Микросекундный интегратор фототока с фазовой задержкой прерывания интегрирования. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Инфракрасная техника

 Комментарии к статье

Схема, представленная на рисунке 1, представляет собой двухканальный микросекундный интегратор фототока с фазовой задержкой длительности интегрирования, иначе говоря это оптический фотоприемник, позволяющий детектировать стробоскопические оптические импульсы разной скважности и длительностью от долей микросекунд до десятков миллисекунд без перестройки длительности времени интегрирования, так как этот параметр зависит от фазы входного сигнала, и последующим импульсом сброса интегрирования.

(нажмите для увеличения)

Два канала интегрирования А1 и А2 нужны для последующей суммарно-разностной обработки сигнала с выхода интеграторов. В данной схеме используется интегратор фототока, выходной сигнал интегратора пропорционален площади участка ограниченного амплитудой напряжения и осью времени, если входной сигнал - постоянный ток, то выходной - возрастающая наклонная плоскость напряжения рис 2а.

Точное аналоговое интегрирование осуществляется ОУ А1 и А2 с емкостной ОС - С3 и С4 . Основные составляющие ошибок интегрирования обусловлены напряжением смещения нуля Uсм и входными токами ОУ. Для устранения последнего был использован операционный усилитель в качестве интегратора с входными каскадами на полевых транзисторах, т.к. их затворы практически не потребляют тока, и весь фототок, генерируемый фотодиодом ФД1 и ФД2, течет через интегрирующие емкости С3 и С4 рис.1,а скорость возрастания выходного напряжения определяется величиной фототока. Напряжение смещения нуля Uсм может вызвать существенный дрейф выходного напряжения и может вызвать ложное срабатывание компаратора А3, что привело бы к сбою в работе схемы.

Поэтому в качестве интегратора применялась микросхема операционного усилителя фирмы Texas Instruments ОРА350, которая имеет уровень смещения нуля выходного сигнала всего несколько милливольт и позволяет корректировать этот параметр при помощи потенциометров R7 и R8. Как известно, выходное напряжение интегратора, достигнутое в процессе интегрирования, не уменьшается до нуля при последующем нулевом вход­ном сигнале, а продолжает оставаться на заданном уровне при отсутствии "паразитных"входных фототоков, а в противном случае изменяться и достигает максимального значения Uип.

Для компенсации "паразитных"входных фототоков возникающих в отсутствие стробоскопического импульса используется комбинированная оптопара, состоящая из фотодиода, включенного в обратной полярности, и светодиода - СД1, ФД3 и СД2, ФД4. Корректировка компенсации осуществляется потенциометрами R1 и R2 до тех пор, пока выходной сигнал интегратора при отсутствии входного импульса не станет горизонтальной линией или нулем. Это говорит о правильной работе интегратора, однако последнее делает практически невозможным правильное интегрирование последующих сигналов, так как для измерения и сравнения оптических импульсов перед их интегрированием необходимы одинаковые начальные условия.

Для устранения этого эф­фекта выходное напряжение интегратора периодически необходимо "сбрасы­вают" до Uсм. В интеграторе для "сброса" используются ключи сброса, микросхема DD1 на рис. 1. К176КТ1 или К561КТЗ, при замыкании которых емкости С3 и С4 разряжается, и выходное напряжение падает до напряжения смещения нуля. Здесь управляющей "кнопкой" служит вход Е1 и Е2. В режиме "сброс" (ключ замкнут) задаются начальные условия интегрирования. Такой электронный контакт и цепь его нагрузки с источником управляющего сигнала гальванически не связаны.

Для формирования импульса сброса используется цепь, содержащая микросхему А3 компаратор, который работает следующим образом. С выхода 6 первого интегратора рис. 1. сигнал поступает на сравнивающее устройство -компаратор, который срабатывает при равенстве опорного сигнала и сигнала с выхода интегратора, уровень которого составляет 20 мВ,рис. 2а и 2в, и корректируется потенциометром R10. Поэтому существенный дрейф нуля выходного сигнала предшествующего каскада интегратора вызвало бы ложное срабатывание компаратора и сбой в работе схемы.

Компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления при полном отсутствии шумов во входном сигнале и малый дрейф нуля . Такую характеристику можно получить, используя усилитель с очень большим коэффициентом усиления, этим требованиям отвечает ОУ ОРА350РА, имеющий возможность работы от однополярного источника питания. На выходе получается сигнал TTL. Далее выходной логический сигнал с компаратора поступает на схему формирования фазовой задержки импульса сброса интегратора, рис. 2б.

Поскольку задержка импульса сброса интегратора не должна зависеть от частоты входного сигнала, поскольку стробоскопические сигналы поступающие на вход интегратора ФД1 и ФД2 имеют различную длительность и скважность, поэтому для формирования задержки импульса сброса была использована микросхема DD2 цифрового таймера КР1006ВИ1 для формирования фазовой задержки импульса сброса.

Сущность работы схемы состоит в том, что конденсатор С13 линейно заряжается через последовательно соединенные резисторы R11 и R13, линейно разряжается через резистор R13. С приходом сигнала с компаратора начинается процесс линейной зарядки конденсатора до напряжения Uпор=1/2 Uпит. При достижение этого значения конденсатор начинает линейно разряжаться, даже при наличие сигнала на входе. При разряде конденсатора на выходе микросхемы формируется сигнал прямоугольный формы, именно этот сигнал и является сигналом фазовой задержки. Данная схема формирует фазовую задержку φ и стабильно работает при 0<φ<180 градусов.

Для увеличения частотного диапазона емкость конденсатора лучше брать 1 мкФ. Сопротивление резистора R11 в большинстве случаев можно принять равным 100 кОм. Корректировку фазового сдвига производят потенциометром R13 и лучше выбирать номинал равным 100 кОм. Далее по отрицательному перепаду импульса с выхода таймера запускается ждущий мультивибратор DD3.

Используя различные номиналы элементов R12 и С11 можно задать другое требуемое время работы мультивибратора. Мультивибратор формирует импульс длительностью 20 мс,рис. 2г, поступающий на управляющие входы электронных ключей Е1 и Е2 микросхемы DD1, шунтирующих емкости интеграторов С3 и С4, и обнуляющих сигналы на выходах 6 интеграторов, тем самым создавая начальные условия для обработки последующих стробоскопических импульсов. С выходов 6 сигналы интеграторов поступают для последующей суммарно разностной обработки.

Автор: Альтаир НТПЦ; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Инфракрасная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Израильский беспилотник-бабочка 19.01.2013 Компания Israel Aerospace Industries (IAI) занимается разработкой миниатюрного беспилотного летательного аппарата-"бабочки". Аппарат весит всего несколько граммов и может находиться в воздухе 20 минут. Сейчас израильская компания работает над двумя крылатыми прототипами: маленькой "бабочкой" массой восемь граммов и большой, чья масса достигает 13 г. Аппараты питаются от компактной литий-полимерной батареи массой два грамма. Каждый БПЛА оснащается микровидеокамерой массой всего 0,1 г. В движение беспилотники приводит компактный электромотор, работающий на 7000 об./мин. На команды оператора БПЛА откликаются при помощи системы управления полетом массой 3 г. Крылья "бабочки" сделаны вручную из прозрачного углеволокна. С началом серийного производства БПЛА комплектующие для беспилотников также планируется поставить на конвейер. Использовать беспилотники-"бабочки" предполагается, в частности, в ситуациях с захватом заложников. Таким образом БПЛА, оснащенный видеокамерой и микрофоном сможет незаметно разведать обстановку в зоне инцидента. Как сообщает Flightglobal, созданием беспилотника инженеры IAI занимаются под лозунгом "если может природа - мы попробуем ей подражать". Работу над аппаратом начали с создания четырехкрылого прототипа, схожего со стрекозой. В дальнейшем планируется научить БПЛА летать только на двух крыльях. Для этого, в частности, требуется скорректировать амплитуду их колебаний. Как пояснил собеседник издания, на это потребуется несколько месяцев. Ранее сообщалось, что Израиль при поддержке США ведет исследования по созданию насекомых-киборгов. В ходе испытаний ученые изучают механику движения мух, кузнечиков, жуков и стрекоз. Использовать насекомых-киборгов планируется также в разведывательных целях.

Другие интересные новости:

▪ Футляр для смартфона - автомобильный ключ

▪ Употребление яиц и мяса улучшают умственную деятельность у мужчин

▪ CPU-кулер ID-Cooling SE-50

▪ Найдена самая старая Черная дыра во Вселенной

▪ Chevrolet Volt нового поколения с умной системой подзарядки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбителю-конструктору. Подборка статей

▪ статья Мир хижинам, война дворцам. Крылатое выражение

▪ статья Какого актера заставила сыграть в Гарри Поттере его внучка? Подробный ответ

▪ статья Черемуха птичья. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Имитатор мычания коровы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Перемещающаяся жидкость. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025