Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ткаченко_Ф_А_Техническая_электроника_00.DOC
Скачиваний:
6
Добавлен:
26.09.2019
Размер:
17.57 Mб
Скачать

7.14. Оптопары

Оптопарой называют оптоэлектронный полупроводниковый прибор, содержащий источник и приемник оптического излучения, которые оптически и конструктивно связаны между собой, и предназначенный для выполнения различных функциональных преобразований электрических и оптических сигналов.

И сточниками излучения могут быть лампы накаливания, газоразрядные лампы, полупроводниковые излучатели, светодиоды. В интегральных оптоэлектронных схемах источником оптического излучения является инжекционный светодиод, обеспечивающий высокое быстродействие оптопар. Фотоприемниками могут быть: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Сочетание в одном конструктивном элементе светодиода с одним из этих фотоприемников позволило создать ряд оптопар с различными характеристиками: резисторных, диодных, транзисторных, тиристорных (рис. 7.19). Связывающим звеном между источником излучения и фотоприемником служит пассивная или активная оптическая среда, выполняющая функции световода.

Принцип действия оптопары основан на двойном преобразовании энергии. В источниках излучения энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемниках оптический сигнал преобразуется в электрический сигнал (ток или напряжение). Оптопара представляет собой прибор с электрическими входными и выходными сигналами.

Световод обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепей (сопротивление изоляции может достигать 1012…1014 Ом, а емкость связи 10-2 пФ) и однонаправленность сигналов, что характерно для оптических линий связи.

Резисторные оптопары наиболее универсальны. Они могут использоваться в аналоговых и ключевых устройствах, имеют широкий диапазон изменения сопротивления (десятки–сотни МОм в неосвещенном и сотни Ом в освещенном состояниях), низкий частотный диапазон.

Диодные оптопары используются в качестве ключа и могут коммутировать ток с частотой 106…107 Гц. Темновое сопротивление достигает 108…1010 Ом, а при освещении снижается до сотен Ом. Сопротивление между входной и выходной цепями 1013…1015 Ом.

Транзисторные оптопары имеют большую чувствительность, чем диодные. Быстродействие не превышает 105 Гц.

Тиристорные оптопары применяются в ключевых режимах, для формирования и коммутации мощных импульсов.

7.15. Входные и выходные параметры оптопар

Наиболее распространенные на практике оптопары можно описать следующими параметрами: параметры излучателя (входные параметры), выходные параметры (фотоприемника), передаточные параметры (параметры передачи сигнала со входа на выход), параметры изоляции.

Основными параметрами для входной цепи оптопар являются:

1. Номинальный входной ток Iвх ном – значение тока, рекомендуемое для оптимальной эксплуатации оптопары, а также для снятия ее основных параметров.

2. Входное напряжение Uвх – падение напряжения на излучательном диоде при протекании номинального входного тока Iвх ном.

3. Входная емкость Cвх – емкость между входными выводами оптопары в номинальном режиме.

4. Максимальный входной ток Iвх макс – максимальное значение постоянного прямого тока, при котором сохраняется работоспособность оптопары.

5. Обратное входное напряжение Uвх обр – максимальное значение обратного напряжения любой формы (постоянное, импульсное, синусоидальное и др.), которое длительно выдерживает излучательный диод без нарушения нормальной работы.

Выходными параметрами оптопар являются:

1. Максимально допустимое обратное выходное напряжение Uвых обр макс – максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое выдерживает фотоприемник без нарушения нормальной работы.

2. Максимально допустимый выходной ток Iвых – максимальное значение тока, протекающего через фотоприемник во включенном состоянии оптопары.

3. Ток утечки (темновой ток) на выходе Iут – ток на выходе оптопары при Iвх=0 и заданном значении и полярности Uвых.

4. Выходное остаточное напряжение (напряжение насыщения) Uост – значение напряжения на включенном фоторезисторе или фототиристоре в режиме насыщения.

5. Выходная емкость Свых – емкость на зажимах фотоприемника.

Эффективность передачи электрических сигналов со входа на выход оптопары определяется следующими передаточными параметрами:

– коэффициентом передачи по току Ki – это отношение тока на выходе оптопары Iвых к вызвавшему его входному току Iвх

. (7.11)

Он определяется в статическом и динамическом режимах

. (7.12)

Зависимость Iвых=f(Iвых) называется передаточной характеристикой и имеет нелинейный характер. Нелинейность передаточной характеристики определяется нелинейностью ВАХ излучательного диода и характеристикой фотоприемника. Так как тиристорная оптопара работает в ключевом режиме, то передаточная характеристика описывается входным током оптопары, при котором включается фототиристор. Различают минимальное значение входного тока, при котором происходит надежное отпирание фототиристора и максимально допустимый входной ток помехи Iпом макс, при котором фототиристор не включается.

Быстродействие оптопар характеризуется временем переключения . Время включения состоит из времени задержки при включении и времени нарастания: . Время задержки при включении tзд – время от момента подачи импульса входного тока до момента нарастания выходного тока до уровня 0,1Iвых макс. Время нарастания выходного тока tнар характеризуется временем нарастания выходного тока от уровня 0,1Iвых макc до уровня 0,9Iвых макс. Время выключения оптопары определяется временем спада tсп и временем задержки tзд: . Время задержки – это время с момента прекращения воздействия входного сигнала до момента уменьшения выходного тока до уровня 0,9Iвых макс. Время спада – время уменьшения выходного тока от 0,9Iвых макс до уровня 0,1Iвых макс.

Параметрами изоляции оптопар являются: максимально допустимое пиковое напряжение Uиз пик и статическое напряжение изоляции Uиз между входом и выходом; сопротивление изоляции Rиз; проходная емкость Спр и максимально допустимая скорость нарастания выходного напряжения.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.