Основные характеристики и параметры оптронов

Оптопара является четырёхполюсным прибором (рис. 7.21), свойства которого определяются прежде всего тремя основными характеристиками – входной, передаточной и выходной. Входной является вольт-амперная характеристика излучателя, а выходной – соответствующая характеристика фотоприёмника (при заданном токе на входе оптопары).

Передаточной характеристикой называют зависимость тока I_вых на выходе оптопары от тока I_вх на её входе. В общем случае эта зависимость является нелинейной, что приводит к некоторому искажению формы передаваемого сигнала.

Параметром, тесно связанным с зависимостью I_вых(I_вх) и часто используемым на практике является коэффициент передачи по току

Для большинства типов оптопар k_i является паспортным параметром и может составлять от 0,5% (диодные оптопары) до 100% (транзисторные оптопары).

Суммарное быстродействие оптопары часто характеризуют временем переключения:

,

где t_вкл и t_выкл – время нарастания и спада сигнала на выходе оптрона. Время переключения зависит от вида и режимов работы оптопар и составляет от 10^-9 до 10^-1 с. Помимо времени переключения быстродействие некоторых классов оптопар задаётся граничной частотой. В зависимости от типа оптопары f_гр = 0,005…..10МГц.

Ещё важными характеристиками оптопары являются сопротивление изоляции R_из и проходная ёмкость C_пр (ёмкость между входом и выходом оптопары).

Сравнительная характеристика оптронов

Диодный оптрон (рис. 7.21,а) используется в качестве ключа и может коммутировать ток с частотой 10⁶–10⁷Гц. Сопротивление в закрытом состоянии R_т = 10⁸–10¹⁰Ом, в открытом – порядка сотен Ом – нескольких килоом. Сопротивление между входной и выходной цепями 10¹³–10¹⁵Ом. Таким образом, диодный оптрон позволяет практически полностью развязать между собой входную и выходную цепи и обеспечивает хорошие характеристики переключения.

Транзисторные оптроны (рис. 7.21,б) благодаря большей чувствительности фотоприёмника экономичнее диодных. Они имеют сравнительно высокое значение коэффициента передачи тока K_i=0,5, оптроны с составным фототранзистором – примерно 8. Однако, быстродействие этих приборов меньше, максимальная частота коммутации обычно не превышает 10⁵Гц. Так же, как и диодные, транзисторные оптопары имеют малое сопротивление в открытом состоянии и большое в закрытом. Во включённом состоянии остаточное напряжение на фототранзисторе достаточно мало и составляет несколько десятков мВ. В выключенном состоянии сопротивление фототранзистора велико – более 10⁶–10⁸Ом. Эти оптроны позволяют исключить в схемах громоздкие навесные трансформаторы.

Замена фототранзистора на кремниевый фототиристор (рис. 7.21,в) позволяет увеличить импульсы выходного тока до 5А и более. При этом время включения менее 10^-5с, а входной ток включения не превышает 10мА. Такие оптроны позволяют непосредственно управлять сильноточными устройствами различного назначения.

Аналоговые оптроны реализуют на основе фоторезисторов (рис. 7.21,г) и применяют для различного рода бесконтактных регулировок в цепях автоматического управления. В цепях точного преобразования сигналов их использование ограничено из-за невысокой временной стабильности и зависимости характеристик преобразования от температуры. Кроме того, быстродействие этих приборов невелико, а максимальная частота без применения специальных мер повышения быстродействия ограничена несколькими килогерцами.