Резисторные оптопары

В качестве фотоприемников оптопар этого типа используют фоторезисторы на основе CdS и CdSe. При засветке фоторезисторов их сопротивление снижается от R_т (темнового) до R_св (при освещении). Одним из основных параметров резисторных оптопар является отношение этих сопротивлений, значение R_т / R_св может достигать 10⁴...10⁷.

Фоторезисторы обладают, как правило, большой инерционностью. Именно поэтому в фоторезисторных оптопарах в качестве источников излучения широко применяют миниатюрные лампы накаливания, к достоинствам которых следует отнести хорошую воспроизводимость параметров, большой срок службы, малую стоимость. Невысокое быстродействие (время переключения порядка 10^-2 с) ламп накаливания в отопарах этого типа не является их недостатком, поскольку общее время переключения (до 10^-1 с) определяется фотоприемником. Кроме ламп накаливания, в резисторных оптопарах используют светодиоды на основе GaP, спектр излучения которых хорошо согласован со спектрами возбуждения фотопроводимости CdS- и CdSe-фотоприемников.

Достоинствами резисторных оптопар, определяющими их широкое применение в различных типах оптоэлектронных схем, являются линейность и симметричность выходной характеристики (независимость от полярности включения фоторезистора), отсутствие фото-ЭДС, высокое значение достижимого напряжения на выходе (до 250 В) и темнового сопротивления (10⁶…10¹¹ Ом).

Диодные оптопары

Оптопары этого типа изготавливают на основе кремниевых p-i-n-фотодиодов и арсенид-галлиевых светодиодов.

Поскольку у современных диодных оптронов значение коэффициента передачи по току составляет единицы процентов, то на выходе таких оптопар практически можно получить лишь токи, не превышающие одного - двух миллиампер.

Предельно достижимое время переключения t_n диодных оптопар может меняться в довольно широком интервале значений (0,1... 10 мкс) в зависимости от марки. Но на практике получить подобное быстродействие довольно трудно, так как из-за малости выходного тока их приходится включать на большую нагрузку. В этом случае существенным оказывается уже время перезарядки, определяемое сопротивлением нагрузки R_н и выходной емкостью оптопары С₂. Так, при R_н = 2...20 кОм и С₂ = 50 пФ постоянная времени перезарядки равна 0,1...1 мкс, что сравнимо с предельными значениями t_n.

Диодные оптопары могут работать в вентильном режиме, когда оптрон выступает в качестве источника питания. Оптроны, предназначенные для этих целей, имеют повышенное (3...4%) значение k_I, однако КПД таких приборов также составляет лишь около одного процента.

Среди выпускаемых диодных оптопар можно выделить группу приборов, оптический канал которых выполнен в виде световода длиной 30... 100 мм. Эти приборы характеризуются высокой электрической прочностью (U_из = 20...50 кВ) и малой проходной емкостью (С_пр = 0,01 пФ).

Транзисторные и тиристорные оптопары

К транзисторным оптопарам относятся диодно-транзисторные (приемником излучения является фотодиод, один из выводов которого соединен с базой транзистора, введенного в состав оптрона) и транзисторные (приемником излучения служит фототранзистор) оптопары, a также оптроны с составным фототранзистором. Их параметры существенно отличаются друг от друга. Так, оптроны с составным фототранзистором обладают наилучшими передаточными характеристиками по току (в результате внутреннего усиления сигнала k_I может достигать. 1000%), зато диодно-транзисторные имеют большее быстродействие (t_n= 2...4 мкс). При этом оказывается, что для оптопар перечисленных типов отношение k_I /t_n = D остается постоянным в широком интервале значений входных токов. Параметр D называют добротностью оптрона, его значение зависит от параметров изоляции (в частности, от U_из). Для транзисторных оптронов U_из = 1...5 кВ, D = 0,1...1 % ∙ мкс^-1.

Как и в случае диодных оптопар, материалом фотоприемников чаще всего является кремний; излучателями в таких приборах служат арсенид-галлиевые светодиоды.

Транзисторные оптопары привлекают внимание возможностью управления коллекторным током, как оптическими, так и электрическими методами. Эти приборы позволяют получать высокие значения коэффициента передачи по току и соответственно большие токи (чем выгодно отличаются от диодных оптопар) при удовлетворительном быстродействии.

Тиристорные оптопары используют в качестве ключей для коммутации сильноточных и высоковольтных цепей как радиоэлектронного (U₁ = 50...600 В, 1₁ = 0,1...10 А), так и электротехнического (U₂ = 100...1300 В, 1₂ = 6,3...320 А) назначения. Важным достоинством этих приборов является то, что, управляя значительными мощностями в нагрузке, они по входу совместимы с интегральными микросхемами.

В зависимости от гарантируемых значений коммутируемых напряжений и токов, а также от времени переключения тиристорные оптопары подразделяются на большое число групп. В целом типичные значения t₁ составляют 10...30 мс, t₂ = 30...250 мкс.

Поскольку тиристорные оптопары работают в ключевом режиме, параметр k_I для них лишен смысла. Поэтому удобнее характеризовать такие оптопары номинальным значением 1_н, при котором открывается фототиристор, а также максимально допустимым входным током помехи (максимальным значением 1_тах, при котором еще не происходит включение фототиристора). Значение 1_н для разных типов тиристорных оптопар лежит в пределах 20...200 мА.