Оптоелектричні мікросхеми

Прилади цього типу містять одну або декілька оптопар, а також узгоджуючі елементи або електронні інтегральні схеми, обєднані за допомогою гібридної технології в один корпус. Оптоелектронні мікросхеми мають більш широкі можливості, ніж елементарні оптрони. Їх можна розділити на три основні групи.

До першої відносяться перемикаючі мікросхеми; ця група найбільш багаточисельна. Прикладом приладу цього типу може служити мікросхема серії 249 ЛП1 (рис.3.), у якій обєднані діодний оптрон і стандартна інтегральна схема, яка має два статичних стани: логічного 0 (на виході схеми при цьому = 0,3 В) або логічної 1 (на виході схеми = 3 В). Якщо через світлодіод оптрона протікає номінальний прямий струм, то світлодіод випромінює і викликає появу фотоструму І_ф у фотодіоді оптрона. Струм І_ф одночасно є відпираючим базовим струмом n-p-n транзистора Т₁, і транзистор Т₁ відкривається. Емітерний струм транзистора Т₁ поступає у базу транзистора Т₃ і переводить його у режим насичення. У результаті вихідна напруга стає рівною спаду напруги на насиченому транзисторі ( = 0,3 В). Коли світлодіод не випромінює (вхідний струм малий), через фотодіод оптрона протікає тільки темновий струм і транзистор Т₁ запертий. Через резистор R₂ у цьому випадку протікає базовий струм І_б2 транзистора Т₂. Значення І_б2 таке, що транзистор Т₂ насичується. Напруга на виході схеми при цьому приблизно рівна Е – – U_А= 2,5  3,5В. Таким чином, вихідне коло цифрової оптичної інтегральної схеми повністю співпадає з схемою стандартного інтегрального підсилювача. Цим досягається повна узгодженість виходу ОІС з входами типових цифрових мікросхем.

Перехід з одного логічного стану і інший ОІС здійснює за час перехідного процесу перемикання. Транзистори при цьому працюють в активному режимі, і у них виділяється велика потужність. Низькоомний резистор R₄ зменшує значення вихідного струму під час перехідного процесу, коли обидва транзистори (Т₂ і Т₃) відкриті. Для обмеження потужності, яка виділяється під час перехідного процесу, необхідно також не допустити занадто повільного наростання вхідного струму. Наприклад, для ОІС К262ЕП1 максимальна тривалість наростання або спадання струму випромінювача не повинна перевищувати 1 мкс.

Головне використання цифрових ОІС – узгодження інтегральних схем різного типу, а також ІС і дискретних елементів.

У другу групу обєднанні лінійні, оптоелектронні мікросхеми, які здатні виконувати аналогове перетворення сигналів. Для передачі аналогової інформації з допомогою оптрона необхідно перш за все забезпечити лінійність передаточної характеристики. Тільки з допомогою таких аналогових оптронів стає можливою передача сигналу із збереженням його форми по гальванічно розвязаних колах.

Найкращим чином задовольняються вимоги, які ставляться до аналогових оптронів, діодні оптрони. Широкий діапазон робочих частот, малий рівень власних шумів, слабка температурна залежність параметрів – ось переваги діодних оптопар з точки зору їх використання в аналогових пристроях.

Характерним прикладом оптронної лінійної схеми може служити лінійний диференціальний підсилювач (рис. ). Оптичний канал передачі сигналів, побудований на транзисторних оптопарах, повинен бути точно симетричним. Оптопари підібрані з ідентичними характеристиками і параметрами. У режимі спокою через СІД оптопар протікають однакові струми (І_СД1 = І_СД2). Фотоструми оптопар І_ф1 і І_ф2 при цьому напрямлені назустріч один одному і не чинять впливу на вихідний підсилювач У₃. Можливі часові та температурні зміни електричного статичного режиму і параметрів взаємно компенсується. З другої сторони, вхідний сигнал U_вх, який чинить дію на каскад У₁, передається через оптопару і підсилюється підсилювачем У₃. Нелінійність передаточних характеристик оптопари у такому пристрої не компенсується. У результаті при великому U_вх коефіцієнт передачі К_І1 оптопари О₁ змінюється, а К_І2 оптопари О₂ сталий, так як струм І_СД2 фіксований. Нелінійність підсилення такого підсилювача складає 2-3%, стабільність К_І на протязі 100 000 год при 25^ С приблизно 5–20 %.

Значно підвищується які передачі аналового сигналу при використанні диференціальних оптронів.

Досить цікавим є використання лінійних оптронів у вимірній техніці. Наприклад, при вимірюванні напруг вище 5 кВ традиційними методами потрібно: 1) використання високовольтного розділового трансформатора; 2) використання незаземленого синхронізованого осцилографа або 3) вимірювання різниці напруг по відношенню до “землі” з допомогою подільника напруги. Усі ці методи, однак, трудомісткі, потребують громіздкого обладнання, мають низьку точність. Хороші перспективи для зниження масогабаритних показників вимірного обладнання і покращення точності вимірювання високих напруг має використання аналогових оптронів. Головними перевагами при цьому є простота ізоляції і висока швидкодія. На рис. 6. приведена схема такого оптоелектронного вимірювача. Як видно з цього рисунку світловипромінюючий діод у діодній оптопарі включений послідовно з резистором, який шунтує силовий прилад, що збільшує використання потужності і не дозволяє вимірювати зворотні напруги.

До третьої групи відносяться оптоелектронні мікросхеми релейного типу, які використовуються для комутації силових кіл у широкому діапазоні напруг і струмів. По вхідним параметрам ці прилади узгоджені з стандартними інтегральними мікросхемами; як приклад можна назвати оптоелектронне реле постійного струму серії К295 КТ1.

Крім перерахованих мікросхем існують і більш складні. До них відносяться, наприклад, фоточутливі прилади з зарядовим звязком, багатостійкі елементи – сканістори і т.д.

оптоелектронні мікросхеми мають той самий недолік що і елементарні оптрони, а саме те, що їх приходиться виготовляти по гібридній технології, обєднуючи елементи з різних матеріалів.