 |
|
КЛАССИФИКАЦИЯ И ПАРАМЕТРЫ ОПТРОНОВ
Одним из основных элементов оптоэлектронных цепей является оптрон, представляющий собой оптически связанную пару из электрически управляемого источника оптического излучения и фотоприемника, электрические характеристики которого могут изменяться в довольно широких пределах в зависимости от интенсивности излучения.
В основу классификации оптронов могут быть положены различные критерии.
Оптроны можно классифицировать по основному функциональному назначению. При этом различают три типа оптронов:
· оптроны с внешней оптической и внутренней электрической связями ,предназначенные для усиления и преобразования излучения;
· оптроны с внутренней оптической связью, используемые в качестве переменных сопротивлений;
· оптроны с электрической связью, используемые в качестве ключевых элементов.
Другим критерием для классификации оптронов может служить тип используемого фотоприемника, выбором которого в основном определяются параметры оптронов. По этому критерию оптроны подразделяются на четыре вида, изображенные на рис. 6: использующие фотодиоды (рис. 6а); одиночные фототранзисторы (рис. 6б); составные фототранзисторы (рис. 6в); фототиристоры (рис. 6г) и фоторезисторы (рис.6д).
К основным параметрам оптрона относятся: коэффициент передачи тока, сопротивление развязкой быстродействие.
Рис .6 Условные обозначения оптопар.
Коэффициент передачи токаKIопределяется как отношение тока на выходе оптрона к току на входе:
,
где квантовая эффективность излучателя, определяемая отношением числа излученных квантов Nuк числу электронов, прошедших через р-n-переход излучателя;
Кп — коэффициент, характеризующий передачу света от излучателя к фотоприемнику; 
— эффективность фотоприемника, определяемая как отношение числа носителей заряда, прошедших в выходной цепи, к числу поглощенных квантов; G— коэффициент усиления; N — число излученных квантов.
Увеличение коэффициента передачи является одной из основных задач при конструировании оптронов, поэтому целесообразно проследить возможность повышения каждой его составляющей.
Увеличение квантовой эффективности излучателя может быть достигнуто повышением доли излучательных переходов в процесс рекомбинации, что связано:
· с совершенствованием структуры и повышением чистоты полупроводникового материала;
· с использованием для излучателей непрямозонных полупроводников, в которых процесс излучательной рекомбинации связан с наличием мелких рекомбинационных центров, силу чего излучаются кванты, энергия которых меньше энергии, соответствующей ширине запрещенной зоны полупроводника, и, следовательно,вероятность поглощения которых в полупроводнике существенно снижается;
· с использованием кристаллов специальной формы (например, полусферической) и покрытий с коэффициентами преломления, близкими к коэффициенту преломления полупроводника, для снижения потерь, связанных с полным внутренним отражением на границе раздела «полупроводник — окружающая среда».
Эффективность фотоприемника определяется его электрофизическими и структурно-топологическими параметрами. Выбор оптимального сочетания этих параметров при конструировании фотоприемника с учетом требований к его спектральной характеристике позволяетповысить эффективность . Высокая спектральная согласованность фотоприемника и излучателя — одно из основных средств повышения .
Повышение К состоит в уменьшении зазора между излучателем и фотоприемником и в оптимальном выборе оптической среды между ними. Кроме того, повышение К может быть достигнуто снижением коэффициента отражения на границе оптической среды и фотоприемника за счет нанесения просветляющего слоя.
Показатель преломления слоя псдолжен быть равен 
(n-показатель преломления покрываемого материала), а разность фазпадающей и отраженной волн 
(здесь 
— длина волны; d— толщина просветляющего слоя, m= 1, 2, 3,...) должна быть кратной я. При выполнении этих условий отражение излучения с длиной волны 
равно нулю. Внутреннее усиление характерно для таких фотоприемников, как фототранзистор, фототиристор .
Увеличение Gдостигается, если на одном кристалле с фотоприемником изготавливается усилитель. В простейшем случае это один дополнительный транзистор к фототранзистору (схема Дарлингтона).
Таблица.1
Необходимо учитывать, что обычно увеличение ведет к снижению быстродействия и ухудшению температурной стабильности.
Более полное представление о коэффициенте передачи тока дает передаточная характеристика для одного из типов оптронов.
| Тип оптрона | Коэффициент передачи, % | Сопротивле-ние связи, Ом | Быстродействие, с | Rt/Roc |
| Диодные | 0,5...1 | 1011...1013 | ||
| Транзистор- | 10... 100; 1000... 10000 (схема Дарлингтона) | 1011...1013 | (2...5)10-6 | |
| ные | ||||
| Тиристорные | 1011..1О13 | (20...100) 10-6 | — | |
| Резисторные | 10-110-2 | 104..107 |
Основные характеристики оптронов представлены в табл. 1, где быстродействие оптронов характеризуется суммарным временем включения и выключения. Резисторные оптроны принято характеризовать не коэффициентом передачи, а отношением темнового сопротивления резистора RTи сопротивления при освещении Roc.