Главная | Обратная связь

РЕЗИСТОРНЫЕ ОПТОПАРЫ

В резисторныхоптопарах в качестве излучателя используется светоизлучающий диод, ИК-излучающий диод или сверхминиатюрная лампочка накаливания.

В качестве фотоприемного элемента используется фоторезистор — полупроводниковый резистор, сопротивление которого уменьшается при воздействии видимых световых лучей или невидимых инфракрасных. Уменьшение сопротивления фоторезистора происходит за счет генерации светом пар свободных носителей заряда — электронов и дырок, увеличивающих электропроводность полупроводника.

Фоторезисторы оптопар обычно изготавливаются на основе селенида кадмия (CdSe) или сернистого кадмия (CdS). Важным требованием является согласованность спектральных характеристик излучателя и приемника.

Темновой ток фоторезистора при отсутствии воздействия света излучателя обычно составляет единицы микроампер. При облучении проводимость фоторезистора значительно возрастает (в сотни, тысячи раз). Проводимость пропорциональна силе света излучателя, поэтому путем изменения тока излучателя можно управлять проводимостью фоторезистора. Свойства фоторезисторов не зависят от полярности приложенного напряжения, что позволяет включать фоторезисторы в цепь переменного тока.

Фоторезистор и излучатель объединены внутри корпуса оптопары оптически прозрачной средой (клеем) с высоким сопротивлением изоляции, поэтому цепь излучателя надежно изолирована от выходной цепи «оптопары — фотоприемника». Параметры оптопар зависят то температуры.

Повышение температуры фоторезистора приводит к увеличению его светового сопротивления и снижению фототока. При повышении температуры темновой ток увеличивается, темновое сопротивление уменьшается. Недостатком резисторныхоптопар является низкое быстродействие.

Важнейшими характеристиками резисторной оптопары являются: входная ВАХ, выходная температурная передаточная — зависимость выходного сопротивления от входного тока и частотная характеристика. Они представлены на рис. 9.

Рис. 9 Характеристики резисторной оптопары: а- входная; б- передаточные при разных температурах; в- зависимость выходного тока от входного тока; г- частотная.

Резисторные оптопары применяются преимущественно для бесконтактной коммутации и управления в цепях постоянного и переменного тока.

Достоинствами резисторных оптопар, определяющими их широкое применение, являются линейность и симметричность выходной характеристики, отсутствие фото-ЭДС, возможность работы при высоком напряжении в выходной цепи любой полярности (сотни вольт), высокое темновое сопротивление (R_T = 10⁶.. 10¹¹ Ом).

ДИОДНЫЕ ОПТОПАРЫ

В диодной оптопаре в качестве фотоприемного элемента используется фотодиод на основе кремния, а излучателем служит инфракрасный излучающий диод. Максимум спектральной характеристики излучающего диода приходится на длину волны мкм. При облучении в фотодиоде возникает генерация пар носителей заряда — электронов и дырок. Интенсивность генерации пропор­циональна силе света, а следовательно, входному току. Свободные электроны и дырки разделяются электрическим полем перехода фотодиода и заряжают р-область положительно, а n-область отрицательно. Таким образом, на выходных выводах оптопары появляется фото-ЭДС. В реальных приборах она не превышает 0,7...0,8 В, а КПД составляет около 1%.

Если к фотодиоду оптопары приложено обратное напряжение более 0,5 В, то электроны и дырки, генерированные излучением, увеличивают обратный ток фотодиода. Такой режим работы приемного элемента оптопары называется фотодиодным. Обратный фототок практически линейно возрастает с увеличением силы света излучающего диода.

Для повышения быстродействия создаются фотодиоды с p—i— n-структурой. В них между легированными областями р-и n-типа используется полуизолирующий слой кремния с собственной проводимостью i.Возникающее в i-области сильное электрическое поле приводит к сокращению времени пролета носителей заряда через эту область и к быстрому нарастанию и спаду фототока. Время нарастания и спада фототока в таких фотодиодах может составлять единицы и даже доли наносекунд. Однако быстродействие оптопары в целом зависит еще и от быстродействия излучателя, а также от сопротивления выходной нагрузки. Реальное время задержки сигнала в диодном оптроне составляет около 1 мкс.

Для описания свойств диодных оптопар обычно используют входные и выходные ВАХ, передаточные характеристики в фотогенераторном и фотодиодном режимах.

Выходная характеристика оптопары аналогична обратной ветви ВАХ диода. Обратный ток практически не зависит от напряжения. При высоком напряжении возникает электрический пробой фотодиода.

Передаточная характеристика в фотодиодном режиме представляет собой зависимость выходного тока от входного и практически линейна в широком диапазоне входных токов. Коэффициент передачи тока составляет единицы процентов.

Передаточная характеристика в фотогенераторном режиме нелинейна. Фото-ЭДС при увеличении входного тока стремится к насыщению: она не может превышать контактной разности потенциалов на переходе фотодиода и составляет обычно 0,5...0,8В.Зависимость коэффициента передачи диодной оптопары от входного тока, выходного напряжения и температуры представлены на рис. 10.

Рис.10 Зависимость коэффициента передачи оптопар от входного тока (а) выходного напряжения (б) и температуры (в)

При использовании диодных оптопар в электронных устройствах реализуется ряд свойств, присущих этому классу оптопар: высокое быстродействие, низкий темновой ток в выходной цепи, высокое сопротивление гальванической развязки.