транзисторні оптопари
Оптоелектроніка - одне з найбільш розвинених напрямів у функціональній мікроелектроніці. У поняття "оптоелектроніка" включають і такі недавно що виникли напрямки, як лазерна техніка, волоконна оптика, голографія та інші.
В даний час оптоелектронний прилад визначається як:
1) прилад чутливий до електромагнітного випромінювання у видимій, інфрачервоній або ультрафіолетовій областях спектру;
2) прилад випромінює і перетворює некогерентного або когерентне випромінювання в цих же спектральних областях;
3) прилад, який використовує електромагнітне випромінювання для своєї роботи.
Оптоелектроніка заснована на електронно-оптичному принципі отримання, передачі, обробки та зберігання інформації, носієм якої є електрично нейтральний фотон.
Виготовлення ПП елементів оптоелектроніки оптронов сумісно з інтегральною технологією, тому їх створення може бути включено в єдиний технологічний цикл виробництва інтегральних мікросхем.
Розглянемо основні технологічні засоби оптоелектроніки. Основним елементом є оптрон. або оптопара
Оптопара - оптоелектронний прилад, що містить фотоізлучатель і фотоприймач, оптично і конструктивно пов'язані один з одним.
Рис.1. Структурна схема оптрона
1 джерела випромінювання (фотоізлучателя);
2 - світловода (оптичного каналу);
3 - приймача випромінювання (фотоприймача), укладеного
в герметичний світлонепроникний корпус.
Тип і назва оптрона визначається типом використовуваного в ньому фотоприймача. За цією ознакою оптрони бувають:
- резистори (фотоприймач - фоторезистор);
- діодні (фотоприймач - фотодіод);
- транзисторні (фотоприймач - фототранзистор);
- тиристорні (фотоприймач - фототиристор);
Визначення та принцип дії
Принцип дії оптопари заснований на подвійному перетворенні енергії тобто
1) У випромінювачі енергія електричного сигналу перетворюється в оптичне випромінювання, а в фотоприймача навпаки;
2) Оптичний сигнал викликає електричний струм або напруга. Отже, оптопара- це прилад з електричними вхідними та вихідними сигналами, тобто зв'язок із зовнішнім схемою електрична. А ось всередині оптопари зв'язок входу з виходом здійснюється за допомогою оптичних сигналів.
Розглянемо різні типи оптопар, що відрізняються один від одного фотоприймача.
Мають в якості випромінювача сверхминиатюрную лампочку розжарювання або світлодіод, що дає видиме або інфрачервоне випромінювання. Приймачем випромінювання є фоторезистор. який може працювати як на постійному, так і на змінному струмі.
Рис.16. Схема включення резисторной оптопари
У даній оптопари вихідна ланцюг харчується від джерела постійного або змінного напруги Е і має навантаження Rн. Напруга Uупр подається на світлодіод, управляє струмом в навантаженні. Ланцюг управління добре ізольована від фоторезистора, який може бути включений в ланцюг змінного струму напругою 220 В.
Резисторні оптопари застосовуються для автоматичного регулювання посилення, зв'язку між каскадами, управління безконтактними дільниками напруги, модуляції сигналів, формування різних сигналів і т.д.
Даний тип зазвичай має в своєму складі інфрачервоний світлодіод і кремнієвий фотодіод. Застосування їх досить різноманітно. На їх основі створюються імпульсні трансформатори, які не мають обмоток, що важливо для мікросхем. Також вони використовуються для передачі сигналів між блоками складної радіоелектронної апаратури, для управління роботою ІМС, особливо тих, у яких вхідний струм дуже малий.
Мають в своєму складі в якості випромінювача - світлодіод, а приймача випромінювання - біполярний кремнієвий фототранзистор типу n-p-n. Оптопари цього типу працюють головним чином в ключовому режимі і застосовуються в комутаторних схемах, пристроях зв'язку різних датчиків з вимірювальними блоками, як реле т.д. Для підвищення чутливості оптопари в ній може бути використаний складовою транзистор.
Мають в якості фотоприймача кремнієвий фототиристор і використовується виключно в ключових режимах. Застосовується для формування імпульсів, управління потужними тиристорами, управління і комутації різних пристроїв з потужними навантаженнями.
В системі параметрів можна виділити чотири групи:
- вхідні параметри (випромінювача);
- вихідні параметри (фотоприймача);
- передавальні параметри (параметри передачі сигналу з входу на
2. Вхідна напруга Uвх - падіння напруги на випромінюють діод в прямому напрямку при заданому значенні прямого струму (зазвичай при Iвх.ном).
3. Вхідна ємність Свх- ємність між вхідними висновками оптопари в заданому режимі.
1. UВИХ.ОБР - максимальне значення зворотної напруги будь-якої форми, яке допускається прикладати до виходу оптопари.
2. IВИХ максимальне значення струму, який допускається пропускати через фотоприймач у включеному стані оптопари.
3. IУТ - струм витоку на виході оптопари при Iвх = 0 і заданому значенні полярності U вих.
4. Uост - вихідна залишкову напругу на включеному Фототиристори або фоторезистори в режимі насичення.
5. Свих - вихідна ємність фотоприймача.
Передавальні параметри -характеризує ефективність передачі електричного сигналу з входу оптопари на вихід.
Коефіцієнт передачі по струму - характеризує передачу сигналу зі входу оптопари на вихід для всіх типів оптопар (крім тиристорних).
Тимчасові параметри - характеризують швидкодію або швидкість передачі сигналу.
1. tнар - час наростання вихідного струму від рівня (0,1-0,9) Iвих, max
2. Tзад - час затримки при включенні, тобто час від моменту подачі t0 імпульсу вхідного струму до моменту наростання вихідного струму до уровня0,1 I ВИХMAX.
3. tВКЛ = tнар + Tзад - час включення оптопари.
4. tпер = tВКЛ + tВИКЛ - час перемикання.
1. UІЗ.ПІК. - максимально допустиме пікове напруга ізоляції визначає можливості оптопари як елемента електричної ізоляції.
2. UІЗ -Статичний напруга ізоляції між входом і виходом.
3. Rиз-опір ізоляції (Rиз »10. 12 Ом).
Параметри визначають стійкість оптопари до стрибків напруги:
4. СПР - прохідна ємність (ємність між входом і виходом).
5. - максимально допустима швидкість наростання вихідної напр.