6.2.4. Быстродействие оптронов

При использовании оптронов в импульсных и высокочастотных схемах, например, в системах передачи и обработки информации, важной характеристикой является быстродействие, которое характеризуется временем τ переключения оптрона. Величина τ определяет верхнюю граничную частоту f_гр модуляции светового потока и скорость F передачи сигналов по ОК. Параметр τ измеряется при подаче на вход оптрона электрического прямоугольного импульса. ФП является более инерционным элементом, чем ОИ, поэтому его быстродействие определяет время переключения оптрона. Инерционность ФП характеризуется постоянными времени нарастания τ₁ (включения) и спада τ₂ (выключения) выходного сигнала I₂(t), представляющего собой импульс фототока при засветке ФП прямоугольным световым импульсом Ф(t) длительностью ∆t. Импульсная характеристика оптрона изображена на рис.38.

Фототок ФП нарастает по закону

I₂(t) = I_m{1- [exp(-t/τ₁)]}. (3.8)

Время τ₁ , определяется из (2.8) при условии t = τ₁, когда ток достигает уровня I_m/(1- e^-1). Спад тока описывается выражением

I₂(t) = I_m{exp [-(t-∆t)/τ₂)]} (3.9)

и постоянная τ₂ соответствует уменьшению тока в e раз.

Быстродействие τ оптрона:

τ = τ₁ + τ₂ (3.10)

Величина τ для различных типов оптронов составляет от единиц нс до десятых долей с.

6.2.5. Коэффициент спектрального согласования Кλ

Коэффициент К_λ является мерой согласования спектральных характеристик элементов оптрона (ОИ, ФП и ОК) и определяется выражением:

К_λ = (3.11)

где: S₀(λ) = Ф(λ)⁄Ф₀ - нормализованная спектральная характеристика ОИ в относительных единицах; Ф₀=Ф(λ₀) -поток излучения в максимуме спектральной характеристики ОИ при λ = λ₀; S_Ф(λ) - нормализованная спектральная характеристика ФП; K_OK(λ) - нормализованная спектральная характеристика ОК (коэффициент пропускания оптического канала); λ₁ и λ₂ - граничные длины волн спектральной характеристики ОИ, которые определяются по спаду спектральной характеристики до уровня 0,1 Ф₀.

На рис.39 представлены нормированные спектральные характеристики элементов оптрона (см. рис.3.2 в книге…..).

Случаи К_λ= 1 и К_λ = 0 соответствуют полному согласованию и рассогласованию элементов оптрона.

В настоящее время для согласования между элементами оптрона используются следующие комбинационные пары ФП - ОИ:

• кремниевый p-i-n ФД и ОИ на основе GaAs (Zn), GaAlAs, GaAsP и GaAs(Si);

• кремниевые фототранзистор, фототиристоры и излучатели на основе GaAlAs, GaAs(Si);

• фоторезисторы на основе CdS, CdSe и ОИ на основе GaP и GaAsP.

Такие комбинации используются в оптронах различного функционального назначения и имеют коэффициент спектрального согласования К_λ = 0,6-0,9.

6.2.6. Параметры изоляции

Основными параметрами изоляции являются:

• максимально допустимое пиковое напряжение изоляции U_из,пик, которое является пиковым напряжением с заданными параметрами длительности и частоты повторения сигналов, передаваемых по ОК;

• максимально допустимое статическое напряжение изоляции U_из между входом и выходом оптрона;

• сопротивление изоляции R _из;

• проходная емкость C_пр;

• максимально допустимая скорость нарастания выходного напряжения (dU⁄dt)_max.

Параметр U_из является электрической прочностью оптрона при постоянном напряжении между входом и выходом оптрона. U_из определяется, в основном, типом оптического канала. В табл. 1 приведены типичные значения U_из.

Табл.1

Тип оптического канала	Иммерсионная среда	Воздушный	ВОС
Uиз, В	50-100	(1- 5)· 103	(50 - 150)·103

В оптронах сопротивление R _из ≥ 10¹² оМ, поэтому обратная связь по постоянному току в оптронах практически отсутствует.

Величины C_пр и (dU⁄dt)_max характеризуют стойкость к скачкам напряжения на выходе оптрона, которые вызывают протекание дополнительного емкостного тока I_c через ОИ:

I_c = C_пр (dU⁄dt)_max . (3.12)

Это может привести к ложному включению оптрона даже в случае U < U_из,_пик. Величина C_пр для оптронов составляет ~ 1пФ, поэтому обратная связь по переменному току с увеличением частоты передачи по ОК может быть значительной. Для уменьшения такого влияния на работу оптрона увеличивают протяженность ОК.