оформлены в ме-
таллическом корпусе с проволочными гибкими лужеными прово-
дами; линза — стеклянная (рис. 33,а). Масса приборов 0,5 г.
Светодиоды классифицируются на типы по мощности излуче-
ния. Полная мощность излучения (при постоянном прямом токе
/пр=Ю0 мА) у светодиода АЛ106А равна 0,2, у АЛ106Б—0,4.
а у АЛ 106В — 0,6 мВт.
Рис. 33. Внешний вид (а), прямые ветви вольт-амперных характери-
стик (б) и диаграмма направленности (в) светодиодов АЛ106А.
АЛ106Б, АЛ 106В.
Электрические параметры при /Окр.ср=25+10°С:
быстродействие: длительность переднего фронта светового им-
пульса 10 не, длительность заднего фронта 20 не; постоянное пря-
мое напряжение (при /пр= 100 мА) более 1,7 В; ширина диаграммы
направленности .излучения (на уровне 0,5) 25°;
максимальный постоянный прямой ток 120 мА;
50

максимальная температура окружающей среды 85°С, мини-
мальная —60°С.
Характеристики светодиодов имеют значительный разброс от
экземпляра к экземпляру и сильную температурную зависимость.
На рис. 33,6 штриховыми линиями показаны крайние возможные
.положения прямой ветви характеристики (для 95% приборов) при
температуре 25°С. Обратное напряжение с амплитудой более 4 В
- на светодиод подавать не рекомендуется.
Типовая диаграмма направленности излучения светодиодов се-
рии АЛ 106 представлена на рис. 33,в. Максимальная ширина диа-
граммы лежит в пределах телесного угла 20°, а возможные поло-
жения оптической оси для 95% приборов — в пределах телесного
угла 10°.
Индикаторы на жидких кристаллах. В последнее время повы-
шенный интерес проявляют к индикаторным устройствам, в кото-
рых применяют так называемые «жидкие кристаллы» *. Такие ин-
дикаторы имеют небольшие габариты, питаются от источника с низ-
ким напряжением и потребляют очень малую мощность (не более
. 100 мкВт), обеспечивают хорошую четкость знаков при самом раз-
' личном наружном освещении. Все это выгодно отличает индикаторы
¦-на жидких кристаллах от других систем (например, на лампах
с холодными катодами).
Что же такое жидкие кристаллы? Среди громадного количе-
ства различных веществ, находящихся при нормальных окру-
жающих условиях в жидком состоянии, примерно 5% состоит из
молекул, имеющих форму нити. Нитевидные молекулы этих ве-
ществ хмогут быть расположены на ограниченных поверхностях
параллельными цепочками. Молекулы в цепочках ориентированы
по своим продольным (длинным) осям, вдоль которых они могут
передвигаться. Под воздействием электрического поля и в опреде-
ленном диапазоне температур (от 10 до 55°С) в веществах с таким
молекулярным строением возникает специфический эффект динами-
ческого рассеивания, в результате которого их коэффициент пре-
ломления (как для проходящего, так и для отраженного света)
изменяется, и жидкость, непрозрачная в нормальном состоянии,
начинает пропускать свет. Таким образом, она начинает вести себя
как твердый кристалл. В связи с этим подобные вещества начали
называть жидкими кристаллами, или кристаллическими жидко-
стями.
Из сказанного следует, что сами индикаторы, где используются
жидкие кристаллы, света не излучают. Поэтому для них необхо-
димы источники постороннего видимого света любой длины волны.
Индикаторы, в которых применяют жидкие кристаллы, состоят
из так называемых цифровых сегментов (рис. 34,а). На две ма-
ленькие стеклянные пластины нанесены тонкие слои прозрачного
вещества, пропускающего электрический ток (например, двуокиси
Цинка). К этим слоям — электродам сегмента — присоединены лен-
точные выводы. Один из электродов принимается за общий. Пласти-
ны сваривают между собой так, что они образуют плоский сосуд,,
причем расстояние между внутренними стенками, на которые на-
несены слои, составляет 10—20 мкм. Сосуд заполняют кристалли-
ческой жидкостью и герметически запаивают.
* Федоренко В. Индикаторы на жидких кристаллах. — «Радио»,
1974, № 12.
51

Индикатор для каждого цифрового порядка состоит из восьми
¦сегментов. Семь из них необходимы для воспроизведения десяти
цифр, что оказывается возможным при расположении сегментов
так, как показано на рис. 34,6. При этом для получения изобра-
жения той или иной стилизованной цифры необходимо воздейство-
вать с помощью электрического тока на определенные цифровые
.сегменты. Восьмой сегмент предназначен для индикации (при на-
добности) знака, отделяющего десятичные дроби от целых чисел.
Фотография индикатора на жидких кристаллах показана на
рис. 34,б.
03
Рис. 34. Индикаторы на жидких кристаллах.
Типичные электрические и температурные параметры индика-
торов на жидких кристаллах приведены в табл. 8. При необходи-
мости индикаторы можно питать вместо постоянного пульсирую-
щим током, но напряжение в этом случае должно быть значи-
тельно выше и составлять примерно 60 В.
Источники света, необходимые для работы индикаторов на
жидких кристаллах, можно располагать как перед ними, так и
52

сзади них. В первом случае сзади цифровых сегментов устанав-
ливают зеркальную пластину (рис. 34,г), свет отражается от нее
И проходит через цифровые сегменты, ставшие прозрачными в ре-
зультате воздействия электрического тока. При работе индикатора
ф отраженных лучах в качестве источника света можно использо-
вать окружающее освещение.
\ Т а б л и ц а 8
Параметры индикаторов
Минималь-
ное значе-
ние
Максималь-
нее значе-
ние
Лапряжекие питания (номинальное значение на-
пряжения питания постоянного тока 30 В),В
^Потребляемый ток (каждым сегментом), нА . .
Общий потребляемый ток ("сеть цифровых сег-
ментов и сегмент десятичного знака), нА
©ремя срабатывания, мс
время возврата в исходное состояние, мс . .
Сопротивление ограничительного резистора об-
щего электрода, МОм
Температура окружающей среды при хране-
нии, °С . . . .'
Температура окружающей среды при эксплуа-
г;, тации, °С
?мкость сегмента, пФ
15
5
75
—25
+ 10
10
50
100
750
125
250
+ 65
+55
12
Во втором случае источники света (лампы накаливания или лю-
минесцентные) располагают, как показано на рис. 34,5. Вместо
зеркальной пластины устанавливают матово-черную. Индикатор ра-
ботает в преходящем свете. Преимущество такого способа осве-
щения состоит в том, что на индикаторе можно получать цветные
цифры, если перед осветительными лампами или индикатором по-
местить цветовые фильтры.
Для возбуждения каждого цифрового сегмента индикатора
¦яа жидких кристаллах необходим отдельный управляющий тран-
зистор. Таким образом, при воспроизведении цифры 8, когда за-
действовано максимальное число цифровых сегментов (семь), для
.управления индикатором необходимо семь транзисторов, а если
тс тому же нужно показать десятичный знак, количество управляю-
щих транзисторов увеличивается до восьми. Поэтому на первый
взгляд может показаться, что системы управления индикаторами
яа жидких кристаллах неэкономичны. Но это не так. При помощи
этих же семи управляющих транзисторов можно показать все де-
сять цифр. В индикаторе, выполненном на лампах с холодными
катодами, для этого нужно десять транзисторов, так как каждый
яз десяти катодов светится под воздействием сигнала, поступаю-
щего от своего управляющего транзистора.
На рис. 35 показаны две схемы систем управления индикато-
рами на жидких кристаллах. Они различаются только местом при-
соединения общего электрода ОЭ цифровых сегментов и наличием
¦в одной системе (рис. 35,а) между общим электродом и плюсом
Источника питания ограничительного резистора /?Огр сопротивле-
нием 10—100 кОм. В системе управления на рис. 35,а каждый циф-
53

ровой сегмент присоединен через высокоомный резистор Rn к плюсу
источника питания, а через переход коллектор — эмиттер транзи-
стора — к «земле». При надлежащем подборе резистора Яя (его
сопротивление должно быть порядка нескольких мегаом) на нем,
когда транзистор закрыт, падает очень малое напряжение, которое,
будучи приложено к цифровому сегменту, оказывается недоста-
точным для того, чтобы кристаллическая жидкость сегмента стала
прозрачной. Но как только транзистор откроется, соответствующий
цифровой сегмент оказывается присоединенным непосредственно
Рис. 35. Системы управления индикаторами на жидких кристаллах,.
к «земле». На кристаллическую жидкость будет воздействовать
полное напряжение питания, и она станет прозрачной. В схеме
на рис. 35,6 полное напряжение питания на цифровой сегмент по-
ступает тогда, когда транзистор закрыт.
УСТРОЙСТВА С ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ
Пробники на светодиодах. С индикатором на светодиоде можно
использовать пробник для определения состояния логических эле-
ментов (рис. 36,а*). К источнику питания подключена цепь, со-
стоящая из последовательно включенных диодов Д\, Д2 и транзи-
стора Т\. Транзистор работает в ключевом режиме. Отрицательный
потенциал логического элемента, соответствующий логической 1,
приложенный к базе, открывает транзистор. Протекающий через
светодиод ток вызывает его свечение. Если состояние логического
элемента соответствует логическому 0, транзистор закрыт и инди-
катор не светится.
Питается пробник от источника напряжением 3 В (можно ис-
пользовать два последовательно включенных элемента 316). Вместо
транзистора МП21 можно использовать любые маломощные р-п-р-
транзисторы. Перед началом работы необходимо к нулевой шине
питания проверяемого устройства присоединить плюсовый вывод
батареи.
Пробник на рис. 36,6 позволяет определять наличие напряже-
ния между двумя точками испытуемого устройства, его полярность
* Беляев А. Пробник для определения состояния логических
элементов. — «Радио», 1973, № 12, с. 51.
54

И примерное значение. Принцип его работы основан на свечении
светодиодов при протекании через них определенного тока. Чтобы
избежать выхода из строя светодиодов, переключатель Пх перед
началом каждого измерения следует устанавливать в крайнее левое
ло схеме положение. В процессе работы переключатель последо-
вательно переводят в следующие положения до тех пор, пока све-
тодиод не начнет излучать свет. По тому, какой диод светится,
судят о полярности напряжения. Если напряжение на входе проб-
ника переменное, то светятся оба диода. В процессе работы с проб-
Рис. 36. Пробники на светодкодах.
ником появляются навыки, позволяющие более точно определять
напряжение по интенсивности свечения светодиодов. В пробнике
можно использовать также светодиоды КЛ101В.
В простейших параметрических стабилизаторах используют, как
правило, стабилитроны или стабисторы. Если в качестве стабистора
использовать светодиод, то, помимо стабилизации, он может вы-
полнять функции оптического индикатора включения устройства.
Схема стабилизатора показала на рис. 36,в. По яркости свечения
светодиода можно судить о входном напряжении и нагрузке. При
изменении входного напряжения от 4 до 14 В напряжение на на-
грузке изменяется примерно от 2,1 до 2,5 В, ток через светодиод
меняется от 5 до 30 мА*. Для увеличения выходного напряжения
можно включать последовательно два-три светодиода. Сопротив-
ление и мощность балластного резистора R\ рассчитывают, как
обьг[:;о, по входному напряжению и току через светодиод и на-
грузку. •
Практика работы со светодиодами показывает, что при токе
до 300 мА они нагреваются весьма незначительно. Однако дальней-
шее повышение тока через светодиод может привести к перегреву
кристалла и резкому сокращению срока службы, а при повышении
температуры окружающей среы возможен выход светодиода из
строя.
В связи с технологическим разбросом параметров светодиодов
выходное напряжение может отличаться на +0,2 В от указан-
ного.
* Алимов В. Светодиод — стабилизатор напряжения. — «Радио»,
1975; № 8, с. 52.
55

Генераторы световых импульсов. В транзисторной промышлен-
ной и любительской аппаратуре с автономным питанием обычно не
применяют световые индикаторы включения. В то же время, как
показывает практика, нередки случаи, когда приборы остаются
ошибочно включенными в течение длительного времени, что заметно,
сокращает срок службы как источников питания, так и самой аппа-
ратуры Поэтому в таких аппаратах очень желательны индикаторы
включения К индикатору включения предъявляют два основных
требования: он должен быть
экономичным, а его свечение —
заметным, привлекающим вни-
мание. Распространенные инди-
каторные лампы накаливания
для такой аппаратуры мало-
пригодны из-за чрезмерно боль-
шого потребляемого тока, а не-
оновые при низких напряжени-
ях F—24 В) не работают.
Этим требованиям могут удов-
летворить электронные индика-
Рис. 37. Генератор световых им- торы, в которых источником
пульсов. светового излучения является
светодиод.
Приведем описание одного из таких устройств. Генератор
(рис. 37) собран по схеме несимметричного мультивибратора. Све-
чение светодиода прерывистое. Частота вспышек определяется ча-
стотой генерации мультивибратора. Такой режим позволяет сни-
зить ток, потребляемый индикатором от батареи питания D,5—5 В),
и увеличить амплитуду импульса тока через светодиод, т. е. полу-
чить вспышки большей яркости. Кроме того, вспышки света для
глаза более заметны, чем непрерывное свечение.
Генератор работает следующим образом. При включении ис-
точника питания конденсатор С\ начинает заряжаться по цепи:
плюс источника питания — эмиттерный переход транзистора Т\ —
резистор R3 — конденсатор С\ — участок эмиттер — коллектор тран-
зистора Т2 — резистор /?5 — минус источника питания. Ток заряда
конденсатора Cj полностью открывает транзистор Ти а вслед за
ним и транзистор Т2. Сопротивление участка коллектор — эмиттер
транзистора Т2 становится очень малым, и напряжение источника
питания оказывается почти полностью приложенным к светодидоду
Д\ который начинает ярко светиться.
Через некоторое время зарядный ток конденсатора Си умень-
шаясь, достигнет такого значения, при котором транзистор Тх
начнет закрываться. Это приведет к закрыванию транзистора Т2
и увеличению падения напряжения на нем. Потенциал на коллекто-
ре транзистора Т2 относительно общего провода, соединенного
с плюсом источника питания, увеличится (станет менее отрица-
тельным). Это увеличение потенциала через конденсатор С\ будет
передано на базу транзистора Т\ и вызовет еще большее его за-
крывание. В свою очередь это приведет к еще большему увели-
чению потенциала на коллекторе транзистора Т% Таким образом,
развивается лавинообразный процесс закрывания транзисторов Т\
и Т2, в результате которого они оказываются надежно закрытыми,,
а конденсатор С] заряженным до некоторого напряжения. Ток че-
рез светодиод уменьшается почти до нуля, и светодиод гаснет.
56

Далее конденсатор С\ начинает сравнительно медленно разряжать-
ся через светодиод, который при малых токах имеет значительное
(несколько килоом) сопротивление, и резисторы R3, R2 и Ru Ток
разряда этого конденсатора, создавая падение напряжения на ре-
зисторе R2, поддерживает транзистор Тх закрытым, при этом на-
пряжение на базе транзистора Т{ достигнет такой величины, при
которой он начнет приоткрываться. При этом потенциал на кол-
лекторе транзистора Т2 уменьшится (станет более отрицательным),
это уменьшение потенциала через конденсатор Сх будет передано
на базу транзистора Т{ и приведет к еще большему его открыва-
•нию. Развивается лавинообразный процесс открывания транзисто-
ров, в конце которого транзисторы оказываются в режиме насы-
щения, светодиод начинает ярко светиться, а конденсатор снова
заряжаться — начинается следующий цикл переключения мультиви-
братора.
Частота генерации в основном определяется емкостью конден-
сатора С\. Скважность световых импульсов (отношение периода
генерации к длительности вспышек) зависит от сопротивления и
соотношения сопротивлений резисторов R\ и R2, а также и от со-
противления резисторов R3 и Rt. От этих факторов зависят также
¦стабильность и устойчивость работы мультивибратора и в некото-
рой степени частота генерации. Для того чтобы уменьшить потреб-
ляемый от батареи ток, следует стремиться к скважности, боль-
шей 3. Подбором резистора ^2 устанавливают напряжение на базе
транзистора Т{ таким, чтобы оно было близко к порогу открыва-
ния, т. е. при отключенном конденсаторе С\ светодиод не должен
даже слабо светиться.
Резистор #4 ограничивает ток базы транзистора Т2 в режиме
насыщения. В связи с тем, что в цепи конденсатора С\ могут иметь
место резкие выбросы («пики») напряжения, мультивибратор мо-
жет стать источником похмех для прибора, питающего от общей
¦батареи. Резистор #з способствует уменьшению этих помех. Для
той же цели служит фильтр R$C2.
Ток, потребляемый устройством от батареи, равен 1,5—2 мА.
В генераторе могут быть использованы любые низкочастотные
транзисторы. Светодиоды можно применить типа КЛ101 или АЛ 102
с любым буквенным индексом. При налаживании генератора необ-
ходимо следить, чтобы средний ток через светодиод не превышал
максимально допустимого для данного прибора, иначе светодиод
может выйти из строя.
Цифровое табло. Для школьного спортивного зала, спортпло-
щадки, дома пионеров и школьников, плавательного бассейна юные
радиолюбители могут сконструировать цифровое табло на газо-
разрядных лампах типа ИН-9*. Ячейка одной цифры такого табло
¦и ее принципиальная схема представлены на рис. 38. Каждая ячей-
ка состоит из семи ламп ИН-9 (Лх—Л7), являющихся светящимися
элементами, из которых можно построить ту или иную цифру. Ком-
тлутация цепей питания ламп осуществляется переключателем П\
пульта управления. При установке его на контакт / на табло вы-
свечивается цифра 1, на контакт 2 — цифра 2 и т. д.
В основу табло положен принцип поэлементного построения
цифрового знака. Для уменьшения числа диодов, используемых
в табло, лампы участвующие в образовании большей части цифр,
* Филин В. Цифровое табло. — «Радио», 1974, № 12, с. 53.
57

горят постоянно и гаснут при включении некоторых цифр. В при-
веденной таблице к рис. 38 лампы, которые должны гореть при
включении цифр от 1 до 0, отмечены знаком «-f». Например, лам-
па Л2 горит при образовании цифр 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, 0. В построе-
нии же цифр 5 и 6 лампа Л2 не участвует, поэтому при включении
их она не светится. Выключение ламп, не участвующих в образо-
вании цифр осуществляется шунтированием их диодами. Пред-
положим, что переключатель Пх пульта управления установлен на
контакт 4. В этом случае аноды ламп Лх и Л4 через диоды Д3 и
Рис. 38. Принципиальная схема цифрового табло.
и Дю соединяются с их катодами, и лампы гаснут. Лампа Л5 в это
время тоже не горит, так как ее анодная цепь разорвана. Осталь-
ные лампы (Л2, Л3, Л6 и Л7) горят, образуя цифру 4. Лампа Ль
загорается только тогда, когда переключатель П\ находится на
контактах 2, 6, 8, 0, и ее катод непосредственно или через откры-
тые диоды Де, Д\2, Д\5 соединяется с общим минусовым провод-
ником питания. При шунтировании ламп диодами короткое замы-
кание источника питания не происходит, так как последовательно
с ним включены постоянные резисторы R\—^7-
Лицевой панелью может быть любой прочный листовой мате-
риал толщиной 1,5—2 мм. В ней для каждой цифровой ячейки вы-
пиливают семь щелей размерами 8XU0 мм, после чего панель
грунтуют и красят в серый или черный цвет. Общие размеры одно-
го знака 302 X 180 мм. Газоразрядные лампы ИН-9 укрепляют про-
тив щелей проволочными скобками. Остальные детали монтируют
на гетинаксовой плате, которую крепят с обратной стороны лице-
вой панели табло.
58

Переключатели, коммутирующие цепи табло, типа ПГК
A1П1Н). Пульт управления соединяют с табло многожильным ка-
белем.
Металлический корпус пульта управления обязательно должен
быть заземлен.
Индикаторы состояния. Широкое распространение в различных
схемах для индикации состояния получили светодиоды. На
рис. 39,о приведена одна из логических схем со светоднодом. При
появлении сигнала на входе 1 и 2 транзистор Т{ закрывается, ток
Рис. 39. Устройства с индикаторами состояния.
в цепи Яз—#7—-^8 резко увеличивается — оветодиод начинает из-
лучать свет. Это соответствует переходу транзистора Т2 в состоя-
ние насыщения и появлению сигнала на выходе. Применение све-
тодиода з данном случае позволяет упростить схемное решение,
уменьшить количество элементов и увеличить срок службы логиче-
ских и переключающих схем, значительно облегчает эксплуатацию
отдельных блоков автоматики.
Использование светодиода в ждущем блокинг-генераторе пока-
зано на рис. 39,6. В исходном состоянии оба транзистора закрыты.
При совпадении импульсов на базе транзистора Т\ запускается
блокинг-генератор и через светодиод протекает в прямом направ-
' лении импульс тока, вызывающий свечение светодиода. В связи
с тем, что яркость излучения светодиода пропорциональна прямому
току, прибор может быть также использован и как индикатор
с переменной яркостью свечения. В ?том случае по уровню яркости
59

Характеристики индикаторов
Таблица 9>
Значелил
Рабочий ток, мА
Угол зрения, град
Высота знака, мм
Скорость срабатывания, мкс
Срок службы, ч
40
150
9
1
10 009
свечения контролируют работоспособность устройства или отдель-
ные его параметры. Так как светодиод весьма экономичен и не
требует высоких напряжений, оказывается целесообразным исполь-
зование его в качестве индикатора совместно с микросхемами. На
рис. 39,б показано устройство такого индикаторного узла. На вход
Линза.
Рис. 40. Внешний вид (а) и предельные положения прямой ветви
вольт-амперной характеристики цифрового индикатора КЛ104А (б).
поступают сигналы определенной амплитуды от логической микро-
схемы. По свечению светодиода Д\ судят о работоспособности
системы или о значении соответствующего параметра. Питающее
напряжение является общим для всей системы.
Твердотельные цифровые индикаторы. В настоящее время раз-
работаны и серийно выпускаются твердотельные цифровые индика-
торы, представляющие собой комбинацию определенного числа све-
тодиодов (твердотельных полос) с общим анодом. Индикатор, со-
держащий семь таких полос, способен воспроизводить все цифры
от 0 до 9 и некоторые буквы (всего 27 знаков). Обобщенные
данные цифровых индикаторов приведены в табл. 9. Полупровод-
никовые цифровые индикаторы наиболее целесообразно использо-
вать в малогабаритной аппаратуре, устройствах вывода цифровой
информации из вычислительных машин, системах контроля, цифро-
вых измерительных приборах.
60

Одним из таких приборов является карбидокремниевый цифро-
вой индикатор КЛ104А (рис. 40). Он изготовлен по твердотельной-
технологии и предназначен для визуальной индикации в аппарату-
ре широкого применения. Индикатор содержит семь элементов и
способен высвечивать любую из цифр от 0 до 9. Цвет свечения
желтый. Инфикатор оформлен в металлическом корпусе, снабжен-
ном девятью штыревыми ножками для подключения питающих на-
пряжений. Тип цоколя индикатора — РШ8 ГОСТ 7842-71. Линза —
стеклянная. Масса прибора не более 7 г.
Рис. 41. Принципиальная схема управления циф-
ровоспроизведением на полупроводниковом инди-
каторе.
Максимальный угол (относительно оптической оси), под кото-
рым возможно неискаженное считывание показаний индикатора,.
равен 60°.
Индикаторы нормально работают в диапазоне температур от
минус 10 до плюс 70°С. Приборы имеют значительный разброс ха-
рактеристик и сильную температурную зависимость параметров. На
рис. 40,6 показаны предельные положения прямой ветви вольт-
амперной характеристики (для 95% приборов) при различной тем-
пературе среды.
Принципиальная схема управления цифровоспроизведеннем на
Цифровом индикаторе КЛ104А приведена на рис. 41. Для воспро-
изведения каждого знака с дешифратора подаются соответствую-
щие сигналы на транзисторные катодные формирователи. Через;
анодный формирователь на цифровой светодиодный индикатор по-
ступает питающее напряжение.
61

Индикаторы настройки на светодиодах. Один из возможных
индикаторов настройки на светодиоде для транзисторного прием-
ника представлен на рис. 42,а *.
Через резистор R2 и коллекторный переход транзистора 7 2
проходит часть постоянной составляющей выходного тока детектора,
в котором установлен диод Д[. При изменении величины ВЧ сигна-
ла этот ток изменяется, а вместе с тем изменяются эмиттерные
токи обоих транзисторов и проходящий через светодиод коллектор-
ный ток транзистора Гь Когда приемник точно настроен на частоту
сигнала принимаемой радиостанции, выходной ток детектора, < а сле-
довательно, и ток через светодиод имеют максимальное значение
и светодпод светится наиболее ярко.
Режим работы транзисторов стабилизирован с помощью ста-
билитрона КС133А (Д3): при изменении напряжения питания ?/пит
Рис. 42. Индика шры настройки на светодиодах.
от 5,4 до 9 В ток через светодиод поддерживается на уровне 2,8+
±0,2 мА. ~
На рис. 42,6 приведена схема включения светодиода в коллек-
торную цепь транзистора Т2 схемы АРУ «на разветвлении токов»,
помимо светодиода, в схему нужно добавить конденсатор С15. При
увеличении напряжения АРУ коллекторный ток транзистора Т2
возрастает и светодиод светится ярче.
Поскольку светодиод имеет малые размеры BX2 мм), его
можно укрепить на указателе шкалы радиоприемника. Тогда све-
тодиод одновременно будет высвечивать частоту или длину волны,
на которую настроен приемник.
Схемы согласования светодиодов с источниками управляющих
сигналов. Светодиоды — приборы, управляемые током, поэтому их
необходимо согласовывать с источником сигнала. Кроме того^ ча-
сто возникает потребность усиления входного управляющего тока,
а при необходимости — изменения тока светодиода начиная с неко-
торого уровня. Схема согласования должна при этом фиксировать
начальное значение тока. В ряде случаев может возникнуть потреб-
* Строганов Е. Индикаторы настройки на светодиодах. — «Ра-
дио», 1974, № 5, с. 56.
62

ность в противофазном управлении двумя светодиодами сразу, на-
чальные токи через которые равны или отличны от нуля.
Ряд таких устройств, в той или иной мере позволяющих ре-
шить перечисленные задачи, представлен на рис. 43 [6]. На рис. 43,а
приведена схема устройства, которая может быть использована при
выборе уровней UBX и Е для развязки цепей смещения (?) и
управления (?/вх).
Для этой схемы [6]
ERC + UBXR6
д~ (Я + Гд)/?б+(Я + гд)Дс+ЯбЯс •
Входное сопротивление этой схемы зависит от внутреннего со-
противления источника сигнала и элементов схемы согласования к
равно:
9Ai
Рис. 43. Устройства согласования светодиодов с источниками управ-
ляющих сигналов (а — д) и защиты светодиода (е — ж).
63

Сопротивление гд определяется по вольт-амперной характери-
стике светодиода в выбранной рабочей точке как отношение
Ua/Ia. С целью уменьшения влияния разброса параметров свето-
диода на работу схемы сопротивление R должно выбираться из
условия /?=A0-н50)гд.
Устройство согласования на рис. 43,6 обладает значительно
большими возможностями, чем предыдущее, так как содержит
усилительный элемент. Подбирая сопротивление резистора R3, мож-
но получить зависимость тока через светодиод от входного управ-
ляющего напряжения, близкую к линейной: 1л=1к—1о-\-Шъх-
Начальный ток через светодиод /0 устанавливается изменением
соотношения Яг/^ь в то время как согласование максимального
значения тока через светодиод с верхней границей управляющего
^напряжения UBx проводится изменением сопротивления Rc-
В случае, когда необходимо обеспечить управление светодио-
дом от источника входного сигнала с малым напряжением, тран-
зистор может быть составным, при этом увеличится коэффициент
усиления каскада.
Мостовая схема на рис. 43,б позволяет управлять двумя све-
тоднодамн от одного источника входного сигнала так, что, когда
ток через один из них увеличивается, ток другого уменьшается.
•С помощью источника смещения может быть установлен начальный
ток через оба светодиода. Эта схема может, в частности, исполь-
зоваться, когда оба светодиода работают совместно с двумя фото-
приемниками, например фоторезисторами. Чтобы свести к миниму-
му влияние на работу устройства разброса параметров диода и
уменьшить влияние изменения динамического сопротивления свето-
диода\ на линейность моста, резисторы, включенные последователь-
но со светодиодом, должны быть выбраны значительно большими
(в 30—60 раз), чем динамические сопротивления гдин светодиода
в выбранных рабочих точках.
Для случая Rl=zR2=Ra~\~ral=Ri-\-ra2=R, где гд1 и гд2 — стати-
ческие сопротивления светодиода в выбранных рабочих точках, токи
через светодиоды могут быть определены из выражения
Если пренебречь изменением динамических сопротивлений све-
тодиода, приращения токов через светодиоды будет равны по ве-
личине, но противоположны по знаку. С учетом принятых допу-
щений зависимость токов через светодиод от управляющего на-
пряжения можно считать линейной. Входное сопротивление этой
схемы согласования RDx=Rc-]-R- Входное сопротивление прямо за-
висит от сопротивлений плеч моста. Однако чем оно больше, тем
¦больше требуется напряжение смещения. Зависимость /fli,2=f(?/Bx)
будет тем более линейной, чем меньше 1Я\ и /д2.
Недостатком данной схемы является то, что источники входного
•сигнала и смещения не могут иметь общей точки. Этого недостат-
ка лишена схема на рис. 43,г. Однако она более сложна, и при
значительных токах через светодиод ее выходные характеристики
становятся нелинейными.
Зависимость /д=/(|?/ЕХ|) может быть реализована с помощью
-схемы на рис. 43Д Эта схема содержит два усилителя, выполнен-
ных на транзисторах разного типа проводимости, имеющих общую
нагрузку и работающих в режиме В. При выполнении условий
64

симметрии каждого из каскадов схемы выходная характеристика
также получается симметричной. Начальный ток через светодиод
устанавливается с помощью резистора Ri. Для управления током
светодиода при небольших входных сигналах (?/вх) необходимо
выбирать транзисторы с большим коэффициентом передачи или
выполнять их составными.
При использовании светодиодов в радиоэлектронной аппара-
туре следует уделять серьезное внимание правильному выбору и
поддержанию режима их работы. Необходимо контролировать пря-
мой постоянный ток или среднее значение импульсного тока свето-
диодов, наибольшую амплитуду обратного напряжения. Превыше-
ние предельно допустимых значений параметров светодиодов может
привести к выходу приборов из строя. Для защиты светодиода от
перегрузок по прямому току используют низковольтный стабилитрон
(Ц\ на рис. 43,е). При наличии выбросов обратного напряжения
достаточно надежной защитой может служить включенный после-
довательно со светодиодом выпрямительный диод с большим об-
ратным сопротивлением, как показано на рис. 43,ж.
Перспективным следует признать применение четырехслойного
светодиода с тиристорной характеристикой, а также светодиода
с перемещающейся границей излучения.
ОПТРОНЫ
Характеристики оптронов. Основой оптоэлектронных схем яв-
ляется о п т р о н, включающий в себя объединенные конструктивно
светодиод СД и фотоприемник ФП [6]. Варианты выполнения
оптрона, учитывающие конструктивные особенности их элементов
и требования схемотехники, приведены на рис. 44,а—г. В качестве
примера дана конструкция оптрона, в корпусе которого объединены
фоторезистор СФ2-5 и светодиод на основе SiC (КЛ101) (рис. 44,5).
В настоящее время имеются промышленные разработки, в ко-
торых для получения оптимальных характеристик оптрона при-
няты специальные меры конструктивного и технологического ха-
рактера. Для получения максимальной управляемости фотоприемни-
ка от излучателя, т. е. для увеличения коэффициента передачи
Рис. 44. Конструкция оптрона и варианты его выполнения.
/_ светодиод; 2 — корпус держателя светодиода; 3 — корпус ячейки; 4— фо-
топриемник.
65

оптрона, необходимо увеличить внешний квантовый выход свето-
диода и повысить чувствительность фотоприемника, а также со-
гласовать спектральные характеристики излучателя и приемника.
Степень согласования может быть оценена корреляционным коэф-
фициентом &х. В табл. 10 привздены значения &х для различных со-
четаний светодиодов и фотоприемникоЕ.
Таблица 10
Фотоприемники
Светодиоды
SiC
GaP
GaP CaAs
Тип прибора, материал
соо
ФСК-2 (CdS)
СФ-2-5 (CdS)
ФСК-1 (CdS)
ФСД-1, СФ-В-1 (CdSe)
Фотоприемники на основе Si (фо-
тодиоды, фототранзисторы и др.)
Фотоприемники на основе Qe (фо-
тодиэды, фототранзисторы) . .
ФСА-1 (PbS)
0,50
0,54
0,64
0,75
0,86
1,50
2,10
0,457
0,595
0,912
0,854
0,590
0,422
0,487
0,640
0,905
0,732
0,300
0,745
0,935
§,745
0,457
0,455
0,900
0,510
0,582
Как элемент электрической цепи оптрон может быть полностью
описан статическими и динамическими характеристиками [6].
Основными статическими характерстиками оптрона являются вход-
ная, выходная и передаточная, отражающая зависимость какого-
либо выходного параметра от изменений входного. Некоторые ста-
тические характеристики оптронов с фотодиодом, фоторезистором,
фототранзистором и фототиристором показаны на рис. 45.
Тиристорные оптроны АОУ103А, АОУ103Б, АОУЮЗВ.
Оптроны содержат арсенидогаллиевые эпитаксиально-планарные
светодиоды и кремниевые диффузионные фототиристоры структуры
р-п-р-п ^с прямой оптической связью между ними, заключенные
в общий герметический металлический корпус с гибкими проволоч-
ными выводами (рис. 46,а). Предназначены эти оптроны для ис-
пользования в качестве бесконтактных ключевых элементов. Диа-
пазон рабочих температур окружающей среды от —60 до -j-70°C.
Масса оптрона не более 1,2 г. Полярность включения прибора
должна соответствовать указанной на рис. 46,а.
Рассмотрим основные параметры оптронов *.
Входные параметры:
/вх.ном — минимальный прямой входной ток, при котором
оптрон переходит в открытое состояние при заданном прямом на-
пряжении на его выходе.
* Авдеева Н., Гришина Л. Оптроны. — «Радио», 1974, № 9,
с. 55—56.
66

Рис. 45. Некоторые статические характеристики оптрона.
а —с фоторезистором; б —с фотодиодом; в — с фототранзистором; г —с фо-
тотиристором.
5*

Рис. 46. Схемы включения оптронов (а) и зависимость светового со-
противления Rc от входного тока /вх (б).
Выходные параметры:
/ут — ток утечки — прямой ток через фототиристор, находящий-
ся в закрытом состоянии;
/ут.обр — обратный ток фототиристора;
0ОСт— остаточное прямое напряжение на фототиристоре, на-
ходящемся в открытом состоянии;
/вы к л —ток выключения — минимальный прямой ток, при ко-
тором фототиристор остается в открытом состоянии;
Свых — выходная емкость фототиристора, находящегося в за-
крытом состоянии.
Проходные параметры:
Спрох — емкость проходная — емкость между входными и вы-
ходными выводами прибора;
#пзо л — сопротивление изоляции между входными и выход-
ными выводами прибора;
(вын — время выключения — минимальное время между мо-
ментом, когда прямой ток в выходной цепи становится равным
нулю или его направление меняется с прямого на обратное, и мо-
ментом, когда на прибор можно подавать напряжение ?/Пр.макс
с максимальной скоростью увеличения, которое не переключает при-
бор в открытое состояние;
^вкл — время включения — время с момента подачи импульса
входного тока с заданными параметрами, в течение которого вход-
ной ток прибора при активной нагрузке достигает 90% заданного
установившегося значения.
Предельно допустимые параметры при длительной работе:
?/вх.макс — максимально допустимое входное напряжение при
максимально допустимом входном токе;
/вх.макс — максимально допустимый входной прямой ток;
/пом.макс — максимально допустимый ток помехи — максималь-
ный постоянный или прямой ток на входе, не вызывающий пере-
ключения оптрона из закрытого состояния в открытое;
68

Таблица 11
Обозначение параметра
и единица измерения
'вх.ном» МА
/ут, мА
'у т. обр» МА
' выкл > МА
f/ост, В
Сйых. ПФ
Спрох, ПФ
#пзол> МОм
*вкл, МКС
'выкл> МКС
Численное значение
АОУ103А
АОУЮЗБ
тараметра
АОУ103В
Входные параметры
<20
<50
<20
Выходные параметры
«30,1
—
<10
<2
<20
<0,1
—
<10
<2
<20
<0,1
<0,1
<10
<2
<20
Проходные параметры
<з
<15
<100
<з
>10
<15
<100
<з
>10
<15
<100
Режим измерения
и примечания
^пР=10 В
^пр ==r Uпр. макс
^обр ~ ^обр.макс
l/np'= 10 В
/nD= 100 мА
^вх.вых = 500 В
тт тг
ипр — и пр. макс
/ = 100 мА
Максимально допустимые эксплуатационные параметры
^вх.мако "
¦*вх.макс> МА
'пом.макс» МА
^пр.макс» "
u оор.макс > D
'пр. макс > мл
dU/dt, В/мкс
2
55
0,5
50
100
5
2
55
0,5
200
100
5
2
55
0,5
200
200
100
5
При t
При /,
окр ¦
окр :
50вС
:70вС
линейно.
Для ортронов АОУ103А и АОУЮЗБ не регламентируются.
В диапазоне температур 50—70°С допустимое значение прямого тока снижается
f/np макс — максимально допустимое постоянное или прямое
напряжение (при разомкнутой входной цепи и допустимой скоро-
сти нарастания напряжения на входе), при котором прибор остает-
ся в закрытом состоянии;
t/обр.макс— максимально допустимое постоянное напряжение
или обратное напряжение на фототиристоре;
/пр.макс — максимально допустимый средний прямой ток через
фототиристор;
dU/dt — максимально допустимая скорость увеличения прямо-
го напряжения, при которой фототиристор остается в закрытом
состоянии; измеряется при /Вх=0.
Параметры тиристорных оптронов АОУ103А, АОУЮЗБ,
АОУ103В приведены в табл. 11.
Резисторные оптроны АОР104А и АОР104Б. Оптро-
ны представляют собой комбинацию из фосфидогаллиевых эпитак-
сиальных светодиодов и фоторезисторов из сернистого и селенисто-
го кадмия по пленочной технологии. Выполнены они в таких же
69

герметических металлических корпусах с гибкими выводами, как
и оптроны АОУ103А, АОУ103Б, АОУ103В (рис. 46,а). Предназна-
чены они для бесконтактной коммутации электрических цепей пе-
ременного тока с частотой до 1,5 кГц, в частности, электролюми-
несцентных цифровых и знаковых индикаторов. Диапазон рабочих
температур от —50 до -|-650С. Масса оптрона не более 1,5 г.
Полярность входного управляющего сигнала должна соответ-
ствовать обозначенной на рис. 46,а.
Рассмотрим основные электрические параметры резисторных
оптронов.
Выходные параметры:
Rr ¦— темновое сопротивление — выходное сопротивление оптро-
на (сопротивление фоторезистора) при входном токе /Вх=0;
/?о — световое сопротивление — выходное сопротивление при-
бора (сопротивление фоторезистора) при заданном входном токе.
Зависимость светового сопротивления Rc от входного тока /щ
иллюстрирует рис. 46,6;
Таблица 12
Обозначение параметра
и единица измерения
/?Т( МОм
Rc, кОм
С вых. ПФ
Спрох. ПФ
tdKn> MC
^выкл. МС
#изол» МОм
Численное значение
параметра
АОР104А
АОР104Б
Выходные
параметры
^250
<100
<з
^250
<50
<з
Проходные
параметры
<з
<10
<200
>Ю0
<з
<10
<100
>100
Режим измерения и примечания
/вх = 0
/вх= 10 мА
—
Снагр= 100+10 пФ,
^вх.имп — Ю мА,
^комп = 220 В,
/ = 40Э Гц,
^вх.вых=500 В
Максимально допустимые экстуатациэнные параметры
-^вх.мако В
^оор.имп.макс » D
'вх.макс» Mi^
-'комм.макс» ь
-'вых.макс» В
'вых.макс> МА
¦^"вых.мако м^т
3.8
2,0
11
250
250
0,30
0,14
25
10
2,8
2,0
11
250
250
0,70
0,50
25
10
При
При
При
При
'окр
'окр
'окр
'окр
40°
65°
40°
65°
С
С
С
С
* Для светодиода при дтитетьности импульса не болез 20 мс и частоте повторе-
ния до 1 кГц.
70

Свых — выходная емкость (между выводами фоторезистора).
Проходные параметры:
Спрох — проходная емкость между входом и выходом прибора;
^вкл — время включения — промежуток времени, в течение ко-
торого ток в выходной цепи прибора увеличивается до 90% задан-
ного установившегося значения с момента включения входного тока;
^выкл — время выключения — промежуток времени, в течение
которого ток в выходной цепи уменьшается до 50% от начального
с момента прекращения входного тока;
/?изол— сопротивление изоляции между входом и выходом
прибора.
Предельно допустимые параметры при длительной работе:
?/вх.макс — максимально допустимое прямое напряжение на
входе;
^обр.иып.макс — максимально допустимое обратное напряжение
на входе;
/вх.макс •— максимально допустимый прямой входной ток;
t/комм.макс — максимально допустимое коммутируемое напря-
жение — наибольшее действующее переменное напряжение, которое
молено приложить к выходу прибора при /вх=0;
С/вых.макс — максимально допустимое выходное напряжение —
наибольшее постоянное напряжение, которое можно приложить
к выходу прибора при /Вх=0;
/вых.макс — максимально допустимый ток через фоторезистор
при /вх=11 мА;
Рмакс — максимально допустимая мощность, рассеиваемая
в фоторезисторе проходящим током, не вызывающая изменений па-
раметров.
Параметры резисторных оптронов АОР104А—АОР104Б приве-
дены в табл. 12.
Оптрон с управляемым оптическим каналом на жидком кри-
сталле. Оптрон с управляемым оптическим каналом отличается от
простейшего оптрона наличием еще одного входа, по которому вы-
полняется управление оптическими показателями среды, связываю-
щей источник и приемник излучения *. Материал для подобного
оптрона необходимо выбрать таким образом, чтобы изменение
оптических свойств материала происходило при как можно мень-
ших управляющих сигналах (токах, напряжениях). Ограничение
вызывается тем, что такой оптрон должен стыковаться с полупро-
водниковыми элементами. Управляемый оптический канал служит
в оптроне одновременно и связующей средой между источником и
фотоприемником. В соответствии с этим к таким оптронам предъ-
являются следующие общие требования: необходимо, чтобы коэф-
фициент корреляции спектральных характеристик излучателя, фото-
приемника и управляемого оптического канала был близок к еди-
нице, чтобы управляемая среда создавала определенные условия
светопередачи в оптроне, чтобы связующая среда сохраняла опти-
ческие свойства в требуемом интервале температур.
Рассмотрим оптрон, изготовленный с микроминиатюрной лам-
пой накаливания типа НСМ-6,3, фоторезистором СФ-2-2 и жидким
кристаллом в качестве управляемого оптического канала. Жидкие
* Оптрон с управляемым оптическим каналом на жидком кри-
сталле.— «Приборы и системы управления», 1973, № 9, с. 32—33.
Авт.: Л. К. Вистинь, И. Ф. Полякова, И. Г. Чистяков, Н. П. Уда-
лов.
71

кристаллы выполнены в виде смеси МББА E0%) и ЭББА E0%)
с температурным интервалом существования 10—40°С. Жидкокри-
сталлическая ячейка представляет собой два прозрачных электрода
с помещенной между ними пленкой жидкого кристалла. При про-
хождении через такую жидкокристаллическую ячейку свет рас-
сеивается. Таким образом, изменяя управляющий сигнал, можно
регулировать интенсивность света, проходящего через ячейку.
Выбор жидкого кристалла в качестве материала для управляе-
мого оптического канала осуществляется из следующего: величин
управляющих напряжений, которые невелики и составляют .от 10
до 100 В; размера жидкокристаллической ячейки, определяемой
размерами прозрачных электродов; толщины пленки, варьируемой
изолирующей прокладкой. В отсутствие поля жидкий кристалл
практически прозрачен. Кроме того, ячейка может работать на
постоянном и переменном токе. Источник не обязательно должен
Рис. 47. Принципиальная схема оптрона с управляемым оптическим
каналом и его характеристики.
быть монохроматическим, однако необходимо, чтобы максимальная
длина волны падающего света была в 5—10 раз меньше, чем раз-
меры доменов, образующихся при приложении электрического поля.
Для других же оптических сред, которые могут быть использованы
в качестве управляемых оптических каналов в оптроне, монохро-
матичность источника излучения является обязательной.
Как элемент электрической цепи оптрон с управляемым опти-
ческим каналом представляет собой шестиполюсник (рис. 47,а)
с двумя входами — по цепи управления оптического канала (УОК)
и по цепи излучателя (ИИ) — и с выходом по цепи фотоприемни-
ка ФП. Подобного типа оптрон можно описывать следующим об-
разом: входные характеристики — вольт-амперная характеристика
72

излучателя и управляемого оптического канала, выходная харак-
теристика— световая характеристика фотоприемника (рис. 47,6, б).
Кроме того, влияние излучателя на выходные параметры выра-
жается проходной характеристикой /ф=/(/л) [/<$, и /л — токи при-
емника и источника излучения соответственно], а влияние управ-
ляемого оптического канала — модуляционной ^Ф=ф(^уок) ПРИ
/.4=const и напряжении на фоторезисторе ?/4>=const (рис. 47,г).
Выходные характеристики оптрона для различных световых пото-
ков и варьируемых значений управляющего сигнала, равных 0, 20,
40, 60 и 75 В, показаны на рис. 47,д на кривых )—5 соответ-
ственно.
Оптрон с управляемым оптическим каналом можно использо-
вать в качестве логической ячейки преобразователя частоты, а так-
же в устройствах переключения электролюминесцентных индика-
торов.
Рис. 48. Принципиальная конструкция оптрона для
трансляции измерений.
Оптрон для трансляции измерений. При построении некоторых
измерительных систем и узлов вместо классических методов изме-
рения и контроля целесообразно применять оптоэлектронный, где
в качестве связующего звена между первичными и вторичными
преобразователями используется световой луч *.
Конструкция измерительного звена оптоэлектронного трансля-
тора на основе оптрона представлена на рис. 48. Светодиод 1
(типа АЛ102Б) помещен в разъемном металлическом корпусе, со-
стоящем из прижимной гайки 2 и оправки 3. Оптический контакт
между светодиодом и фоторезистором 4 осуществляется с помощью
пучка гибких волоконных световодов 5 сечением 38 мм2 и амперту-
рой 36°. Для защиты от механических повреждений и мощных
внешних световых воздействий пучок световодов помещен в гибкую
светонепроницаемую пластмассовую трубку 6. Фоторезистор пред-
ставляет собой таблетку с нанесенными селенистокадмиевым фото-
чувствительным слоем и системой растровых электродов. Согласо-
вание по масштабу площадей — оптического окна светодиода и
торца световода — осуществляется когерентным фоконом. Винипла-
стовые шайбы 7 и 8 предназначены для герметизации разъема.
Шайба 7 служит также для центрирования фокона относительно
световолоконного пучка.
* Джавахишвили А. А., Джангобегов Р. П., Кретулис В. С.
Оптрон для трансляции измерений. — «Приборы и системы управ-
ления», 1973, № 8, с. 27—28.

Быстродействие оптрона-транслятора полностью определяется
постоянной времени фоторезистора и составляет в данной конструк-
ции 2 ¦ 10~3 с. Запаздывание сигнала в оптическом канале длиной
10 м равно A—2) -10~6 с, а излучательная инерционность свето-
диода составляет 10~7—Ю с. Температурная погрешность изме-
рительного звена значительно снижается при включении оптрона
в мостовую схему.
Описанный оптрон с прямой оптической связью на основе пары
инжекционный светодиод — фоторезистор как измерительное звено
оптоэлектронного транслятора может найти применение в аппара-
тах высокого напряжения, а в качестве звена контроля, связ'и, из-
мерений — в устройствах автоматики.
АНАЛОГОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Управляемые делители на фоторезисторах. Все более широкое
распространение в радиоаппаратуре получают управляемые дели-
тели напряжения на полупроводниковых фоторезисторах [2]. Фо-
торезистор включается в одно из плеч делителя, а управляющее
напряжение подается на элемент, выполняющий функции источника
света. При изменении управляющего напряжения изменяется све-
товой поток источника, размещаемого вблизи резистора. Изменяется
освещенность регулирующего элемента, что приводит к изменению
сопротивления фоторезнстора и коэффициента передачи делителя.
Схемы управляемых делителей на фоторезисторах показаны
на рис. 49,а, б. Для расчета управляемых делителей необходимо
знать световую характеристику источника и люкс-амперную харак-
теристику примененного фоторезистора. Однако в практических
расчетах удобно пользоваться зависимостью светового сопротивле-
ния фоторезистора от его освещенности, которую легко получить
из люкс-амперных характеристик. Регулировочная характеристика
управляемого делителя определяется характером этой зависимости
с учетом световой характеристики источника света.
Расчет делителя параллельного типа ведется так. Находят
диапазон изменения нижнего плеча делителя [2]. Максимальное
сопротивление в схеме на рис. 49,в равно темновому сопротивле-
нию Rt фоторезистора, или с учетом сопротивления нагрузки де-
лителя RH ПОЛУЧИМ Гмакс=#т^н/(Ят-ЬЯн).
Аналогично минимальное сопротивление нижнего плеча дели-
теля /"мин равно световому сопротивлению Rc фоторезистора, или
С учеТОМ Ян Г„ин=#с#н/(Яс+#н).
Затем вычисляют отношение
г\шс J^t_ "с ~Т "к
Это отношение должно превышать заданный диапазон регу-
лирования делителя, или, если диапазон регулирования выражен
в децибелах, должно выполняться условие /¦Макс/'*мин> 10D/20
или
, ^макс D
1%~г >Ж-
'мин zu
При невыполнении этих условий необходимо провести одно из
следующих изменений в схеме: увеличить сопротивление нагрузки,
которым обычно является входное сопротивление усилительного
74

Рис. 49. Управляемые и компенсированные делители на фоторези-
сторах.

каскада; заменить используемый фоторезистор другим, имеющим
большую кратность изменения сопротивления Rt/Rc, или заменить
используемый источник света другим с более высокой освещенно-
стью светочувствительного элемента фоторезистором [2].
По заданному диапазону регулирования делителя находят со-
противление линейного резистора ^i в верхнем плече делителя
в схеме, представленной на рис. 49,в:
\0Dl20RTRc
R*~ rt-Wd№rc'
С учетом сопротивления нагрузки сопротивление резистора Ri
следует рассчитывать по формуле
1 Rr(Rc + /?h) -10D/2° Яс(/?т + Ян) '
При выборе резистора Rx следует помнить, что его сопротив-
ление оказывает существенное влияние на вид регулировочной ха-
рактеристики делителя (рис. 49,г). Входное сопротивление такого
усилителя зависит от управляющего напряжения и в диапазоне
регулирования может изменяться от Rc-\^Ri до R?-\-Ru а кратность
изменения входного сопротивления будет равна m=z(RT~\-iRi) / (Ro-\-
Фоторезистор можно включить как в нижнее, так и в верхнее
плечо делителя напряжения. Расчет управляемого делителя после-
довательного типа (рис. 49,д) проводится аналогичным образом.
Его регулировочные характеристики представлены на рис. 49,е.
Диапазон регулирования делителей на фоторезисторах может
достигать 60 дБ и более [2]. В схемах с фоторезисторами цепь
управления полностью изолирована от цепи сигнала, что исключает
попадание в нее каких-либо наводок из цепи управления, а также
делает возможным использование сигнала постоянного тока. Если
в качестве источника света применяется лампа накаливания, то
допускается использование переменного управляющего сигнала (на-
пряжения). Это не приводит к модуляции регулируемого сигнала
и не вызывает появления фона в звуковом сигнале, что объясняется
значительной тепловой инерционностью лампы накаливания и вы-
сокой постоянной времени фоторезистора. В отличие от варисторов
и терморезисторов фоторезисторы при достаточно высоких напря-
жениях имеют линейную вольт-амперную характеристику, что
улучшает характеристики управляемых делителей.
Недостатком управляемых делителей на фоторезисторах яв-
ляется зависимость параметров фоторезистора от температуры
окружающей среды. Так, при повышении температуры по 20°С
кратность изменения сопротивления RT/Rc, определяющая диапа-
зон регулирования, уменьшается на 20—30%. Кроме того, если
в качестве источника света используется лампа накаливания, то
в цепи управления рассеивается значительная мощность. Так как
источник света стараются расположить возможно ближе к фото-
резистору, чтобы избежать потерь световой энергии, фоторезистор
будет дополнительно нагреваться из-за тепла, выделяемого лам-
пой. При изменении управляющего напряжения изменяется рас-
сеиваемая лампой мощность, что вызывает дополнительные коле-
бания температуры фоторезистора и нестабильность коэффициента
передачи управляемого делителя напряжения [2].
76

Параметры фоторезисторов несколько изменяются во времени
с изменением приложенного напряжения и его частоты. Поэтому
компенсация температурной, временной нестабильностей и т. д.
пассивными методами, т. е. при помощи компенсирующих элемен-
тов, например терморезисторов, иногда бывает недостаточно
эффективной [6].
Хорошую компенсацию изменений параметров управляемых
делителей молено получить, вводя в схему усилительный элемент и
цепь обратной связи (рис. 49,ж, з). В этих схемах источником све-
та служит неоновая лампа, включаемая в коллекторную цепь
транзистора и являющаяся нагрузкой транзисторного каскада. Об-
ратная связь по постоянному току осуществляется за счет опти-
ческой связи неоновой лампы с фоторезистором в цепи базы и слу-
жит для стабилизации режима неоновой лампы. Фоторезисторы
в цепи базового смещения транзистора и в цепи собственно управ-
ляемого делителя должны быть однотипными и обладать иден-
тичными характеристиками. Благодаря применению такой схемы
изменения параметров фоторезистора и неоновой лампы в широком
интервале рабочих напряжений, температур и во времени практи-
чески не сказываются на характеристиках управляемого делителя.
Управляемый делитель на рис. 49,ж питается от двух источ-
ников напряжения, из которых напряжение 180 В служит для
зажигания неоновой лампы через резистор 40 кОм, а диод пред-
отвращает замыкание между двумя источниками питания. Резистор
сопротивлением 500 кОм, включенный параллельно транзистору,
предотвращает погасание лампы при закрывании транзистора.
Управляемый делитель на рис. 49,з работает аналогично рас-
смотренному с той лишь разницей, что здесь использован двух-
каскадный транзисторный усилитель. Так как такой усилитель из-
меняет фазу управляющего напряжения на противоположную,
фоторезистор включается в верхнее плечо делителя базового сме-
щения транзистора. Изменение параметров управляемого делителя
в интервале температур от 263 до 323 К не превышает ±2% [2].
Управляемые резисторы и резистивные делители с оптронами на
светодиодах. Практически в любом случае оптрон используется как
управляемый резистор. В целом ряде случаев можно говорить об
использовании оптрона непосредственно в виде бесконтактно управ-
ляемого подстроечного резистора. Если последовательно с фото-
резистором оптрона включить резистор, то такую совокупность
можно рассматривать как потенциометр, в котором изменение по-
тока излучения светодиода аналогично изменению положения
движка потенциометра [6].
В делителе с одним оптроном (рис. 50,а) выходное напряжение
можно снимать как с фоторезистора, так и с резистора. В делителе
на рис. 50,6 оба резистора являются фоторезисторами, а светодио-
ды включены в смежные плечи мостовой согласующей схемы. Такой
делитель можно рассматривать как потенциометр.
Делители можно рассматривать также с позиций возможно-
сти их работы в качестве усилителей напряжения [6]. Для этих
целей нам более пригоден усилитель на рис. 50,6 как обладающий
достаточно хорошей линейностью, в то время как в делителе на
рис. 50,а выбор рабочей точки, обеспечивающей удовлетворитель-
ную линейность выходной характеристики, затруднителен. В дели-
теле на рис. 50,а можно получить достаточно высокий коэффи-
циент усиления (например, 50) по напряжению; однако подобный
77

усилитель имеет нестабильные характеристики, малый частотный
диапазон, не говоря уже о малом коэффициенте усиления по мощ-
ности, что связано с недостаточным к. п. д. излучателей.
Использование оптрона в качестве управляемого резистора мно-
гообразно. В частности, оптронный управляемый резистор может
быть использован для целей дистанционного управления коэффи-
циентом усиления, например, в усилителе низкой частоты радио-
приемника (рис. 50,е), а также в перенастраиваемом фильтре
(рис. 50,г). В последнем случае возможно использование оптрона
с одним светодиодом и несколькими оптически с ними связанными
Рис. 50. Управляемые делители с оптронами и примеры их исполь-
зования.
78

фоторезисторами. Кроме того, в качестве конденсаторов могут най-
ти применение также варикапы.
Делители напряжения с оптронами можно использовать в са-
монастраивающихся системах управления (рис. 50,E). При этом
входная цепь оптрона (светодиод) подключается к выходу инте-
гратора, установленного в цепи самонастройки, а делитель с фото-
резистором включается в основной контур. Динамические свойства
цепи самонастройки могут быть улучшены введением во входную
цепь интегратора делителя напряжения, аналогичного установлен-
ному в основном контуре. Такая схема
может быть реализована при использо-
вании оптрона, состоящего из одного
светодиода и двух фоторезисторов [6].
Усилительно-преобразовательные схе- ^хо^
мы с оптронами. Оптроны могут приме-
няться в простых усилителях, требующих
электрической развязки от остальных
узлов устройства в линейных усилите-
лях малых сигналов.
Часть схемы усилителя с использо-
ванием оптрона Оп\ с парой светодиод—
фототранзистор представлена на рис. 51. Рис. 51. Усилитель с ис-
Усилитель может заменять импульсные пользованием оптрона с
трансформаторы, особенно если важно парой светодиод — фото-
передать постоянную составляющую сиг- транзистор,
нала. Небольшое динамическое сопротив-
ление светодиодов позволяет включать
их последовательно по два и более. Такие устройства обладают вы-
сокой эксплуатационной надежностью.
Оптоэлектронные приборы, обладая малыми габаритами, вы-
соким быстродействием, надежностью и помехоустойчивостью,
успешно заменяют широко распространенные электромагнитные
реле. Быстродействие оптоэлектронных реле Ю4—108 Гц, что на
несколько порядков выше быстродействия электромагнитных реле.
Дистанционное управление усилением. В последние годы зна-
чительно повысились качественные показатели бытовой радиоэлек-
тронной аппаратуры. Увеличились размеры экранов телевизоров,
появились новые типы радиоприемников и радиол высшего класса,
новые типы магнитофонов. Широкое распространение получило
высококачественное объемное и стереофоническое воспроизведение
звука через выносные акустические агрегаты. Все это привело
к тому, что зритель и слушатель теперь уже располагаются на зна-
чительном расстоянии от радиоаппарата. Поэтому как в промыш-
ленной, так и в любительской аппаратуре наряду с разнообразны-
ми автоматическими регулировками все чаще применяется дистан-
ционное управление, осуществляемое с помощью выносных пуль-
тов [2].
Широкое распространение получает дистанционное управление
усилителем, в частности, громкостью звука. Нередко для этой цели
применяются ручные регуляторы, представляющие собой вынесен-
ные из аппарата потенциометрические регуляторы громкости. Одна-
ко такие регуляторы не дают хороших результатов при использо-
вании их в радиоаппаратуре высшего класса для дистанционного
управления на значительном расстоянии, так как в соединительных
проводах даже при тщательной их экранировке возможны значи-
79

тельные наводки переменных полей, приводящие к появлению фона.
Кроме того, частотная характеристика таких регуляторов зависит
от положения движка потенциометра. Емкость между соединитель-
ными проводами, влияние которой изменяется в процессе^ регули-
рования усиления, вызывает значительный завал частотной харак-
теристики на высоких частотах звукового диапазона.
Для полного устранения наводок переменных полей необходи-
мо отделить цепь переменного сигнала от цепи управления. Поэто-
му для дистанционного управления можно использовать управляе-
мые делители напряжения.
Рис. 52. Схемы дистанционного управления усилением.
Принципиальная схема регулируемого усилителя [2], в кото-
ром применен управляемый дистанционно делитель напряжения на
фоторезисторе, приведена на рис. 52,а. Входное сопротивление та-
кого делителя зависит от управляющего сигнала. Большое изме-
нение входного сопротивления в процессе регулировки можно отри-
80

цательно сказаться на работе предыдущего каскада, для которого
входное сопротивление последующего каскада является нагрузкой.
Результатом этого воздействия может быть изменение коэффици-
ента усиления, частотной характеристики и т. д. Поэтому целесо-
образно уменьшать кратность изменения входного сопротивления
делителя в заданном диапазоне регулирования. Для этой цели на
вход управляемого делителя включают резистор, сопротивление
которого находят из следующего соотношения:
г, ЯСЯВХ. МИН + Я2 (Яс + #н)
1 ~ ЯсДн + (Я» - Явх.мш) (Яс + Ян) '
где Re—световое сопротивление фоторезистора при максималь-
ном напряжении управления; RH — сопротивление нагрузки управ-
ляемого делителя, равное входному сопротивлению второго кас-
када; i?Bx.Mim — наименьшее входное сопротивление делителя,
нагруженного на входное сопротивление последующего каскада,
допустимое для нормальной работы предыдущего каскада.
В этой схеме цепь управления полностью изолирована от цепи
сигнала, что исключает попадание в нее наводок из цепи управ-
ления. Особенностью регулируемого усилителя, представленного на
рис. 52,а, является линейность вольт-амперной характеристики фото-
резистора, и поэтому управляемый делитель не вносит дополнитель-
ных нелинейных искажений сигнала.
Регулируемые усилители, показанные на рис. 52,а, б, можно
использовать для дистанционного управления громкостью звука.
Рассмотренные схемы дистанционных регуляторов громкости
имеют общий недостаток: громкость звука в них одинаково изме-
няется для всех частот. Особенностью же нашего уха является
различная чувствительность к разным частотам звука, которая
к тому же зависит от уровня громкости. С уменьшением громкости
особенно резко снижается восприятие низких и частично высоких
звуковых частот [2]. Поэтому для равномерного восприятия всех
частот при малых общих уровнях громкости низкие и высокие об-
ласти звукового диапазона должны воспроизводиться с большей
громкостью, чем средние частоты. Для этой цели в высококаче-
ственных усилителях применяют компенсированные регуляторы
громкости, которые наряду с изменением общего уровня громкости
изменяют частотную характеристику усилителя таким образом,
чтобы восполнить указанные недостатки.
На рис. 52,6 представлен компенсированный регулятор громко-
сти на основе управляемого делителя напряжения с фоторезисто-
ром, позволяющий получить хорошее приближение к кривым равной
громкости. На вход регулятора подается переменное напряжение
звуковой частоты, которое 'необходимо регулировать. На выход
регулятора с двухзвенного ^С-фильтра через резистор Rs посту-
пает напряжение низших частот, а через резистор Rj — напряжение
всех частот звукового диапазона. Соотношение этих напряжений
зависит от коэффициента передачи делителя, т. е. от управляю-
щего напряжения. При максимальном управляющем напряжении
общая громкость звука максимальна. В этом случае напряжение,
снимаемое с резистора R\ нижнего плеча управляемого делителя,
значительно больше напряжения, поступающего с фильтра. Таким
образом, на выход регулятора проходят все частоты без ослаб-
ления.
81

Если управляющее напряжение
мало, что соответствует низкому
уровню громкости, на выходе ре-
гулятора будут преобладать низ-
шие частоты, прошедшие через
^С-фильтр. Таким образом обес-
печивается компенсированная ре-
гулировка громкости [2].
При желании можно осуще-
ствить также корректировку ча-
стотной характеристики регулято-
ра в области высших частот. Для
этого между входом и выходом
регулятора необходимо включить
еще один фильтр — для высших
частот.
В стереофонических системах
воспроизведения звука оказыва-
ется необходимым не только
установить общий уровень звуко-
воспроизведения, но также регу-
лировать относительное усиление
обоих каналов. Наиболее эффек-
тивно и удобно осуществлять ре-
гулировку баланса из той точки,
где находится слушатель. Кро-
ме того, целесообразно одновре-
менно регулировать как общий
уровень громкости, так и балан-
сировку уровней по каналам. Та-
кое регулирование обеспечивает
схема дистанционного управления
громкостью стереофонического уси-
лителя, показанная на рис. 52,в.
Каждый канал усилителя со-
бран на двойном триоде 6Н1ГТ и
содержит каскад усиления на-
пряжения на одном из триодов лампы и катодный повторитель на
другом.
В цепь управляющей сетки первого каскада включены управ-
ляемые делители напряжения на фоторезисторах. В цепь управ-
ления первого каскада (в цепь управляющей сетки) включены
управляемые делители напряжения на фоторезисторах [2]. В цепь
управления делителем включены лампы накаливания Л3 и Л4, рас-
положенные в одном корпусе с фоторезисторами. Потенциометры
Ri и Rq размещаются на выносном пульте дистанционного управ-
ления. С их помощью можно устанавливать громкость каждого
канала в отдельности и добиваться балансировки уровней.
Этот усилитель включается между предварительным и оконеч-
ным усилителями готового стереофонического звуковоспроизводя-
щего устройства. С этой целью коэффициент его усиления сделан
равным единице. Диапазон регулирования схемы составляет 60 дБ,
коэфффициент нелинейных искажений не превышает 0,05% ПР'И
входном напряжении 1 В, диапазон воспроизводимых частот
20 Гц — 30 кГц.
82
Рис. 53. Управление электро-
люминесцентным индикатором
и бестрансформаторные управ-
ляющие устройства.

Аналогичная схема стереофонического усилителя на транзисто-
рах показана на рис. 52,г. В отличие от предыдущей схемы здесь
применен управляемый делитель напряжения последовательного
типа на фоторезисторе. Баланс стереоканала устанавливается
при помощи переменного резистора R2, регулировка уровня
громкости осуществляется переменным резистором R8. Резисторы
/?2 и Rs располагаются в выносном пульте управления.
К достоинствам рассмотренных схем дистанционного управ-
ления громкости следует отнести отсутствие тресков и шорохов,
возникающих обычно при регулировке. Описанный принцип ди-
станционного управления уровнем громкости можно использовать
не только для изменения громкости воспроизведения, но и для
дистанционного наложения различных звуковых программ, изме-
нения тембра звука во время передачи, плавного включения и
выключения ревербератора и т. д.
Управление электролюминесцентным индикатором. Оптрон све-
годиод — фоторезистор может быть использован в цепи управле-
ния электролюминесцентным индикатором (рис. 53,а). По сравне-
нию с трансформаторными развязывающими устройствами приме-
нение оптрона значительно упрощает управление индикатором,
снижает потребляемую мощность, позволяет уменьшить габариты
и массу устройства.
Рис. 54. Схема модулятора на светодиоде и фототранэисторе.
Для переключения больших токов часто используются тири-
сторы в сочетании с различными управляющими устройствами
(рис. 53,6). Пока фототранзистор Тх не освещен, транзистор Т2
и тиристор Дг закрыты. При освещении фототранзистора тиристор
открывается и через нагрузку протекает ток. Бестрансформаторное
управляющее устройство на рис. 53,6 'построено таким образом,
что тиристор открыт тогда, когда фототранзистор не освещен.
Модуляторы. Системы связи с модулированным инфракрасным
излучением, создаваемым полупроводниковым светодиодом на ос-
нове арсенида галлия, показаны на рис. 54. Напряжение моду-
лирующей частоты усиливается транзисторами Тх—Т3, и через све-
тодиод Д\ создается модулированный ток. Приемником модули-
рованного светового потока является фототранзистор Т\. При осве-
щении фототранзистора в 1 лк напряжение выходного сигнала
равно 400 мВ.
83

Схемы, подобные приведенной, дают возможность построить
перспективные системы связи, обладающие высокой помехоустой-
чивостью и портативностью, а также простые в работе и настройке.
Несущие информацию световые сигналы (в видимой или инфракрас-
ной областях спектра) легко могут быть переданы на расстояние
в несколько десятков метров.
ИМПУЛЬСНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Ключевые схемы на оптронах. Оптоэлектронные преобразова-
тели позволяют во многом упростить различные схемы радиоэлек-
троники и автоматики. Широко известные оптоэлектронные пары,
например светодиод — фоторезистор или светодиод — фотодиод, или
светодиод—фототранзистор, уже сами по себе могут быть исполь-
зованы как элементарные ключевые схемы. Однако светодиод —
фоторезистор имеет реверсивные выходные характеристики, но ча-
Рис. 55. Ключевые схемы на оптронах.
стотные свойства этой пары резко ограничивают область ее при-
менения *.
Большой интерес представляют реверсивные пары, выполнен-
ные по схемам на рис. 55,а—в. Схема на рис. 55,а при использова-
нии стандартных элементов имеет остаточное напряжение из-за
разности фото-э. д. с, устранить которую можно, например, варьи-
руя взаиморасположение излучателя и приемника. С другой стороны,
фото-э. д. с. можно использовать как гальванически развязанный
источник управления одиночными транзисторами и стандартными
прерывателями типа ИП-1 *.
Полупроводниковое реле. На рис. 56 приведена схема полупро-
водникового реле на транзисторах разного типа проводимости с по-
ложительной обратной связью по напряжению. Характерным для
схем этого типа является необходимость компромисса между шири-
ной петли гистерезиса и крутизной фронтов выходного сигнала,
задаваемого соответствующим сопротивлением обратной связи. При
замене обычно входящего в состав таких схем диода светодиодом,
находящимся в оптической связи с фотоприемником, например
фототранзистором (который в свою очередь подключается через
* Малышков Г. М., Русланов В. И. Ключевые схемы с опто-
электронными преобразователями. — В кн.: Электронная техника
в автоматике: М., Советское радио, 1973, с. 119—121.
84

резистор между базой Ti и плюсовым полюсом источника питания),
возможно уменьшение сопротивления резистора обратной связи. Это
позволяет получить хорошие фронты импульсов на выходе схемы *.
В то же время изменением сопротивления резистора, включенного
последовательно с фотоприемником, можно регулировать ширину
петли гистерезиса. В одном из вариантов указанной схемы была
получена ширина петли гистерезиса до 20 мВ при пороге срабаты-
вания 1,83 В. При исключении из схемы фотопрпемника порог
отпускания смешается в об-
ласть напряжений обратной
полярности [6].
Для определения частот-
ных свойств реле на вход его
подавалось синусоидальное на-
пряжение ?/вх=4 В с частотой
5—50 кГц. При этом длитель-
ность переднего и заднего фрон-
тов импульсов была соответ-
ственно 3,2 и 1,4 мкс. На часто-
те около 80 кГц реле потеряло
переключающие свойства. Это
объясняется в первую очередь
частотными характеристиками
фототранзистора. В связи с тем,
Рис. 56. Схема полупроводниково-
го реле.
что при UBx<UOp оба транзи-
стора реле закрыты, тепловой
режим схемы является бла-
гоприятным для ее использования в микроминиатюрных устрой-
ствах.
Реле времени на оптронах. Рассмотрим реле времени на оптро-
нах, состоящих из фоторезистора и лампы накаливания. Устройство,
обладающее свойствами реле времени, получается при соединении
оптрона последовательно с обмоткой электромагнитного реле. Вклю-
чение такого реле времени может осуществляться следующими спо-
собами: изменением внешней подсветки, изменением сопротивления
в цепи прохождения тока через оптрон и электромагнитное реле
и изменением напряжения питания цепи. Поэтому в зависимости от
способа включения возможно построение следующих реле времени:
реле времени с внешней .подсветкой, реле времени с увеличением
сопротивления нагрузки и реле времени с возвращением цепи
в исходное состояние. Каждое из этих реле может быть выполнено
по различным схемам.
Одна из схем времени с внешней подсветкой приведена на
рис. 57,а. При включении тумблера В\ загорается лампа накали-
вания внешней подсветки Ль что вызывает уменьшение сопротив-
ления фоторезистора R\ оптрона и увеличение тока через после-
довательно соединенные оптрон и обмотку реле Р\. Режим этой
цепи становится неустойчивым за счет положительной оптической
обратной связи в оптроне. При этом происходит возрастание тока
в цепи от первоначального значения /j до /2. Реле времени при
этих токах находится в устойчивых состояниях (на рис. 57,а —
* Русланов В. И. Некоторые применения транзисторных оптро-
нов в импульсных схемах. — В кн.: Электронная техника в автома-
тике. М.: Советское радио», 1977, вып. 9, с. 262—265,
85

Рис. 57. Реле времени па оптроиах.

точки 1 и 2). Если ток /2 больше тока срабатывания реле Ри то
оно включается и замыкает свои контакты. Время задержки вклю-
чения реле определяется инерционностью лампы накаливания внеш-
ней подсветки и переходным процессом оптрона. Так как время
переходного процесса лампы накаливания внешней подсветки зна-
чительно меньше времени переходного процесса оптрона, им можно
пренебречь.
^Экспериментально с помощью реле времени, собранного по
этой схеме, было получено максимальное время задержки около
3 мин *.
Реле времени с увеличением сопротивления нагрузки может
быть собрано по схеме, изображенной на рис. 57,6*. Ток /2, про-
ходящий по цепи, в этом случае больше тока срабатывания элек-
тромагнитного реле Ri, и контакторы ЛЛ разомкнуты под воздей-
ствием якоря реле. При выключении тумблера Вх сопротивление
цепи возрастает за счет резистора R\. Ток в цепи уменьшается до
такой величины, что режим реле времени становится неустойчивым
и начинается переходный процесс уменьшения тока в цепи до ве-
личины 1\. На рис. 57,6 изменение сопротивления цепи выражается
второй нагрузочной прямой, на которой точкой 3 отмечено не-
устойчивое состояние реле времени. Следовательно, <при уменьшении
тока через обмотку реле Pj до величины, меньшей тока отпуска-
ния /отп электромагнитного реле, контакты /Vi его замыкаются.
Для возвращения устройства в исходное состояние нужно вновь
включить тумблер В\. Чем больше первоначальный ток /2 (ток до
размыкания ключа В{) через оптрон, тем больше время задержки
реле. Этот ток ограничен допустимой мощностью рассеяния при-
меняемого фоторезистора и лампы накаливания и не может пре-
вышать /л.ном. Задавшись временем задержки и выбрав реле,
рассчитывают ток через оптрон. Время задержки, полученное с по-
мощью такого реле времени, не превышает 1 мин.
Реле времени с возвращением цепи в исходное состояние пред-
ставлено на рис. 57,в *. Оно совмещает в себе все элементы опи-
санных реле времени. При включении тумблера Bi загорается
лампа Ли освещая фотореэистор R\. Ток через оптрон начинает
возрастать до тех пор, пока не сработает реле Р\. Когда оно
сработает, то замкнутся его контакты /Vi, подаюшие напряжение
питания на обмотку реле Р2, и разомкнутся контакты Р\/2 в цепи
управления. Реле Р2 контактами Р2/\ самоблокируется, контактами
Р2/2 разрывает цепь питания лампы Ли контактами Р21ц подгото-
вит цепь управления и, наконец, контактами Р21$ включит после-
довательно с оптроном и реле Р\ резистор R2. При этом начинается
второй переходный процесс уменьшения тока в цепи оптрона.
Когда этот ток будет меньше тока отпускания Р\, реле отпустит
якорь и вернется в исходное состояние. Контакты Р\12 реле замк-
нут цепь управления. С помощью такого реле времени было по-
лучено время задержки более 3 мин.
На оптроне с лампой накаливания можно собрать также про-
стые генераторы импульсов, которые могут быть использованы
в реле времени генераторного типа. В таком реле времени импуль-
сы, вырабатываемые генератором на оптроне, поступают на счет-
* Перминов Б. Реле времени на оптоэлектронных приборах. —
В кн.: В помощь радиолюбителю. М., ДОСААФ, 1976, с. 72—78.
87

ное устройство, которое в свою очередь управляет исполнительным
механизмом.
Принципиальная схема генератора импульсов такого реле вре-
мени показана на рис. 57,г. Принцип работы генератора в одном
цикле аналогичен принципу работы реле времени с возвращением
цепи в исходное состояние. Отличие заключается лишь в непре-
рывности работы генератора импульсов. При подаче тумблером Вх
напряжения питания на лампу Л\ ток через оптрон начнет возра-
стать до тех пор, пока не сработает реле Р\. Реле Р\ в этом слу-
чае замкнет контакты Р\1ч и подаст таким образом, напряжение
на выход генератора. Контакты Р\/\ реле разомкнутся, и последо-
вательно с оптроном и реле Р\ будет включен резистор #2- Ток
Рис. 58. Устройство для дискретной регистрации электрических
сигналов.
в этой цепи начнет уменьшаться. Когда он будет меньше тока
срабатывания реле Р\, реле возвратится в исходное состояние.
Напряжение на выход уже не будет поступать. Затем процесс по-
вторится.
Реле времени генераторного типа на оптроне может быть со-
брано и по другим схемам. Например, схему реле времени на
рис. 57,0 можно легко преобразовать в схему генератора импуль-
сов реле времени генераторного типа, если исключить контакты
Р2/\ и Р]/2 или P2/i.
Все описанные реле времени могут работать от источника как
постоянного, так и переменного напряжения. Для стабильной ра-
боты реле времени следует питать стабилизированным напряже-
нием источника питания. Во всех описанных реле рекомендуется
использовать оптоэлектронный прибор ОЭП-1.
Дискретная регистрация электрических сигналов. Работу при-
бора для дискретной регистрации электрических сигналов, выход-
ное устройство которого выполнено в виде многоэлементной све-
тодиодной линейки, иллюстрирует рис. 58.
Электронный коммутатор /, подключая поочередно выходы
нескольких источников к входу согласующего устройства 2, обе-
спечивает появление выходного импульса тока, засвечивающего один

из светодиодов линейки 3, соответствующий дискретному уровню
входного сигнала в данный момент времени. Световые точки экспо-
нируют движущуюся фотопленку 4, вычерчивая на ней кривую,
соответствующую изменениям входного сигнала. Линейные размеры
элементов светодиодной линейки таковы, что позволяют располо-
жить по ширине пленки несколько сотен элементов. Это дает воз-
можность разложить входной сигнал на большое количество ди-
скретных уровней и обеспечивает высокую точность регистрации.
Яркость свечения и длительность фронтов светового импульса до-
пускают при контактном экра-
нировании высокочувствитель-
ной пленки фиксирование им-
пульса тока длительностью до
0,01 мкс.
Автостоп на фоторезисторе
для электропроигрывающего
устройства. Схема автостопа
для электропроигрывающего
устройства *, предназначенного
для батарейного электрофона,
показана на рис. 59,а. Она Рис. 59. Автостопы для элекгро-
представляет собой обычное проигрывающего устройства и для
фотореле, выполненное на тран- магнитофона,
зисторе Т\. Его нагрузкой мо-
жет быть либо обмотка реле
Р\, контакты которого включены в цепь питания электродвигателя,
либо обмотка электродвигателя. Фоторезистор R\ и миниатюрную
лампу накаливания (на схеме не показана), помещенную в све-
тонепроницаемый корпус с отверстием, устанавливают под панелью
электропроигрывающего устройства. Работой фотореле управляет
сектор (рис. 59,6), закрепленный на вертикальной оси тонарма.
Угол а выбирают опытным путем так, чтобы выступы на краях
•сектора перекрывали свет от лампы при выводе иглы звукоснима-
теля на заключительную канавку грампластинки и за ее пределы.
При использовании фоторезисторов, сопротивление которых
в освещенном состоянии составляет единицы килоом, в фотореле
можно применить любой мощный транзистор (например, серий
Т1201—П203 и т. д.), включив электродвигатель непосредственно
в его коллекторную цепь. Если же сопротивление освещенного
фоторезистора более 40 кОм, то управлять работой электродви-
гателя следует с помощью электромагнитного реле. В этом случае
транзистор Т\ целесообразно заменить составным, используя для
этого любые маломощные низкочастотные транзисторы.
В макете подобного устройства был испытан составной тран-
зистор, составленный из двух транзисторов МП42 с коэффициен-
том передачи тока, равным 70. Остальные детали: фоторезистор
ФСК-K'l (Ri) сопротивлением 2,4 кОм, электромагнитное реле
РЭС-10 (паспорт РС4, 524, 308). Фотореле надежно работало при
изменении напряжения питания от 7 до 12 В.
Автостоп на фоторезисторах для магнитофона. В современных
магнитофонах широко применяются автостопы — автоматические
устройства, выключающие электродвигатель лентопротяжного меха-
низма при обрыве или окончании ленты. Автостоп позволяет сде-
лать управление и эксплуатацию магнитофона значительно удобнее.
* Тодоров В. Автостоп для ЭПУ. — «Радио», 1974, № 12, с. 29.

Все конструкции автостопов можно разделить на три основных
типа [2]: автостопы с замыканием контактов плоской фольгой,
наклеенной на ленту, автостопы механические рычажные, автостопы
электронные на фоторезисторах. Автостопы, выполненные на фото-
электрических приборах, просты и надежны в работе, доступны
в изготовлении.
Конструкция оптической головки автостопа, показанная на
рис. 60, представляет собой зачерненную внутри трубку с попереч-
ной прорезью шириной 2—3 мм для магнитной ленты. На одном
конце трубки вмонтирована, лампа
накаливания, а на другом — фото-
резистор. Лента. находящаяся
между источником света и фо-
торезистором, препятствует по-
паданию света на поверхность
светочувствительного элемента.
При обрыве или окончании лен-
ты происходит засветка фоторези-
стора, что вызывает отключе-
ние электродвигателя. Лучше
всего располагать оптическую го-
ловку автостопа между веду-
щим узлом и правой поворот-
ной колонкой лентопротяжного ме-
ханизма магнитофона, что отклю-
чает магнитофон при обрыве лен-
ты или при полном ее сматыва-
нии.
Если из-за недостатка места
так расположить оптическую го-
ловку не удается, то ее устанав-
ливают в какой-либо другой точке
на траектории движения магнит-
ной ленты.
Электрическая схема автосто-
па показана на рис. 61 [2]. Кон-
Рис. 61. Автостоп для магнито-
фона.
такты К установлены под клавишей «Стоп» таким образом, чтобы
при нажатии на клавишу происходило отключение источника света,
которым служит лампа накаливания 6,3 X 0>28 А. Налаживание
автостопа проводят следующим образом. Движок потенциометра
i?i устанавливают в положение, соответствующее максимальному
сопротивлению. Затем нажатием клавиши «Воспроизведение» вклю-
чают лентопротяжный механизм без ленты и поворачивают ось
потенциометра в сторону уменьшения сопротивления до тех пор,
пока не сработает реле, отключающее двигатель от сети. Если
необходимо, чтобы автостоп сработал, когда на подающей катушке
осталось несколько витков ленты, в ленте на расстоянии 50—80 см
от конца прорезают продольную щель шириной 2—3 мм и длиной
50 мм.
В данной схеме применено реле РП-4 с током срабатывания
8 мА. Однако для уменьшения тока, протекающего через фото-
резистор, желательно применять более чувствительное реле или
включить фоторезистор в управляющую цепь транзисторного уси-
лителя, нагрузкой которого может служить уже реле большой мощ-
ности.
90

Автостоп на тиристоре. Для выключения электродвигателя элек-
тропроигрывающего устройства (или магнитофона) в конце грам-
пластинки (при окончании или обрыве магнитной ленты) удобно
использовать фотореле, схема которого показана на рис. 62,а. От
известных устройств подобного назначения оно отличается тем,
что для включения и выключения электродвигателя в нем приме-
нен тиристор. Учитывая некоторый дефицит этих полупроводнико-
вых при-боров, указанное фотореле построим всего с одним тиристо-
ром. Это возможно благодаря использованию диодного моста
Рис. 62. Автостоп на тиристоре.
в цепи питания двигателя, в одну из диагоналей которого включен
тиристор. В качестве светочувствительного элемента применен
фоторезистор i?2, образующий вместе с резистором Ri делитель
напряжения в цепи управляющего электрода тиристора. Для огра-
ничения напряжения, приложенного к фоторезистору, и повышения
надежности работы устройства делитель питается низким стаби-
лизированным напряжением *.
При проигрывании грампластинки фоторезистор R2 освещен
лампой Ли поэтому его сопротивление невелико, тиристор открыт
и все напряжение питающей сети (падением напряжения на дио-
дах Д]—Д4 и тиристоре можно пренебречь) приложено к электро-
двигателю. В конце проигрывания свет лампы Лх перестает попа-
дать на фоторезистор Ri, и его сопротивление возрастает в сотни
раз. В результате напряжение в точке а становится настолько ма-
лым, что при очередном изменении направления тока в сети ти-
ристор закрывается и разрывает цепь питания двигателя.
В описываемом устройстве можно применить фоторезисторы
ФСК-1, ФСК.-П1, СФ2-5 или СФ2-6. Пригоден экземпляр с темно-
вым сопротивлением не менее 500 кОм и сопротивлением в осве-
щенном состоянии не более 600 Ом. Если такой фоторезистор при-
обрести не удается, его можно заменить самодельным фототранзи-
стором, изготовленным из обычного маломощного низкочастотного
транзистора типов П13—П16 или МП39—МП41. Часть корпуса та-
кого транзистора со стороны эмиттера аккуратно спиливают на-
пильником, а получившееся отверстие заклеивают пластинкой про-
зрачного целлулоида или органического стекла толщиной 0,5—1 мм.
* Стасенко Л. Автостоп на тиристоре. — «Радио», 1975, № 7,
с. 37, 38.
91

Эмиттер фототранзистора подключают к точке б, коллектор — к точ-
ке а (вывод базы не используется).
Конструкция датчика автостопа может быть такой, как, на-
пример, на рис. 62,6. Лампочку 6 F,3 В; 0,28 А) и светочувстви-
тельный элемент 5 (на рис. 62,6 показан самодельный фототранзи-
стор, обращенный окошком в корпусе к лампочке) закрепляют на
нижней стороне панели / электропроигрывающего устройства с по-
мощью кронштейна 4. Для надежной работы расстояние между
лампой 6 и элементом 5 должно быть не более 15 мм. Заслонку 3
(алюминий, сталь толщиной 0,5 мм) закрепляют на поворотной
ножке тонарма 2. На рис. 62,6 заслонка показана в положении,
соответствующем тонарму, находящемуся на стойке или в начале
проигрывания. При выходе иглы звукоснимателя на заключитель-
ную канавку шторка должна занимать положение, показанное на
рис. 62.6 штриховой линией. Для повышения четкости работы-авто-
стопа лампочку и светочувствительный элемент желательно поме-
стить в светонепроницаемый кожух со щелью для прохода за-
слонки 3.
При необходимости управлять работой тиристора можно и
с помощью обычной кнопки. Ее включают через резистор сопро-
тивлением 560—820 Ом между анодом и управляющим электродом
тиристора, а резистор Яз и стабилитрон Дв выключают.
Безреактивный мультивиб-
ратор. В схеме на рис. 63 ис-
пользуются инерционные свой-
ства оптрона с фоторезистором
[6]. Известно, что после за-
светки фотосопротивление, соот-
ветствующее уровню засветки,
устанавливается спустя некото-
рое время, причем характер
этого установления приближен-
но может быть принят экспо-
ненциальным. В этой схеме
после включения питания один
из транзисторов, например
Т2, открывается и светодиод
СД2, включенный в его эмит-
тер, засвечивает оптически
связанный с ним фоторези-
стор R\ противоположного плеча. По прошествии времени, не-
обходимого для уменьшения сопротивления Ri до предела, когда
транзистор Т\ открывается из-за действия цепи положительной об-
ратной связи, реализуемой резисторами (соединяющими коллектор
транзистора Тх с базой транзистора Т2 и коллектор транзистора Т2
с базой транзистора 7^), произойдет опрокидывание схемы. В ре-
зультате транзистор Т2 закроется, а Т\ откроется и начнется умень-
шение сопротивления фоторезистора R2 и увеличение сопротивления
фоторезистора Rh Такой процесс, повторяясь циклически, обеспе-
чивает формирование на коллекторах транзисторов перепадов на-
пряжений симметричной формы, близкой к прямоугольной.
Широтно-импульсный модулятор (рис. 64). Он представляет
собой самовозбуждающийся симметричный мультивибратор с фо-
точувствительными приборами в цепях базового смещения, опти-
чески связанными со светодиодами, включенными в смежные плечи
92
Рис. 63. Безреактивный мульти-
вибратор.

моста. Выбор рабочих точек на характеристиках светодиода обес-
печивается с помощью источника смещения Е и резисторов Rs и
Rt. При подаче в другую диагональ моста управляющего напря-
жения i/ynp токи через светодиоды будут изменяться в противо-
фазе и зависеть от величины и знака ?/упр- При этом среднее зна-
чение тока в нагрузке, которая непосредственно или через согла-
сующие устройства может быть подключена между коллекторами
транзисторов Т{ и Т2, будет изменяться по величине и знаку в со-
ответствии с изменением Uynp. Одновременно с широтной в дан-
ной схеме может происходить дополнительная частотная модуля-
ция [6].
Рис. 64. Широтно-импульсный модулятор.
Рис. 65. Схема бистабильной ячейки.
Бистабильная ячейка (рис. 65). Фототранзистор ФТ2 выпол-
няет функции фоточувствительного и усилительного устройств. За-
пись информации производится подачей тока на СД\. В результате
действия положительной обратной связи по каналу СДз—ФТ2
устройство переходит в одно из устойчивых состояний. При подаче
сигнала считывания СД2 статическое сопротивление фотоприемника
ФТ\ ухменьшается, в результате чего ФТ2 переходит в непроводящее
состояние и цепь положительной оптической обратной связи раз-
рывается [6]. Экспериментально опробован вариант такой схемы,
когда вместо фототранзистора ФТ2 использовался обычный тран-
зистор, в цепь базы которого включался фототранзистор ФТ-1К,
оптически связанный со светодиодом записи и положительной об-
ратной связи. В варианте на рис. 65 включением СД3 в эмиттер
усилительного транзистора облегчаются условия его закрывания
при считывании информации.
Оптоэлектронные преобразователи, работающие совместно
с усилителем на одном транзисторе, позволяют конструировать раз-
личные релаксационные генераторы импульсов [6].
Генератор импульсов — частотный модулятор (рис. 66). Здесь
также возможны различные варианты схемы. В частности, началь-
ное смещение светодиода может быть установлено не с помощью
резистора RCm, а с помощью резистора, включенного между базой
транзистора Т и его коллектором или отрицательным полюсом
источника питания. В первом случае, помимо смещения, в схему
вводится дополнительная обратная связь, влияющая на форму им-
93

пульсов. В двух последних случаях че-
рез транзистор протекает значительно
больший ток, чем при наличии тока сме-
щения, подаваемого, через RCm- Это со-
провождается увеличением длительности
импульсов. При отсутствии резистора Rб
период повторения импульсов уменьша-
ется и возможен режим (при малых со-
противлениях резистора между базой и
коллектором), когда форма генерируе-
мых колебаний близка к синусоидаль-
ной, при этом ?/эб<0, в то время как
при наличии #б во время почти всей дли-
тельности разряда емкости выполняется
неравенство ?/Эб>0.
В схеме рис. 66 вместо ФТ\ можно
поставить обычный я-р-п-транзистор, со-
Рис. 66. Схема генерато- единив его базу с коллектором транзи-
ра импульсов — частот- стора Т и исключив светодиод. Значи-
ного модулятора. тельного упрощения схемы можно до-
биться, если при обеспечении необ-
ходимых условий спектрального и
электрического согласования транзистор Т заменить фототранзи-
стором, оптически связанным с включенным в его коллекторную
цепь светодиодом. Включение в схему элементов, показанных пунк-
тирными линиями, и разрыв связи между точками Л и Б превра-
щает схему в частотно-импульсный модулятор, в котором при не-
изменной длительности импульсов период их может изменяться
более чем в 10 раз. В качестве резистора Ял в схему может быть
введен терморезистор, фоторезистор или тензорезистор. В этом
случае схема обеспечит преобразование физических величин —
температуры, потока излучения или механических напряжений —
в частоту следования импульсов.
УСТРОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Нелинейные преобразователи и модели. Интересные возможно-
сти открывает использование оптрона для построения различных
нелинейных преобразователей и моделей [6]. На рис. 67,а, б по-
казаны примеры реализации динамических звеньев с использованием
оптрона с фоторезнсторами. Такие модели могут найти применение
в моделирующих установках для исследования нестационарных
систем. Схема на рис. 67,в позволяет достаточно просто модели-
ровать семейство S-образных вольт-амперных характеристик при-
боров. На рис. 67,г показана структурная схема аналогового устрой-
ства для воспроизведения функций двух и трех переменных [6],
представленная для одной диодной ячейки основного функциональ-
ного преобразовательного устройства, которое состоит из опера-
ционного усилителя 1 с диодными элементами 2 во входной цепи.
Число диодных элементов зависит от числа отрезков аппроксимации.
К рабочим входам диодных элементов подключен источник одного
из входных сигналов Ux\. Вход каждого диодного элемента по
опорному напряжению через функциональный преобразователь 3
подключен к источнику напряжения Ux2, соответствующего второй
переменной. Во входной цепи усилителя / последовательно с дио-
94

дом соответствующего элемента 2 включен фоторезистор 4, опти-
чески связанный со светодиодом 5, включенным на выход допол-
нительного функционального преобразователя 6, вход которого
соединен с выходом источника второй переменной UX2 или третьей
переменной ихъ. Интервал аппроксимации изменяется за счет функ-
ционального преобразователя 3, а наклон — за счет функциональ-
ного преобразователя 6 и светодиода. При постоянных напряже-
ниях на функциональных преобразователях 3 и 6 и изменяющемся
напряжении Ux\ схема работает, как обычный диодный преобра-
зователь функции одной переменной. При постоянном Uxl и изме-
няющемся иХ2 устройство воспроизводит функцию двух перемен-
ных с переменным интервалом в функции от Vx% и постоянным
Рис. 67. Модели с оптронами.
наклоном. При подаче Ux5 на функциональный преобразователь 3
устройство воспроизводит функцию с переменным интервалом и
наклоном. За счет изменения наклона с помощью функционального
преобразователя 3 можно существенно уменьшить число диодов,
включенных на вход усилителя /, и соответственно число функцио-
нальных преобразователей /. Если на вход функционального пре-
образователя 2 будет подано напряжение ихз и напряжения
Uxi и Uxs будут соответствовать независимым аргументам, устрой-
ство позволит воспроизводить функцию трех переменных.
Множительные устройства с оптронами. Множительные устрой-
ства являются наиболее распространенным элементом моделирую-
щих установок, измерителей мощности, самонастраивающихся си-
стем управления и т. д. Свойства и характеристики оптрона с фото-
резистором позволяют разработать на их основе множительные
устройства, обладающие рядом интересных особенностей [6].
Схема одного из таких устройств представлена на рис. 68,а.
Она представляет собой мост, в плечи которого включены фото-
резисторы, в одну из диагоналей — источник питания, а в другую—
вход интегратора. При разбалансе моста, осуществляемом подачей
входных сигналов на светодиоды СД\—СД3. работающие в составе
оптрона, «а входе интегратора появится сигнал, который в конеч-
ном итоге приведет к изменению интенсивности излучения СД*.
При этом изменится сопротивление Ф4, и в конце концов баланс
моста восстанавливается. Выходной сигнал снимается с выхода
95

интегратора. С помощью этого устройства можно осуществлять как
умножение, так и деление входных величин.
Несколько проще множительное устройство на рис. 68,6. Оно
состоит из двух мостовых схем, в два смежных плеча одной из
которых включены излучающие диоды СД\ и СД2, а в два смеж-
ных плеча другой — два фоторезистора Яфу и /?фг, находящихся
в оптической связи с излучающими диодами. С помощью источни-
ка смещения ?См, включенного в одну из диагоналей моста, на-
чальные рабочие точки на вольт-амперных характеристиках СД\ и
СД2 выбраны на участках, где дифференциальные сопротивления
можно считать постоянными. Источник одного из входных сиг-
налов ?/вх1 включен в другую диагональ моста с диодами.
Рис. 68. Схемы множительных устройств с оптронами.
При работе оптрона в схеме множительного устройства началь-
ные рабочие точки на характеристиках оптрона целесообразно
выбирать на участках с меньшими сопротивлениями.
Экспериментально полученные выходные характеристики при-
ведены на рис. 68,в.
Оптическая связь допускает построение фотоэлектронных счетчи-
ков, а также функциональных логических преобразователей, в кото-
рых смена задачи осуществляется перестановкой шаблонов на пути
луча света между излучателем и фотоприемником.
96

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зайцев Ю. В. Полупроводниковые резисторы. М., «Энергия*,
1969. 48 с.
2. Зайцев Ю. В., Марченко А. Н. Полупроводниковые резисторы
в радиосхемах. М., «Энергия-», 1971. 112 с.
3. Аксененко М. Д., Красовкин В. А. Фоторезисторы. М., «Со-
ветское радио», 1973. 56 с.
4. Свечников С. В. Элементы оптоэлектроники. М., «Советское
радио», 1971, 272 с.
5. Удалов Н. П. Полупроводниковые датчики. М., «Энергия»,
1965. 240 с.
6. Схемы автоматики с фоточувствительными и излучающими
полупроводниковыми приборами. М., «Энергия», 1972. 80 с. Авт.:
В. Г. Воронин, А. К. Гребнев, А. И. Кривоносов, В. И. Русланов.
7. Полторапавлова Г. С, Удалов Н. П. Фоторезисторы. М.,
«Энергия», 1971. 104 с.
8. Кривоносов А. И., Будянов В. П. Автоматическое управление
и регулирование систем освещения в больших городах. М.,
ГОСИНТИ, ПБГ, № 39—74, 1974. 28 с.
9. Будянов В. П. Релаксационные генераторы — импульсные
преобразователи неэлектрических величин. М.. «Энергия», 1974.
160 с.
10. Кривоносов А. И. Полупроводниковые датчики температуры.
М., «Энергия», 1974. 184 с.