Список основної літератури

1. Введение в технику измерений оптико-физических параметров световодных систем/ Под ред.А.Ф.Котюка. – М.: Радио и связь, 1987. – С. 10-11; 136-141.

2. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – С. 288-303.

3. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. Вопросы технологии. – М.: Радио и связь, 1985. – С. 77-85.

4. Каток В.Б. Волоконно-оптичні системи зв’язку.- К.: 1998. – С. 78-79; 81-87.

Список додаткової літератури

1. Справочник по волоконно-оптическим линиям связи/ Под ред С.В.Свешникова и Л.М.Андрушко. – К.: Техника, 1988. - С. 111; 115-116; 121; 124-125.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Тема: вимірювання параметрів і характеристик оптрона

Вимірювання та дослідження параметрів і характеристик

ретрансляційного пристрою (діодного оптрона)

Мета роботи: освоїти методику вимірювання основних параметрів і характеристик оптрона.

Завдання

1. Ознайомитися з методами вимірювання параметрів і характеристик оптрона і технічною документацією на обладнання.

2. Виміряти вхідну і вихідну характеристики оптрона.

3. Виміряти передаточні характеристики оптрона.

4. Визначити коефіцієнти передачі по струму і потужності оптронів і дослідити їх залежність від узгодження спектральних характеристик світлодіода і фотодіода.

5. Оцінити похибки вимірювань.

Обладнання і матеріали

Макет оптрона (три світлодіода – АЛ307АМ, АЛ307ГМ, АЛ107А і кремнієвий фотодіод); блок живлення оптрона (Б5-49); вольтметри універсальні (В7-21А).

Теоретична частина

Оптроном називають оптоелектронний прилад, в якому є джерело і приймач випромінювання з тим чи іншим видом зв’язку (оптичного чи електричного) між ними, що конструктивно об’єднані в одному корпусі. Елементарний оптрон, в якому є один приймач і одне джерело, називають оптопарою. Якщо оптопари об’єднані в мікросхему з одним або кількома пристроями узгодження і підсилення, то вони утворюють оптоелектронну (або оптронну) інтегральну мікросхему.

В оптронах відбувається подвійне перетворення енергії. Якщо вхід і вихід оптрона виконані по променю (рис. 1), то його режим відповідає режиму підсилювача світла, для якого можливе або підсилення без перетворення спектрального складу випромінювання (гомохроматичне підсилення), або підсилення з перетворенням спектрального складу (гетерохроматичне підсилення). Такий режим роботи оптрона використовується у твердотільних підсилювачах зображення, приладах нічного бачення, ретрансляторах волоконно-оптичних ліній зв’язку та інше. В цьому режимі оптичний зв’язок в оптроні зовнішній, а сам оптрон являє собою електронно-оптичний чотириполюсник, в якому відбувається фотоелектричне перетворення виду “світловий сигнал – електричний струм – світловий сигнал”. У схемі на рис. 2 оптичний зв’язок в оптроні внутрішній, а сам оптрон являє собою електричний чотириполюсник, керований електричним сигналом. Такий режим роботи відповідає режиму підсилювача струму, а перетворення сигналу відбувається за схемою “електричний струм – світловий сигнал - електричний струм ”. Це дає можливість застосовувати оптрон для підсилення, генерування, перемикання електричних сигналів у колах технічної електроніки, автоматики, телемеханіки, зв’язку та інше.

Рис. 1. Схема оптрона-підсилювача світла: 1 – фотоприймач; 2 – електричний канал; 3 – світлодіод; 4 – пристрій узгодження і підсилення.

Рис. 2. Схема оптрона-підсилювача струму: 1 – світлодіод; 2 – оптичний канал; 3 – фотоприймач; 4 – пристрій узгодження і підсилення.

Схемотехнічні можливості оптрона визначаються в основному характеристиками фотоприймача, цей елемент і дає назву оптрона. До різновидів оптронів належать такі: резисторні, транзисторні, діодні, тиристорні. За призначенням оптрони поділяють на чотири групи: інформаційні оптрони – призначені для швидкісної передачі дискретних сигналів (основними представниками цієї найбільш поширеної групи є діодні та транзисторні оптрони і перемикаючі оптронні інтегральні схеми); управляючі оптрони - призначені для оптичної комутації силових високовольтних мереж (тиристорні, резисторні оптрони та оптореле); лінійні оптрони - призначені для передачі аналогових сигналів (резисторні, діодні оптрони та лінійні оптронні інтегральні схеми); енергетичні оптрони – виступають вторинними джерелами живлення (діодні оптрони у вентильному режимі).

Схематична будова діодного оптрона наведена на рис. 3. Найбільш розповсюдженими джерелами випромінювання є світлодіоди інжекційного типу на основі GaP, GaAs, Ga_XAl_X-1As. Як приймачі, найчастіше використовують кремнієві або германієві фотодіоди. Для зменшення втрат на відбивання поверхні приймача і випромінювача наносять просвітлююче покриття, а для надійної ізоляції застосовують шари пластмаси або плівки з прозорого фторопласту. Схематичне позначення діодного оптрона наведено на рис. 4.

Найважливіші параметри і характеристики діодного оптрона: вхідна характеристика (вольтамперна характеристика світлодіода – I_CД=f(U_CД)); вихідна характеристика (вольтамперна характеристика фотодіода – I_ФД=f(U_ФД)); перехідна характеристика (залежність струму фотодіода від струму світлодіода – I_ФД=f(I_CД)); коефіцієнт передачі по струму (К_ПІ=І_ФД/ І_СД); спектральна характеристика випромінювання світлодіода – Ф=f(); спектральна характеристика чутливості фотодіода – S=f().

Рис. 3. Схематична будова діодного оптрона: 1 – держаки кристалів; 2 – світлодіод; 3 – фотодіод; 4 – оптичне середовище; 5 – виводи.

Рис. 4. Схематичне позначення діодного оптрона.

Мірою узгодження спектральних характеристик елементів оптопари служить коефіцієнт спектрального узгодження або кореляції _

,

де Ф_СД() – відносна спектральна характеристика випромінювання світлодіода; S_ФД() – відносна спектральна характеристика чутливості фотодіода; b_ОК() – спектральний коефіцієнт пропускання оптичного каналу.

На рис. 5 наведено типові характеристики діодного оптрона.

Рис.5. Основні характеристики і параметри оптрона: а – вольтамперна характеристика світлодіода; б – вольтамперна характеристика фотодіода; в – передаточна характеристика оптрона; г – коефіцієнт передачі оптрона по струму.