2.1.6 Оптоэлектронные микросхемы

Приборы этого типа содержат одну или несколько оптопар, а также согласующие элементы или электронные интегральные схемы, объединенные при помощи гибридной технологии в один корпус. Оптоэлектронные микросхемы обладают более широкими возможностями, чем элементарные оптроны. Их можно разделить на три основные группы:

а) Переключательные микросхемы; эта группа наиболее многочисленна. Примером прибора этого типа может служить микросхема серии 249ЛП1 (рисунок 2.12, а), в которой объединены диодный оптрон и стандартная интегральная микросхема, имеющая два статических состояния, при одном из которых напряжение на ее выходе равно примерно 0,3 В, а при другом — около 3 В.

б) Линейные оптоэлектронные микросхемы, которые способны выполнять аналоговые преобразования сигналов. В качестве примера можно привести микросхему серии К249КН1, линейную по выходной цепи, которая состоит из двух диодных оптопар, работающих в режиме фотоэлементов и выполняющих функции широкополосного (вплоть до передачи постоянного сигнала) трансформатора (рисунок 2.12, б).

в) Оптоэлектронные микросхемы релейного типа, использующиеся для коммутации силовых цепей в широком диапазоне напряжений и токов. По входным параметрам эти приборы согласованы со стандартными интегральными микросхемами; в качестве примера можно назвать оптоэлектронное реле постоянного тока серии К295КТ1.

Рисунок 2.12 - Оптоэлектронные микросхемы

Так же как и элементарные оптопары, оптоэлектронные микросхемы обладают тем недостатком, что их приходится изготовлять по гибридной технологии, объединяя элементы из разных материалов. По мере совершенствования способов получения таких элементов открываются перспективы создания оптоэлектронных микросхем на одном кристалле, а также пленочных. Это должно привести не только к дальнейшей миниатюризации таких приборов, но и к расширению их функциональных возможностей.

2.1.7 Параметры оптопар

Элементарная оптопара является четырехполюсным прибором, свойства которого определяются прежде всего тремя основными характеристиками: входной, передаточной и выходной. Входной является вольтамперная характеристика излучателя, а выходной - соответствующая характеристика фотоприемника (прдгзаданном токе на входе оптопары).

Передаточной характеристикой называют зависимость тока I₂ на выходе оптопары от тока I₁ на его входе. В общем случае эта зависимость является нелинейной, что приводит к некоторому искажению формы передаваемого сигнала.

Суммарное быстродействие оптопары часто характеризуют временем переключения t_П=t₁+t₂, t₁ и t₂ - время нарастания и спада сигнала на выходе оптрона соответственно. Время переключения неодинаково у разных типов оптопар, зависит от режимов их работы и может составлять от 10^-9 до 10^-2 с. Помимо времени переключения быстродействие некоторых классов оптопар может быть задано граничной частотой f_гр. В зависимости от типа оптопары f_гр=0,005-10 МГц.

Отношение I₂/ I₁ определяет коэффициент передачи по току. В общем случае, когда существен темповой ток I_T на выходе фотоприемника, отношение имеет вид k_I=(I₁-I_T)/ I₁

Для большинства типов оптопар k_I является паспортным параметром, причем он может составлять от 0,5 % (диодные оптопары) до 1000 % (транзисторные оптопары с составным фототранзистором).

Важными для характеристики оптопары являются параметры ее изоляции. Среди этих параметров - максимально допустимое напряжение между входом и выходом а также пиковое, максимально допустимое при работе с переменными сигналами). Кроме того, оптопары характеризуются сопротивлением изоляции R_ИЗ и проходной емкостью С_ПР (емкостью между входом и выходом оптопары). У большинства типов оптопар R_ИЗ может достигать 1-10 Ом, что исключает обратную связь фотоприемника и излучателя по постоянному току. В то же время связь по переменному току может оказаться существенной.

В связи с этим для многих типов оптопар актуальность приобретает задача уменьшения емкостнЬго тока (обычно, около 1 пф), решение которой может быть связано, например, с увеличением длины оптического канала между излучателем и фотоприемником. Конструктивно-технологическое оформление оптопар (см. рисунок 2.3, а) определяется требованиями по оптимизации тех или иных параметров этих приборов. Так, введение помимо полимерного клея стеклянной прокладки в пространство между излучателем и фотоприемником позволяет увеличить R_ИЗ и уменьшить С_ПР до 0,01 пФ. Еще большего эффекта можно достичь, используя в качестве оптического канала волоконный световод (см. рисунок 2.3, б). Приборы, изображенные на рисунке 2.3, б, г характеризуются повышенным значением коэффициента передачи по току: потери света в устройствах этого типа сведены к минимуму - в первом случае вследствие того, что поток излучения падает на границу раздела элементов оптопары перпендикулярно, во втором - из-за введения в конструкцию дополнительной отражающей поверхности 6.