Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Приемники импульсного ИК-излучения

Из фоточувствительных приборов далеко не все обладают достаточным быстродействием, чтобы реагировать на каждую вспышку ИК диода. Обычно в фотоприемниках импульсного излучения используют фотодиоды[17].

Импульсные микротоки, возникающие в фотодиоде при его облучении, необходимо усилить и привести к нормам цифрового стандарта, т. е. преобразовать каждую И К вспышку в импульс напряжения, пригодный для непосредственного управления цифровой микросхемой того или иного типа.

Высокое входное сопротивление и усиление, значительная широкополосность усилителя, пригодного для решения такой задачи, делают его чувствительным к электрическим наводкам самого разного происхождения. В том числе и к работе электронной «начинки» прибора, в который он входит сам. Поэтому фотодиод и его усилитель обычно тщательно экранируют.

Чувствительность фотоприемника может быть заметно снижена паразитной подсветкой. Поэтому его фотодиод прикрывают, как правило, блендой — зачерненным внутри отрезком металлической или пластмассовой трубы, отгораживающим его от источников света, находящихся в стороне от оптической оси.

Прямую, соосную подсветку фотодиода уменьшают фильтрами, ослабляющими видимую часть спектра подсветки. Лучше, конечно, воспользоваться для этого специальным инфракрасным фильтром с полосой прозрачности, совпадающей со спектром излучения ИК диода. Но опыт показывает, что неплохим ИК фильтром может быть тонкий эбонит, гетинакс, окрашенный полистирол, темные пластиковые обои. Однако, почти полностью «отрезая» видимый свет, такие материалы вносят заметное ослабление и в ИК сигнал.

Хотя современный фотодиод имеет, как правило, встроенную оптику, концентрирующую фотопоток на его р-n-переходе, из-за малых размеров ее эффективность относительно невелика. Чувствительность фотоголовки значительно увеличится, если ее фотодиод будет помещен в фокус линзы диаметром 20…40 мм и более, концентрирующей на нем значительно больший световой поток. В этом качестве можно использовать, например, конденсор фотоувеличителя. Или объектив от старого фотоаппарата с наводкой на резкость «по метрам», который позволит к тому же настроить оптический канал наилучшим образом.

Принципиальная схема приемника импульсных ИК сигналов показана на рис. 1.

Его выход может быть подключен ко входу цифровой КМОП-микросхемы непосредственно. Если фотоголовка должна быть удалена от цифрового анализатора, а емкость соединяющего их кабеля превысит 100…200 пФ, фотоусилитель потребуется дополнить буферным усилителем. Таким, например, как на рис. 2,а (усилитель-инвертор) или на рис. 2,б. Емкостная нагрузка фотоголовки с таким усилителем на выходе может быть увеличена до 0,01 мкФ.

Фотодиод ФД263-01 можно заменить на ФД320. А при наличии хорошего оптического концентратора — почти на любой.

ИК приемник сохраняет работоспособность при изменении напряжения источника питания U_пит в широких пределах, от 4,5 до 9 в.

Принципиальная схема приемника импульсных ИК сигналов на специально для этой цели разработанной микросхеме показана на рис. 3.

Выход этого фотоприемника также может быть соединен с входами цифровых КМОП-микросхем напрямую. Но хотя его выходное сопротивление меньше, чем у описанного выше транзисторного, при большой длине линии, связывающей фотоприемник с электронным анализатором сигналов, его также нужно дополнить буферным усилителем (см. рис. 2,а, б). Емкость линии связи в этом случае может доходить до 0,01 мкФ.

Фотодиод ФД320 можно заменить на ФД263-01, а если в фотоприемнике есть линза-концентратор — практически любым фотодиодом.

Усиление фотоголовки можно уменьшить, зашунтировав вход усилителя резистором сопротивлением 0,3…3 МОм.