Будь-який діод з pn переходом має ту чи іншу ступінь фоточутливості до світла певної довжини хвилі. Спектральна характеристика діода з pn переходом залежить від цілого ряду чинників, включаючи тип матеріалу, глибину переходу і тип корпусу. Корпуси більшості пристроїв повинні пригнічувати чутливість до променистим потокам, щоб світло не порушувало основну функцію приладу. Однак корпуси деяких пристроїв і особливості їх конструкції дозволяють непогано приймати світло.

Найбільш поширені світлочутливі компоненти - фотодіоди і фототранзистори - здатні сприймати і вимірювати світло від різноманітних джерел. Ще одним типом чутливих до світла діодів, використовувати які для фотоприймальних додатків зазвичай не приходить в голову, є світлодіоди. Світлодіоди, корпуси яких розраховані на випромінювання світлового потоку, можуть служити вузько смуговими фотодетекторами. Такі пристрої підходять для додатків, в яких вони служать в якості спектрально-селективних виборчих фотоприймачів або перетворювачів. 

Fig 3 ua 2

Малюнок 1. Істотне перекриття кривих чутливості і спектра випромінювання дозволяє використовувати світлодіод як для передачі, так і для прийому.

Хотите купить автоматические выключатели итон ? Надежная автоматика – гарантированная защита!

Чутливість світлодіода до світла, і особливо на частоті його випромінювання, залежить в основному від об'ємного поглинання матеріалу і глибини переходу. Фоточутливість світлодіодів з низьким об'ємним поглинанням в області піку випромінювання невисока, і, відповідно, генерація електронно-діркових пар низька. Інфрачервоні випромінювачі на основі GaAs з довжиною хвилі 940 нм. в області піка випромінювання мають порівняно хорошу чутливість до світла, завдяки великому об'ємному поглинанню. На рисунку 1 показані відносні показники чутливості і спектра випромінювання для світлодіода OSRAM SFH409 . Інфрачервоний GaAs світлодіод з піком випромінювання на довжині хвилі 940 нм має напівширину спектра випромінювання, що дорівнює 50 нм. У режимі фотоприймача пік знаходиться на довжині хвилі 920 нм, а напівширина спектру випромінювання дорівнює 55 нм. Як видно з рисунка 1, довжина хвилі піку характеристики чутливості коротше довжини хвилі піку випромінювання, але дві криві в значній мірі перекривають один одного. Завдяки цьому перекриттю світлодіод може служити перетворювачем світла. Блок-схема напівдуплексного приймача, в якому використовується ця властивість світлодіода, наведена на рисунку 2. 

Fig 3 ua 3

Малюнок 2. У цьому напівдуплексному приймачу-передавачу світлодіод використовується і для передачі, і для прийому.

Тут світлодіод пов'язує дві вбудовані системи через оптоволоконний кабель або, в межах видимості на коротких дистанціях, - безпосередньо. На рисунку 3 наведена схемна реалізація програми, зображеної на рисунку 2. Схема може здійснювати односпрямовану передачу даних між двома вбудованими системами зі швидкостями до 250 Кбіт / с. Схема складається з драйвера світлодіода, зовнішнього підсилювача і вихідного компаратора. Драйвер управляє випромінюванням світлодіода коли йде передача даних, а на час прийому відключає вивід Tx від світлодіода. Вивід Tx підключений до транзистора Q 1 через резистор R 1 . Коли вивід Tx не використовується для передачі (рівень «лог. 1»), транзистор Q 1 вимкнений, і струм світлодіода дорівнює нулю. Активація виведення Tx ( «лог. 0») вмикає транзистор Q 1 . Резистор R 2 задає рівень вихідної потужності світлодіода. Для мінімізації спотворень імпульсу в лінії зв'язку слід встановити такий рівень потужності, який компенсував би втрати через передавальну середу. Коли живлення схеми складає 5 В, опір резистора R 2 має бути між 50 Ом і 220 Ом.

Fig 3 ua 1

Малюнок 3. Один здвоєний операційний підсилювач і жменя компонентів перетворюють світлодіод в пристрій подвійного призначення.

Попередній підсилювач складається з резистора R 4 , що виконує функцію шунтового перетворювача струму в напругу, і швидкодіючого незворотного підсилювача напруги (IC 1A ). Резистори R 3 і R 4 створюють на вході IC 1A невелике зміщення в кілька мілівольт, що підтримує робочу точку підсилювача в лінійній області. Для цієї конструкції обраний швидкодіючий операційний підсилювач OPA2350. Пристрій, що має rail-to-rail входи і виходи і добуток ширини смуги пропускання на коефіцієнт посилення, рівний 38 МГц, може працювати від одного джерела живлення з напругою від 2.7 до 5 В. Крутизна перетворення підсилювача залежить від опорів резисторів R 4 , R 5 і R 6 . При зазначених на рисунку 3 номіналах резисторів крутизна дорівнює приблизно 220,000. Компаратор IC 1B перетворює вихідний сигнал підсилювача в напруги логічних рівнів. Вхідний поріг компаратора задається налаштуванням резистора R 8 . При правильній установці порогу ви можете отримати хорошу симетрію імпульсів при різних рівнях потужності вхідного сигналу. Ланцюжок R 9 , C 1 забезпечує гістерезис для сигналів змінного струму і додатковий ефект для більш швидкого перемикання компаратора. Крім того, R 9 обмежує імпульсні струми на виводі 5 мікросхеми IC 1B під час переходу з «лог. 1» в « лог. 0».

При передачі даних схема передавача управляє підсилювачем і компаратором. На цей час для захисту внутрішніх ланцюгів схеми від переданих даних і виключення помилок через переповнення UART на лінії Tx / Rx необхідно встановлювати рівень «лог. 1 ». Ланцюжок R 10 , D 1 ізолює приймач UART від будь-яких змін рівнів, що відбуваються на лінії Rx. При перемиканні між режимами передачі і прийому в програмі повинна бути передбачена затримка на час відновлення попереднього підсилювача. Типовий час відновлення становить від 10 до 20 мкс. Зверніть увагу, що при використанні мікроконтролерів класу 8051, у яких функції вихідних підтягуючих резисторів виконують польові транзистори, що працюють в режимі збіднення, діод D 1 треба замінити pnp транзистором з відповідним базовим резистором.

Дві функції світлодіода: випромінювач і фотоприймач