МІКРОЕЛЕКТРОННІ АВТОГЕНЕРАТОРНІ ОПТИЧНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ
MICROELECTRONIC SELF-OSCILLATING OPTICAL POWER TRANSDUCERS
Сторінки: 135-144. Номер: №3, 2023 (321) 
Автори:
ОСАДЧУК Ярослав
Вінницький національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0002-5472-0797
e-mail:osadchuk.j93@gmail.com
OSADCHUK IAROSLAV
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-321-3-135-144
Анотація мовою оригіналу
Запропоновано мікроелектронні автогенераторні перетворювачі оптичної потужності на основі мікроелектронних транзисторних структур з диференційним від’ємним опором та первинним фоточутливим елементом на базі біполярного і польового фототранзисторів, причому первинні фоточутливі елементи є також активними елементами самих автогенераторів, що значно спрощує конструкцію перетворювачів.
На основі розгляду фізичних процесів у первинному фоточутливому елементі та автогенераторі розроблено математичну модель мікроелектронного оптичного перетворювача, на основі якої отримано параметричні залежності функцій перетворення та чутливості. Основним фактором зміни функції перетворення та чутливості є зміна оптичної потужності. Це змінює еквівалентну ємність і диференціальний від’ємний опір коливальної системи мікроелектронного автогенераторного перетворювача оптичної потужності, змінюючи вихідну частоту пристрою. Оскільки оптична потужність змінюється в діапазоні 0…90 мкВт/см2, то чутливість оптичного перетворювача змінюється від 151,3 кГц/мкВт/см2 до 215,2 кГц/мкВт/см2.
Отримані аналітичні вирази параметричної залежності функцій чутливості та перетворення, що демонструють можливість значно легшого розрахунку основних характеристик перетворювача, враховуючи вплив кожного параметра первинного фоточутливого елемента та параметрів автогенератора на вихідну частоту приладу у порівнянні з розрахунками цих параметрів з системами рівнянь Кірхгофа. Фоточутливі перетворювачі з частотним виходом не потребують аналого-цифрових перетворювачів або підсилювачів для подальшої обробки інформаційного сигналу, що значно знижує витрати на інформаційне та вимірювальне обладнання. Крім того, коли перетворювачі працюють на дуже високих частотах, можна передавати безпосередньо інформацію на відстань.
Ключові слова: оптичний перетворювач, диференційний від’ємний опір, частота, автогенератор, фоточутливий транзистор.
Розширена анотація англійською мовою
Microelectronic self-oscillating optical power transducers are proposed based on microelectronic transistor structures with differential negative resistance and a primary photosensitive element based on bipolar and field-effect phototransistors, and the primary photosensitive elements are also active elements of the self-oscillators themselves, which greatly simplifies the conversion design.
Based on the consideration of physical processes in the primary photosensitive element and self-oscillator, a mathematical model of a microelectronic optical transducer was developed, on the basis of which the parametric dependences of the conversion and sensitivity functions were obtained. The main factor in changing the conversion function and sensitivity is the change in optical power. This changes the equivalent capacitance and differential negative resistance of the oscillatory system of the microelectronic self-oscillating optical power transducer, changing the output frequency of the device. Since the optical power varies in the range of 0…90 μW/cm2, the sensitivity of the optical transducer varies from 151.3 kHz/μW/cm2 to 215.2 kHz/μW/cm2. Analytical expressions for the parametric dependence of the sensitivity and conversion functions are obtained, demonstrating the possibility of an easier calculation of the main characteristics of the transducer, taking into account the influence of each parameter of the primary photosensitive element and the parameters of the self-oscillator on the output frequency of the device in comparison with the calculations of these parameters with systems of Kirchhoff equations. Photosensitive transducers with frequency output do not need analog-to-digital transducers or amplifiers for further processing of the information signal, which significantly reduces the cost of information and measuring equipment. In addition, when the transducers operate at very high frequencies, it is possible to directly transmit information over a distance.
Key words: optical transducer, differential negative resistance, frequency, self-oscillator, photosensitive transistor.
