2.7.2 Оптрони

Оптоелектроніка базується на електронно-оптичному принципі отримання, передачі, обробки і зберігання інформації, носієм якої є електричнонейтральний фотон. Суміщення в оптоелектронних функціональних пристроях двох способів обробки і передачі інформації – оптичного і електричного – дозволяє досягати величезної швидкодії, високої густини розміщення інформації, що зберігається, створення високоефективних засобів відображення інформації. Дуде важливою перевагою елементів оптоелектроніки є те, що вони оптично пов’язані, а електрично ізольовані між собою. Це забезпечує надійну співпрацю різних оптоелектронних кіл, сприяє одно направленості передачі інформації. Виготовлення напівпровідникових елементів оптоелектроніки – оптронів – сумісно з інтегральною технологією, тому їх створення може бути включено в єдиний технологічний цикл виробництва інтегральних мікросхем.

Найпростіший оптрон являє собою чотириполюсник (рис.2.7.5.), що складається з трьох елементів: джерела випромінювання (фото випромінювача) 1, світловоду 2 і приймача випромінювання (фотоприймача) 3, які заключні в герметичний світлонепроникний корпус.

Вхід Вихід

Рис. 2.7.5. Структурна схема оптрону

Поєднання фотовипромінювача і фотоприймача в оптроні отримало назву оптоелектронної пари. Найбільш розповсюдженими випромінювачами є світло діоди, виконані на основі арсеніду галію, фосфіду галію, фосфіду кремнію, карбіду кремнію та ін. Вони мають високу швидкодію, мініатюрні і достатньо надійні в роботі. За своїми спектральними характеристиками світло діоди гарно узгоджуються з фотоприймачами, виконаними на основі кремнію. Оскільки схемотехнічні можливості оптрона визначаються головним чином характеристиками фотоприймача, цей елемент і дає назву оптрону в цілому. До основних різновидностей оптронів відносяться: резисторні (фотоприймач – фоторезистор); діодні (фотоприймач – фотодіод); транзисторні (фотоприймач – фото транзистор); тиристорні (фотоприймач – фототиристор).

Схематичне зображення вказаних оптронів показано на рис. 2.7.6.

Рис. 2.7.6. Схематичні зображення оптронів: а – резисторного;

б – діодного; в – транзисторного; г - тиристорного

а б

в г

В залежності від сукупності характеристик оптронної пари, що використовується, оптрон може виконувати різні функції в електронних колах: перемикання, підсилення, узгодження, перетворення, індикація та ін.

Недоліки оптронів:

• відносно велика споживана потужність, із-за того, що двічі відбувається перетворення енергії, причому ККД цих перетворень невеликий;

• значний вплив температури і радіації на властивості оптронів;

• погіршення параметрів з часом;

• порівняно високий рівень власних шумів;

• необхідність застосування гібридної технології замість більш зручної і досконалої планарної.

Всі ці недоліки поступово усуваються в процесі розвитку оптронної техніки.

В якості прикладу технічного використання оптронів на рис.2.7.7. приведена схема, яка дозволяє реалізувати специфічні властивості цих приладів. Резисторний оптрон, ввімкнений за даною схемою, може бути використаний в якості керованого резистивного дільника напруги. Під дією вхідної напруги змінюється прямий струм фотодіоду і його випромінювання. Відповідно змінюється і опір фото резистора, а отже, розподіл напруги джерела Е₂ на фоторезисторі і вихідному (навантажувальному) резисторі R₂.

Е₂

СД R_Ф

U_вих

R1 R2

E₁

Рис. 2.7.7. Застосування оптронів

Подібний керований резистор може бути використаний в різних електронних схемах, наприклад, для дистанційного керування коефіцієнтом підсилення в підсилювачах.

Оптоелектронні пристрої знаходять широке застосування в обчислювальній техніці (особливо голографічні пристрої).