ВМЕСТО ЭЛЕКТРОНОВ — СВЕТ
Вы уже знакомы с различными оптоэлектронными приборами — светоизлучателями (см. «М-К», 1986, № 1, «Светящийся кристалл») и фотоприемниками («М-К», 1987, № 1, «Электрический «глаз»). Первые применяют в устройствах световой индикации и сигнализации, вторые— в автоматических системах, реагирующих на внешнее освещение. И не только здесь. Нередко светоизлучатель и фотоприемник работает в паре. Вот лишь отдельные примеры: автостоп в магнитофоне, звуковоспроизводящая система в кинопроекторе, турникет в метро. Во всех этих устройствах установлены оптопары, состоящие из светоизлучателя и фотоприемника. Если свет попадает на чувствительный слой фотоэлемента, на его выходе появляется электрический сигнал. Освещение отсутствует — сигнала на выходе нет. Но вот что интересно — между управляющей цепью, куда включен излучатель, и исполнительной, в которой работает фотоприемник, отсутствует электрическая (гальваническая) связь, а управляющая информация передается светом.
Это свойство оптоэлектронной пары оказалось прямо-таки незаменимым в тех электронных узлах, где нужно полностью устранить влияние выходных цепей на входные. Дело в том, что у транзисторных и тири-сторных устройств управляющие и исполнительные цепи электрически связаны друг с другом. Возникающая при этом обратная связь приводит к появлению дополнительных помех. Вот почему специалисты обратили такое пристальное внимание на опто-электронную технику. В шестидесятые годы они впервые попробовали «поселить» светоизлучатель и фотоприемник вместе под одной «крышей» — в одном корпусе. Так родился новый прибор — оптрон (рис. 1). В нем фотоприемник крепится, как правило, на дне корпуса, а излучатель — в верхней части. Зазор между фотоприемником и излучателем заполнен так называемым иммерсионным материалом — чаще всего это полимерный оптический клей. Он выполняет роль линзы, фокусирующей излучение на чувствительный слой фотоприемника. Иммерсионный материал покрыт сверху пленкой, отражающей световые лучи внутрь, чтобы препятствовать рассеянию света за пределы рабочей зоны.
В излучателях обычно используется полупроводниковое соединение арсенид галлия, а в фотоприемниках — кремний.
Рис. 1. Конструкция оптрона:
1 — корпус, 2 — излучатель, 3 — иммерсионная среда, 4 — фотоприемник, 5 — выводы, 6 — фланец.
Если роль «излучателей в оптронах чаще всего выполняют светодиоды, то фотоприемниками могут служить самые разнообразные элементы: диоды, биполярные, полевые и составные транзисторы, тиристоры, резисторы. В диодных оптронах применяются не только вентильные диоды, но и варикапы. Причем в одном корпусе иногда помещают сразу два фотоприемника.
Транзисторные оптроны имеют некоторые преимущества по сравнению с диодными. Так, коллекторным током биполярного фототранзистора управляют как по цепи свето-диода (оптически), так и по базовой цепи. У полевого транзистора управление осуществляется через цепь затвора. Кроме того, фототранзистор может работать в ключевом и усилительном режимах, а фотодиод — только в ключевом. Оптроны с составным транзистором имеют наибольший коэффициент усиления, могут коммутировать напряжение и ток достаточно больших величин и по этим параметрам уступают лишь тиристорным оптронам, которые лучше всего приспособлены для коммутации высоковольтных и сильноточных цепей. В резисторных оптронах излучателями могут быть не только светодиоды, но и миниатюрные на-кальные лампы.
Рис. 2. Условные графические обозначения оптронов:
А, Б — диодные, В — динисторные, Г — на варикапе, Д, Е, Ж — транзисторные, 3, И — резисторные.
Рис. 3. Внешний вид оптронов.
Рис. 4. Переговорное устройство «Луч».
На рисунке 2 представлены условные графические обозначения оптронов. Их элементы — диоды, транзисторы, тиристоры и резисторы — изображаются на принципиальных электрических схемах так же, как и обычные аналогичные приборы. А поскольку элементы оптрона размещены в одном корпусе, их помещают в овал. Две стрелки, направленные от излучателя к фотоприемнику, указывают на оптическую связь между ними. Графическим обозначениям оптронов присвоен условный код — латинская буква U, после которой следует порядковый номер прибора в схеме.
Оптроны выпускаются в самых разнообразных корпусах. В некоторых из них размещается сразу по нескольку приборов. На рисунке 3 показан внешний вид наиболее распространенных оптронов.
Рис. 5. Принципиальная схема переговорного устройства.
Маркируются оптроны следующим образом. Первая буква указывает на материал излучателя: А — арсенид галлия; вторая — О, обозначает подкласс оптронов, а третья определяет, к какой разновидности относится прибор: Р — резисторный, Д — диодный, У — тиристорный и Т — транзисторный. Далее следуют три цифры, обозначающие номер разработки, и буква, указывающая на группу прибора.
Среди множества рабочих параметров оптронов прежде всего нужно знать основные. Это, во-первых, статический коэффициент передачи тока К 1, определяющий отношение тока на выходе оптрона к входному. Во-вторых, граничнйя частота f гр, при которой коэффициент передачи тока падает до уровня 0,7 от максимального значения. В-третьих, время включения t вкл или выключения f выкл фотоприемника при его облучении, то есть быстродействие. И наконец, максимально допустимое напряжение между входом и выходом, при котором еще не происходит пробой изоляции (U из max).
Познакомимся с одним из наиболее распространенных оптронов — АОТ110Б. В небольшом цилиндрическом корпусе с пятью выводами помещаются излучатель — свето-диод и фотоприемник на составном транзисторе. Входное напряжение светодиода — 2 В, входной ток — 30 мА. Составной транзистор оптрона коммутирует напряжение до 50 В и ток 100 мА. Рассеиваемая на корпусе тепловая мощность —360 мВт, максимально допустимое напряжение между входной и выходной цепями — 100 В. Диапазон рабочих температур оптрона — от —60 до +70°С. Масса прибора—1,5 г. АОТ110Б становится работоспособным только при подключении к выводам 3 и 5 постоянного резистора сопротивлением 100—1000 кОм.
Рис. 6. Монтажная плата одного аппарата со схемой расположения элементов.
Практическое применение этого оптрона самое разнообразное. Вот одно из них — переговорное устройство «Луч» (рис. 4).
В отличие от подобных самоделок, собранных полностью на транзисторах (см., например, «М-К», 1983, № 1, «На помощь слабому голосу»), данное переговорное устройство отличается простотой, содержит минимум радиоэлементов, но в то же время обладает повышенной чувствительностью — его микрофон воспринимает человеческую речь на расстоянии 10—15 см от говорящего.
«Лучом» можно воспользоваться при проведении военно-спортивной игры «Зарница», оборудовать квартиру, разместив один аппарат, например, на кухне, а второй — в комнате, или установить связь с товарищем, живущим в одном подъезде с вами. Можно придумать и другие варианты применения переговорного устройства — все зависит от фантазии и изобретательности.
Переговорное устройство «Луч» состоит из двух аппаратов, соединенных между собой тонким кабелем из трех проводов. Так как оба аппарата полностью идентичны, рассмотрим один из них, например, верхний по схеме (рис. 5). Он представляет собой двух-каскадный низкочастотный усилитель. В первом каскаде работает транзистор VT1, во втором — составной транзистор оптрона U1. Работоспособность второго каскада обеспечивается резистором R4, включенным между выводами 3 и 5 оптрона. Резисторы R1 и R2 обеспечивают необходимое напряжение смещения на базе VT1, a R3 ограничивает ток светодиода оптрона. Конденсатор С1 препятствует прохождению постоянного тока на базу VT1 от «минусовой» шины питания через входную цепь. В качестве микрофона ВМ1 и телефона BF2 используются одинаковые телефонные капсюли ТА-56м. Переговорное устройство снабжено батареями питания СВ1, GB2, подключаемыми тумблерами SA1, SA2.
Принцип действия переговорного устройства достаточно прост. Звуковые колебания преобразуются микрофоном ВМ1 в электрический сигнал, который через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1. При этом сопротивление цепи коллектор-эмиттер VT1 постоянно меняется, а следовательно, меняется и величина тока, протекающего через светодиод оптрона. Составной фототранзистор оптрона улавливает изменения яркости свечения диода и преобразует световую энергию в электрический сигнал, который телефоном BF2 превращается в звуковые колебания.
Телефон BF2, подключенный через соединительный кабель к выходному каскаду первого аппарата, установлен во втором аппарате, a BF1, наоборот, в первом. Поэтому вы слышите своего товарища, находящегося на другом конце «провода», а он, в свою очередь, слышит вас.
Разобравшись в работе переговорного устройства, можно приступать к его сборке. Элементы обоих аппаратов лучше всего разместить на одинаковых монтажных платах, выполненных из фольгированного гетинакса или текстолита толщиной 1—2 мм и размером 30X25 мм (рис. 6).
Теперь расскажем о том, какие радиодетали можно применить в переговорном устройстве. Транзисторы — КТ315, КТ312, КТ361 с любыми буквенными индексами, оптроны АОТ110 также с любыми буквенными индексами. Конденсаторы — типа KM, K73 или другие малогабаритные. Постоянные резисторы — ВС, МЛТ, ОМЛТ, подстроечные — СПЗ-16, СП4-1. Микрофоны и телефоны — ТА-56м, ТОН-1, ТА-4 или ТГ1. Низкоомные телефонные капсюли применять нежелательно: фототранзисторы оптронов могут выйти из строя. Тумблеры— ТВ1-2, ТЗ-С или малогабаритные серии МТ. Батарея питания — 3336Л, «Рубин», «Планета» или три элемента по 1,5 В («Марс», «Орион»).
Аппараты переговорного устройства поместите в пластмассовые корпуса подходящих размеров. В верхней панели каждого корпуса вырежьте отверстия 0 10—15 мм под микрофоны и телефоны. Тумблеры установите на боковых стенках корпусов. Аппараты соедините между собой кабелем из трех проводов, скрепленных между собой монтажными нитками или изоляционной лентой. Длина кабеля может быть до 30—40 м.
Налаживаются аппараты просто. Вращая движок подстроечного резистора, добиваются чистого, без искажений, звука в телефоне. Наиболее чистое звучание будет примерно в среднем положении ротора резистора. После этого переговорное устройство готово к работе.
В. ЯНЦЕВ
«Моделист-Конструктор» 9 1989
OCR Pirat
