Виходячи з величин Uіз., Rіз., Cпр. а також вхідної та вихідної вольт-амперних характеристик для кожного типу оптрона задають оптимальний режим експлуатації та граничнодопустимі умови експлуатації, так звані паспортні дані.

Загальною особливістю розглянутих оптронів є те, що вони є не монолітні, а складені з окремих елементів, які зв’язані між собою спільним корпусом, оптичним клеєм та таке інше. Подальша мініатюризація пов’язана з створенням монолітних приладів, в яких джерело та фотоприймач або зв’язані в одному кристалі, або вирощені на спільній підкладці з застосуванням тонкоплівкової технології. Створення таких мініатюрних оптронів хоча і перспективне, але мають і неабиякі труднощі, пов’язані в основному з параметрами ізоляції входу та виходу.

5.3.Типи оптронів

1.Резисторні оптрони. При освітленні фотоприймачів (фоторезисторів) їх електричний опір зменшується від темнового (без

освітлення) значення RТ до RСВ (при освітленні). Одним із основних параметрів резисторних оптронів є відношення цих опорів, значення яких становить:

Фоторезисторам притаманна велика інерційність. Тому в фоторезисторних оптронах як джерела випромінювання широко застосовують мініатюрні лампи розжарювання. Їх застосування має і переваги і недоліки, в порівнянні з іншими джерелами. До позитивних моментів особливо можна віднести дуже добру відтворюваність результатів. Невисока швидкодія (час перемикання ~10-2 с) ламп розжарювання не відноситься до недоліків, тому що загальний час перемикання із-за великої інерційності фоторезисторів становить ~10-1 с. Крім ламп розжарювання в резисторних оптронах використовують світлодіоди на основі GaP, спектр випромінювання яких узгоджується зі спектром збудження фотопровідності CdS- та GdSe-фото- приймачів.

На рис. 5.3, а збільшення струму I1 на вході оптрона супроводжується збільшенням інтенсивності світла джерела випромінювання, в результаті RСВ зменшується. На рис. 5.3, б показаний вплив

57

межена низькими вихідними струмами. Їх вмикають на велике навантаження, коли суттєвим є час перезарядки, який визначається опором навантаження та вихідною ємністю. Так, при опорі 2...20 кОм іС2 = 50 пФ, постійна часу перезарядки дорівнює 0,1...1 мкс.

Діодні оптопари можуть працювати в вентильному режимі, коли вона виступає як джерело живлення.

Оптрони, яківикористовуютьсявтакихцілях, маютьkІ ~ 3...4 %, але ККД їх малий і становить біля 1 %.

Серед діодних оптопар можна виділити групу, оптичний канал яких є світловодом, довжиною 30...100 мм. Ці прилади мають високу електричнуміцність(Uіз.~ 50 кВ) танизькупрохіднуємність(Спр.~ 0,01 пФ).

3. Транзисторні оптопари. Доцьогокласуприладіввідносяться діодно-транзисторні та транзисторні оптопари а також оптрони зі вставним фототранзистором.

У діодно-транзисторному оптроні приймачем випромінювання є фотодіод, одним із виводів якого з’єднаний з базою транзистора, введеного в склад оптрона. У транзисторному оптроні приймачем випромінювання є фототранзистор. В оптроні зі вставним фототранзистором, фотодіод та малоінерційний транзистор, застосований для підсилення струму фотодіода, виготовлені окремо. Їх параметри суттєво відрізняються один від одного. Так, оптрони зі вставним фототранзистором мають найкращі передаточні характеристики за струмом (у результаті внутрішнього підсилення сигналу, kІ досягає 1000 %), проте діодно-транзисторні мають найбільшу швидкодію (t = 2...4 мкс). При цьому відношення

залишається постійним у широкому інтервалі значень вхідних струмів. Параметр D називають добротністю оптрона, його значення залежить від параметрів ізоляції, зокрема від Uіз.. Так, наприклад, для транзисторних оптронів Uіз. = 1...5 кВ, D = 0,1...1 % мкс-1.

Так само як і в діодних оптронах, у транзисторних оптопарах є можливість керувати колекторним струмом як оптичними, так і електричними методами. Ці прилади дозволяють отримувати високі значення коефіцієнта передачі за струмом (і відповідно великі значення I2). Цим вони вигідно відрізняються від діодних оптопар при задовільній швидкодії.

59

4. Тиристорні оптрони. Тиристорні оптопари використовують як ключ, для комутації високовольтних та високоамперних кіл як радіоелектронного (U2 = 50...600 В, I = 0,1...10 А), так і електротехнічного призначення (U2 = 100...1300 В, I2 = 6,3...320 А). Важливим є те, що тиристорні оптрони керуючи великими потужностями в навантаженні, тим не менше за входом сумісні з інтегральними мікросхемами. У залежності від значень комутуючих напруг та струмів, а також за часом перемикання, тиристорні оптопари поділяються на велику кількість груп. Оскільки тиристорні оптопари працюють у ключовому режимі, то параметр kІ не має змісту. Тому такі оптопари характеризуються номінальним значенням I1, при якому відкривається фоторезистор, а також максимально допустимим значенням I1max, при якому він ще не відкривається. Значення сили номінального вхідного струму для різних типів транзисторних оптронів лежить у межах 20...200 мА, а максимально допустимий струм завадиI1max знаходитьсяврайоні0,5 мА.

5. Параметри оптронів різного типу. У позначеннях наших вітчизняних оптронів перша буква (або цифра) визначає матеріал джерела випромінювання (А або З – GaAlAs або GaAs), друга буква (О) вказує, що прилад відноситься до класу оптопар, а третя буква відображає тип фотоприймача (Д – фотодіод, Т – фототранзистор, У – фототиристор). Резистивні оптрони (історично перший тип оптопар) зберегли своє початкове позначення ОЕП (оптоелектронний прилад). Позначення та головні характеристики оптронів наведено в табл. 5.1.

Деякі з оптронів можуть мати інше позначення. Наприклад, К249КП1 – оптоелектронний ключ, якій складається з світлодіода на основі GaAlAs та кремнієвого фототранзистора, в якій входять дві транзисторні оптопари. Окрім розглянутих типів оптопар є ще і інші типи спеціального призначення. До них можна віднести прилади, в яких як фотоприймачі використовують МДН-фотоварікапи, польові фототранзистори, диференціальні оптрони (одне джерело в яких працює на два однакових фотоприймачі), а також оптопари, в яких джерелом є напівпровідниковий лазер на основі GaAlAs або GaInAsP. Деякі характеристики спеціальних оптронів будуть розглянуті в подальшому.

6. Оптоелектронні мікросхеми. Прилади такого типу вмі-

щують одну або декілька оптопар, а також узгоджуючі елементи або електронні інтегральні мікросхеми, які об’єднані за допомогою гібридної технології в один корпус. Оптоелектронні мікросхеми можна розділити на три групи.

60

Таблиця5.1 – Позначеннятазначенняосновнихпараметріврізнихоптронів

Тип оптрона

До першої групи відносяться перемикаючі мікросхеми (наприклад, мікросхема 259ЛП1). У другу групу об’єднані лінійні оптоелектронні мікросхеми, які проводять аналогові перетворення сигналів (наприклад, мікросхема 249КН1). До третьої групи відносяться оптоелектронні мікросхеми релейного типу, які використовуються для комутації силових мереж у широкому діапазоні напруг та струмів. За вхідними параметрами ці прилади узгоджені зі стандартними інтегральними мікросхемами (наприклад, мікросхема К295КТ1).

61

Окрім трьох груп, приведених вище мікросхем, існують і більш складні. До них відносяться, наприклад, фоточутливі прилади з зарядовим зв’язком, сканістори та інші.

Так само, як і прості оптрони, оптоелектронні мікросхеми мають той недолік, що їх потрібно виготовляти за гібридною технологією, об’єднуючи елементи із різних матеріалів. У міру вдосконалення способів отримання цих елементів відкриваються перспективи створення оптоелектронних мікросхем на одному кристалі або плівкових мікросхем. Це призведе до подальшої мініатюризації приладів та розширенню їх функціональних можливостей.

62