6.3. Классификация оптронов

Оптроны классифицируются, в основном, по степени сложности конструкции и типу оптического канала. Они делятся на следующие классы:

1. оптопары - оптроны, которые состоят из ОИ и ФП с оптической связью между собой через ОК в виде микрозазора, состоящего из электрического изолятора (воздушной среды или диэлектрика);

2. оптоэлектронные интегральные микросхемы (ОИС), содержащие одну или несколько оптопар;

3. специальные оптроны, состоящие из оптического излучателя (излучателей) и фотоприемника (фотоприемников), соединенные между собой особой конструкцией ОК.

Соответствующие классификационные диаграммы приведены на рис. 40, 41, 42.

р ис.40

рис.41

рис.42

Специальные оптроны существенно отличаются конструктивно и функционально от ОИС и оптопар видом ОК. Сюда относятся различные оптоэлектронные датчики (оптроны-прерыватели и отражатели с открытым ОК), а также волоконно-оптические линии передачи информации с закрытым ОК в виде ОВС.

Рис.41

Рис.42

6.3.1. Условные схемные обозначения оптронов

Резисторные Диодные Тиристорные

Транзисторные оптроны

Биполярные Составные Полевые

6.3.2. Основные параметры различных типов оптронов

Типичные параметры различных типов оптронов приведены в табл.2

Таблица.2

Параметры оптронов	Типы оптронов
	Резис­торные (ОЭП)	Диодные (АОД)	Транзисторные (АОТ)		Тиристорные (АОУ), (ТО)
			Ообщего назначе-ния	ссоставные
1	2	3	4	5	6
Коэффициент передачи по току KI	0,01-0,04	0,005-0,2	0,3-1,0	2-10	-
Граничная частота f, МГц	0,005-0,01	1-10	0,01-0,5	0,001-0,01	-
Время вкл. 1, мкс	103-105	0,01-1	4-10	10-100	10-30
Время выкл.2, мкс	103-105	0,01-1	4-30	10-100	30-250
Входная цепь:I1, мА	5-20	10-40	10-40	1-30	10-800
U1, В	2-6	1,1-1,8	1-2	1-5	1-3
Выходная цепь: I2, мА	0,2-7	0,1-1,5	5-50	100-200	100-320000
U2, В	5-250	1-100	5-30	5-30	50-1300
Сопротивление изоляции, Rиз, Ом	109	109– 1010	5108	109	15108
Max. напряжение (электрическая прочность) Uиз, кВ	20-30	20-50	1-5	1-5	5

В таблице использованы условные буквенные обозначения оптронов. Резисторные оптроны имеют абривиатуру "ОЭП", которая расшифровывается как "оптоэлектронный прибор".

Для остальных оптронов расшифровка следующая.

1. Первая буква или цифра определяет материал излучателя, например, "А"и "3" отвечают материалу GaAlAs или GaAs.

2. Вторая буква "O" указывает на принадлежность прибора к классу оптронов.

3. Третья буква обозначает тип фотоприемника: "Д" - фотодиод, "Т" – фототранзистор, "У" – фототиристор.

Отметим, что обозначение АОУ используется для маломощных тиристорных оптронов с выходными токами до 0,1А. Для мощных тиристорных оптронов с вых. токами от единиц до сотен А применяется обозначение ТО.

Резисторные оптопары (ОЭП). Резисторные оптопары это наиболее простой по своей конструкции тип оптронов. Основные отличия от других типов:

• малое быстродействие от едниц до сотен мс;

• отсутствие оптимального согласования по спектральным и электрическим характеристикам.

Резисторные оптопары имеют широкий спектр изготавливаемых приборов.

Наибольшее применение находят оптопары типа ОЭП-1, ОЭП-2 и ОЭП-3, которые используются для:

• коммутации высоковольтных цепей до 250 В,

• управления электролюминесцентными индикаторами.

Для линейных электронных схем применяются оптопары ОЭП-6, ОЭП-7 и ОЭП-14, которые позволяют скомпенсировать температурные и временные изменения параметров.

Для решения основной проблемы резистивных оптопар - увеличение быстродействия до сотен мкс используются резистивные фоточувствительные пленки CdS-ZnS и CdS-HgSe (ЭОП-16).

Низкое быстродействие сказывается на частотных свойствах ОЭП, самые высокочастотные из которых работают до 1кГц.

Диодные оптроны (АОД). Достижения в области создания диодных оптронов характеризуют уровень развития оптронной техники. Наибольшее распространение среди диодных оптронов получили оптопары, состоящие из СИД на основе GaAs и p-i-n ФД с ОК в виде кремнийорганической оптической среды.

Современные диодные оптопары характеризуются:

• малым значением передачи по току K_I не более 0,2;

• относительно высоким быстродействием τ не менее 20 нс;

• высокой электрической прочностью (изоляцией) U_из до 20-50 кВ.

Диодные оптопары выпускаются в виде нескольких основных групп:

• общего (универсального) назначения типа АОД101(А, Б, В, Г, Д) с параметрами K_I = 0,01-0,015 и τ = 0,1-0,3 мкс при U_вх = 1,5-1,8 В, U_из = 0,2 кВ, C_пр = 2 пФ;

• быстродействующие (типичный представитель - приборы типа АОД120) с параметрами K_I = 0,006- 0,01 и τ = 30 нс при U_вх = 1,7 В, U_из = 0,4 кВ, C_пр = 2 пФ;

• оптоизоляторы, обеспечивающие высокий уровень гальванической развязки U_из не менее 50 кВ.

Диодные оптроны выпускаются в как в корпусах, так и и в бескорпусном варианте.

Быстродействующие оптроны ряда АОД120 используются в высокоскоростных цифровых системах передачи информации, обеспечивая скорости передачи до 15-20 Мбит/с.

Среди применяемых диодных оптронов следует выделить также специальные оптроны - диодные оптоизоляторы, в которых между ОИ и ФП расположен закрытый ОК в виде ОВС длиной 4-10 см. Использование световода позволяет увеличить электрическую прочность U_из до 50 кВ и уменьшить практически на два порядка проходную емкостью C_пр до 0,01 пФ, что значительно снижает вероятность ложного срабатывания оптопары из-за обратной связи по переменному току.

Транзисторные оптроны (АОТ). Основное отличие транзисторных оптронов от рассмотренных выше типов оптронов состоит в том, что они обладают высоким значением коэффициента усиления по току K_I, который на два-три порядка превосходит этот параметр у резисторных и диодных оптопар. Использование этих приборов позволяет получить уровни выходных токов I₂, достаточные для стыковки оптронов с последующими аналоговыми или цифровыми микросхемами.

В транзисторных оптронах используются:

• СИДы на основе GaAs,

• планарные кремниевые фототранзисторы типа n-p-n.

Выпускаются следующие типы транзисторных оптронов:

• транзисторные,

• с составным транзистором,

• диодно-транзисторные.

Характерным для транзисторных оптронов является ограничение по коэффициенту усиления K_I, который не превосходит 1, исключение составляют оптопары с составным транзистором, у которых K_I>1. Из таблиц.4 и 5 следует, что из транзисторных оптронов:

• максимальными коэффициентом передачи по току K_I (десятки раз), выходными токами и напряжениями обладают оптроны с составным транзистором, при этом эти оптроны обладают и минимальным быстродействием  в сотни мкс;

• наибольшее быстродействие τ - единицы мкс и сопротивление изоляции R_из ¹⁰ имеют диодно-транзисторные оптроны.

Тиристорные оптроны (АОУ, ТО). Тиристорные оптроны находят применение:

• в качестве бесконтактных ключей ( тип АОУ103) в маломощных радиоэлектронных схемах с токами до 0,1А (схемы формирователей импульсов, цепи управления и контроля, усилители мощности)

• для коммутации в силовых электронных цепях постоянного и переменного тока до 500 Гц с выходными токами от единиц А до 320 А (схемы типа ТО-6,3; ТО-10; ТО2-10….ТО2-320).

В силовых оптронах в качестве ОК используется воздушный зазор, что обеспечивает высокую гальваническую развязку (R_из до1,5⁹) и степень изоляции (U_из до 5 кВ) при высоком быстродействии , составляющем десятки мкс. Следует отметить, что силовые тиристорные оптронные схемы не имеют сегодня конкурентов среди аналогичных по своему функциональному назначению электронных тиристорных схем.