Диодные оптопары

В диодных оптопарах в качестве фотоприемного элемента используется фотодиод, а излучателем служит инфракрасный диод на основе GaAs или твердого раствора GaAlAs.

Выходная характеристика оптопары является вольтамперной характеристикой фотодиода и описывается уравнением:

,

где I₀ – темновой ток фотодиода; U – напряжение на переходе; _T– тепловой потенциал; I_ф– ток фотодиода, определяемый мощностью потока излучения, величина которого в свою очередь зависит от входного тока оптопары.

Вид этой характеристики показан на рис. 3.7.

Рис. 3.7

Во всем диапазоне выходных напряжений различают два основных режима работы: фотодиодный и фотогенераторный. Для кремниевых фотодиодов реальные значения напряжения фотоЭДС составляют 0,5…0,55 В. Поэтому на практике иногда прибегают к последовательному соединению выходных цепей нескольких оптопар, развивая, таким образом, суммарную фотоЭДС достаточной величины.

Важным параметром диодных оптопар является коэффициент передачи тока с входа на ее выход, выраженный в процентах. Таким образом:

,

где – темновой ток. Величина определяется наклоном передаточной характеристики (рис. 3.8).

Рис. 3.8

Для диодных оптопар эта характеристика отличается высокой линейностью. Относительное изменение коэффициента не превышает 0,05 в широком диапазоне изменения входных токов. При малых и больших токах резко уменьшается, что связано с уменьшением квантовой эффективности излучающего диода.

Внешний квантовый выход излучающего диода мал (не превышает нескольких процентов), и, кроме того, часть потока излучения теряется в оптической среде оптопары. Поэтому, несмотря на то, что коэффициент преобразования световой энергии в электрическую в фотодиодах близок к 1, для диодных оптопар не превышает нескольких процентов ( <5%). слабо зависит от величины обратного напряжения на фотодиоде, но очень чувствителен к изменениям температуры. В диапазоне ⁰С эта зависимость практически линейная, причем уменьшается с ростом температуры примерно на 0,5%/град.

Если в качестве фотоприемника в диодной оптопаре используется p-i-n фотодиод, то инерционность фотодиода определяется только временем перезаряда его барьерной емкости через сопротивление нагрузки. При работе на низкоомную нагрузку ( Ом) общая инерционность оптопары определяется быстродействием применяемого излучателя.

Средний технический уровень диодных оптопар универсального назначения характеризуется =1…1,5%, =50…500 нс. В некоторых оптопарах для уменьшения проходной емкости между излучателем и фотодиодом вводят экранирующую металлическую сетку, подключенную к корпусу.

Диодные дифференциальные оптопары состоят из излучателя и двух фотоприемников, один из которых является выходным элементом канала передачи информации, а другой служит для коррекции изменения мощности излучения.