Оптронның электрлік моделі

Диодтық оптопардың динамикалық моделін қарастырайық: біріншіден, диодтық оптопар екі оптоэлектронды құрылғыны – сәулелендіргіш диод пен фотоқабылдағышты иеленеді, осыған сәйкес оптопар моделі компонент моделінен тұрады; екіншіден, оптоэлектронды құрылғылар класындағы диодтық оптопар оның кең қолданысын анықтаған изоляция мен жылдам қозғалыс параметрлерін иеленеді.

7.7 –суретте көрсетілген сәулелендіруші диодтың динамикалық моделі ток көзінен, диодтың динамикалық кедергісінен, кесу кедергісінен және диод сыйымдылығынан тұрады.

Сәулелендіруші диод үшін токтың басқарушы кернеуге тәуелділігі 7.7б –суретте көрсетілген диодтың ВАС –ның бөлік –сызықты аппроксимациясына сәйкес теңдікпен сипатталады. Диодтың ВАС-ның аймағы 0< U <U₀ кернеуі үшін диодтың С_бар1 барьерлік сыйымдылығы әсерінен сәулелендіруші диодта ескеру керек. Мұндайда U кернеуі С_бар1 әсерін төмендету үшін ығысу кернеуі тұрақтысын енгізеді(7.7б -сурет).

7.7 –сурет.

Диодты оптопардың динамикалық моделі(a) және сәулелендіруші диодтың ВАС аппроксимациясы(б)

Сәулелендіруші диодтың динамикалық моделі ретінде әдетте Эберс –Молл моделін немесе заряд басқарушы моделін қолданамыз.

Эберс –Молл моделі үшін 7.7а –суреттегі ауыстыру схемасына сәйкес мынаны иеленеміз.

мұндағы φ_т = 0,026 В (T = 25⁰ C кезінде); ψ= 0,7...0,75 В.

І₀, т, φ_т модел параметрлерін мына теңдік бойынша сәулелендіруші диодтың статикалық ВАС –тың аппроксимация шартынан анықтауға болады:

мұндағы j – экспериментальды нүкте номері; j = 1, 2, 3,…, N; N – экспериментальды нүкте саны; I_j, U_j – диодтың ВАС-дағы j-ші экспериментальды нүктесіне сай келетін ток пен кернеудің мағынасы.

Теңдік аса төмен квадрат әдісіне алып келеді.

Фотодиодтық жұмыс режимі үшін фотоқабылдағыш моделі фототок көзінен, кернеу басқаратын р –п өткелдің ток көзінен, және фотодиодтың барьерлік сыйымдылығынан тұрады. Оптопардың жылдам қозғалысы барьерлік сыйымдылықпен шектеледі. Тіпті аз инерцияланған сәулелендіруші диодтарда С_Б1 = 50...2000 пФ; фотодиод сыйымдылығының мағынасы төмен(1...10 пФ), алайда ол аз токпен зарядталады және оның оптопардың қосып –өшірілу жылдамдығына әсері маңызды болып табылады.

Оптопардың электрлік изоляция әсері өтпелі сыйымдылықпен және изоляция кедергісімен сипатталады. Оптопардың жұмыс істеу динамикасында маңызды рөлді өтпелі сыйымдылы атқарады. Оптопардың изоляция тізбегіндегі сыйымдылықты тогы оптопардың кірісіндегі сияқты шығысында да кернеу өзгерісі жылдамдығына тәуелді, яғни өтпелі сыйымдылық арқылы электрлік кері байланыс болуы мүмкін және жалған қосып –өшірілу немесе құрылғының өзіндік қозуы болуы мүмкін.

Оптрондардың әртүрлілігі 7.8 –суретте көрсетілген волстрон болып табылады. Бұл арасында талшықты световод орналасқан сәулелендіргіш пен фотоқабылдағыштан тұратын құрал.

7.8 –сурет.

Волстрон құрылғысы

7.5.

Резисторлық оптопарлар

Резисторлық оптопарларда сәулелендіргіш ретінде жарықсәулелендіруші диоды, инфрақызыл сәулелендіруші диод немесе аса шағын балқыту лампасы. Фотоқабылдағыш элемент ретінде фоторезистор –көрінетін жарық сәулесі әсерінен немесе көрінбейтін инфрақызыл сәулесі әсерінен оның кедергісі төмендейтін шалаөткізгіш резистор қолданылады. Фоторезистор кедергісін төмендету еркін заряд тасушылар жұбының, шалаөткізгіштің электрөткізгіштігін арттыратын электрондар мен кемтіктердің, жарық генерациясы есебінен пайда болады.

Әдетте оптопардың фоторезисторлары кадмий селенидінен(CdSe) немесе сұр кадмийден (CdS) дайындалады. Сәулелендіргіш пен фотоқабылдағыштың спектральды сипаттамаларының үйлесуі маңызды талап болып табылады.

Фоторезистордың қараңғы кездегі тогы сәулелендіргіш жарығының әсері жоқ кезде әдетте микроампер бірлігін құрайды. Сәулеленген кезде фоторезистор өткізгіштігі барынша өседі(жүз есе, мың есеге). Өткізгіштік сәулелендіргіштің жарық күшіне пропорционал, сондықтан сәулелендіргіш тогын өзгерту арқылы фоторезистордың өткізгіштігін басқара аламыз. Фоторезисторлардың құрамы айнымалы ток тізбегіне фоторезисторды қосатын берілген кернеудің полярлығына байланысты емес.

7.9 –сурет.

Резисторлық оптопардың сипаттамасы

а – кіріс; б –әр түрлі температура кезіндегі жіберуші; в –шығыс токтың

кіріс токқа тәуелділігі; г –жиіліктік.

Фоторезистор мен сәулелендіргіш изоляцияның жоғары кедергісі бар оптикалық мөлдір ортамен оптопардың ішкі корпусында біріккен,сондықтан сәулелендіргіш тізбегі «оптопар -фотоқабылдағыш» шығыс тізбегінен сенімді изоляцияланған. Оптопардың параметрлері температураға тәуелді.

Фоторезистордың температурасын өсіру оның жарық кдергісін арттыруға және фототокты кемітуге алып келеді. Температураны арттыру кезінде қараңғы кездегі ток артады да, ал қараңғы кездегі кедергі кемиді. Резисторлық оптопардың кемшілігі төмен жылдам қозғалыс болып табылады.

Резисторлық оптопардың маңызды сипаттамасы мыналар болып табылады: кіріс ВАС, шығыс температуралық жіберу – шығыс кедергінің кіріс токқа тәуелділігі және жиіліктік сипаттама. Олар 7.9 –суретте көрсетілген.

Резисторлық оптопардың артықшылығы сызықтылығы, шығыс сипаттаманың симметриялылығы, фото –ЭҚК болмауы, кез келген полярлықта шығыс тізбектің жоғары кернеу кезінде жұмыс жасау мүмкіндігі және қараңғы кездегі жоғары кедергі(R= 10⁶...10¹¹ Ом).

7.6.