Краткое введение в резисторные оптроны
Резисторный оптрон, или светодиод и фоторезистор (light depending resistor, LDR) [1] в светонепроницаемом корпусе, применяется в схемах аналоговой музыкальной электроники, таких как аудиокомпрессоры, усилители, управляемые напряжением (voltage-controlled amplifiers, VCA), фильтры, управляемые напряжением (voltage-controlled filters, VCF), и в других приложениях.
В настоящее время для этой цели используются аналоговые микросхемы, поэтому резисторные оптроны стали довольно редкими. Одним из их главных преимуществ был и остается низкий уровень искажений сигнала по сравнению с транзисторными схемами.
С другой стороны, при управлении малыми токами они медленны и инерционны и имеют нелинейную характеристику.
К счастью, зависимость проводимости от управляющего тока более линейна, чем зависимость сопротивления. Это удобно, например, для VCF с частотной характеристикой, пропорциональной 1/RC. Однако для музыкальной электроники предпочтительнее экспоненциальное управление проводимостью, поскольку в схемах, управляемых напряжением, используется характеристика «вольт на октаву», при которой с каждым дополнительным вольтом управляющего напряжения частота среза VCF удваивается.
Еще одним преимуществом экспоненциального управления резисторным оптроном является тот факт, что ток светодиода никогда не становится равным нулю [y = exp(x) > 0] и, таким образом, сопротивление фоторезистора никогда не достигает своего полного темнового значения, что положительно влияет на время отклика фоторезистора.
Схема с резисторным оптроном
Обычно для преобразования линейного управляющего напряжения в экспоненциальный ток используется пара транзисторов [2]. Однако в случае резисторного оптрона пару транзисторов можно заменить самим светодиодом, который, как и любой диод, является источником экспоненциального тока, управляемого напряжением.
Для температурной компенсации, так же как и в транзисторной схеме, нужна согласованная пара светодиодов.
На Рисунке 1 показана смоделированная схема экспоненциального управления резисторным оптроном.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема экспоненциального управления резисторным оптроном, в которой опорный светодиод используется для преобразования линейного управляющего напряжения в экспоненциальный ток, а два согласованных светодиода служат для температурной компенсации. |
Светодиод LED1 управляется током IREF = –V/R4. При CV = 0 ток светодиода оптрона LED2 идентичен, а сопротивление фоторезистора устанавливается на уровне середины требуемого диапазона сопротивлений током IREF, в данном случае равным примерно 30 мкА.
По мере увеличения CV напряжение на катоде LED2 уменьшается, но напряжение между анодом и катодом увеличивается, так что ток светодиода экспоненциально увеличивается.
При отрицательном CV напряжение на LED2 соответственно уменьшается, так что ток светодиода экспоненциально уменьшается. Диапазон сопротивлений фоторезистора определяется коэффициентом усиления суммирующего усилителя U1. На практике используется диапазон примерно от 1 МОм (CV = –5 В) до 1 кОм (CV = +5 В), что позволяет настраивать VCF в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.
Термистор R3 улучшает температурный дрейф тока светодиода. Тем не менее, температурная зависимость сопротивления фоторезистора остается на уровне примерно 0.2%/К, что делает схему с резисторным оптроном хуже подходящей, например, для высококачественных ГУН.
Для других приложений (VCF, VCA) температурный дрейф достаточно хорош, и в большинстве случаев термистор не понадобится.
На Рисунке 2 показаны смоделированные кривые сопротивления и тока светодиода LED2 для 20 °C и 40 °C.
 |
|
| Рисунок 2. | Смоделированные кривые сопротивления и тока светодиода LED2 для 20 °C и 40 °C. |
Практические замечания
Для этой схемы была разработана небольшая печатная плата. Используются стандартные белые SMD-светодиоды в корпусе типоразмера 5730. Светодиод резисторного оптрона LED2 расположен на верхней стороне печатной платы и освещает два фоторезистора GL5537, расположенных под углом примерно 45 градусов над светодиодом LED2.
Слегка изогнув выводы фоторезисторов для изменения наклона, можно механически подогнать их сопротивление под требуемое значение. Небольшой черный корпус, напечатанный на 3D-принтере, и печатная плата с черной паяльной маской предотвращают воздействие на схему внешнего света. Схемы с двумя и четырьмя фоторезисторами, освещаемыми одним светодиодом, были успешно протестированы при реализации VCF 2-го и 4-го порядков.
Купить TMP6331DECR на РадиоЛоцман.Цены
