Полупроводниковые фотоприемники. Физические основы работы фотоприемников с одним р-п переходом, страница 19

Изменением сопротивлений резисторов R3 и /?4 величина смещения устанавливается такой, чтобы при отсутствии пробивки на перфоленте с высоким коэффициентом прозрачности ключ находился в режиме отсечки, а при наличии пробивки — в режиме насыщения.

Сигнал с коллектора Т поступает на вход релейного усилителя в канале ведущей дорожки или импульсно-потенциальную схему совпадения в канале кодовой дорожки.

Фотосчитыватели с лампами накаливания достаточно громоздки и потребляют много электроэнергии, нуждаются в собирательной оптике (линзы, световоды). Кроме того, вольфрамовые спирали ламп имеют 'малый срок службы (5000 ч) и весьма чувствительны к вибрациям.

43

В последние Годы все большее применение находят устройств;! ввода, использующие в качестве источников излучения светодиоды (СД) из GaAs и в качестве детекторов излучения — кремниевые ФП. Потребляемая источниками головки считывания мощность уменьшается при этом на два — три порядка, отпадает необходимость в оптических системах линз и тризм. Подобные головки компактны, надежны в работе и нечувствительны к вибрациям. В головке могут устанавливаться излучатели мощностью 3—6 мВт при токе 100 мЛ и с диаметром полусферы около 1,5 мм. Кремниевые ФП имеют размеры фоточувствительной площадки (2x3 мм) и крепятся к подложке гибридной схемы усилителя. Чувствительность ФП достигает 500 мкА/мВт при X = 0,91 мкм, что соответствует максимуму /Излучения узкого спектра используемых излучателей Благодаря такой характеристике излучателей уровень шумов на выходе чувствительных элементов уменьшается.

Рис. 28. Оптоэлектронная головка для считывания с перфокарт.

а — схема   устройства:   / — перфокарта,   2 — блок   светодиодов,   3 — фотоприемный  блок,  4 —диафрагма  осветительного блока, 5 —диафрагма  фотоприемного   блока,  6 — фотопреобразователи,   ФЭП,  7 — гибридные   усилители;    б,    в — схемы согласования  сопротивлений входной и  выходной цепей.

При работе ФП в режиме ФПВ устройство работает в диапазоне от сигналов на постоянном токе, до частоты 1,5—2,0 МГц при температуре 80°С. Фотодиодный режим работы позволяет расширить частотный диапазон до нескольких десятков мегагерц.

Схема устройства головки на основе СД и ФЭП в комбинации с гибридными усилителями, предназначенная для считывания с перфокарт, представлена на рис. 28.

Фотоприемники могут быть использованы и в клавишных пультах ввода и вывода информации. В подобных устройствах для счи-

44

тывания с перфокарт с одной стороны рычагов клавиш установлен ряд миниатюрных лампочек, с другой — ряд ФПВ. В клавишных рычагах снизу имеются кодирующие прорези, определяющие число световых лучей, которые попадают на ФПВ при нажатии определенной клавиши. Выходной сигнал подается непосредственно на операционный усилитель логической схемы.

Фотосчитывание в преобразователях «угол код». Весьма успешно используются ФПВ в преобразующих устройствах «угол—код». Характерной особенностью работы ФПВ в датчиках углового положения с цифровым выходом является их засветка через узкую (несколько микрон) щель высокоинтенсивными импульсными лампами. Работа ФПВ в режиме импульсной узкощелевой засветки требует от них малой инерционности (длительность вспышек современных импульсных ламп колеблется от 1,5 до 2,5 мке) и равномерной чувствительности по всей рабочей поверхности, иначе малейшее смещение светового потока повлечет за собой недопустимое изменение сигнала с выхода фотоприемника. Кроме того, малая площадь засветки требует высокой чувствительности ФПВ.

Примером может служить преобразователь угла поворота вала в цифровой код. Основой прибора является стеклянный диск с циклическим кодом Грея, представленным в виде прозрачных участков концентрических колец, нанесенных на поверхность диска фотоспособом. С одной стороны диска расположен источник света (импульсная лампа), с другой — ряд фотоприемников, на которые падает свет, прошедший через кодовый диск и узкую считывающую щель. Используются в подобных устройствах компактные многоячеечные фотоприемники. Газоразрядная лампа периодически освещает все разрядные кольца диска вдоль его радиуса. Кодирование углового положения, вала поризводится в момент вспышки лампы. Выходные сигналы с ФПВ представляют собой комбинации единичных импульсов (соответствующих прозрачным участкам кодового диска), поступающих далее на вычислительно-преобразовательное устройство. Тринадцатиразрядная система (диаметр 100 мм) делит один оборот вала па 8192, а шестнадцатиразрядная (диаметр диска 250 мм)—па 65 536 дискретных положений.

Максимальная скорость считывания соответствует наибольшей частоте вспышек источника света, при которой еще имеется достаточная интенсивность светового луча, обеспечивающая необходимый сигнал, снимаемый с ФПВ. При длительности вспышки 6 мке безошибочное считывание обеспечивается при скоростях вращения до 1200 об/мин. При этой скорости за время отсчета перед приемником света проходит не более одной отсчетной единицы (элемента кодового рисунка  на крайнем внешнем кольце кодового диска).

В настоящее время вместо импульсных ламп в преобразователях «угол — код» используются СД.

Фотосчитывание с муаровых узоров. Весьма перспективно использование ФПВ и ФЭП при считывании, основанном на эффекте муаровых узоров (13,39]. Основной принцип получения муарового узора основан на сопряжении (перемещении одного относительно другого)     двух     растров *.     При     перемещении     одного     растра

1 Растр представляет собой совокупность подобных элементов (полос, колец, радиусов и т. п), образующих периодическую структуру и воздействующих на лучистый поток как единое целое. Примером растра может служить дифракционная решетка.

45

относительно другого меняется плотность муаровой картины и, следовательно, интенсивность проходящего или отраженного света. Оптическая схема для реализации этого принципа (рис. 29,а, б) включает блок осветителя /, создающий параллельный пучок света, растровое сопряжение 3, освещаемое этим пучком, и блок фотоприемников 4. Перед ФПВ располагается диафрагма. Величина и форма выходного сигнала ФПВ определяются пропусканием (отражением) растрового сопряжения.