Оптроны

8.4.1 Элементарный оптрон – пара с фотонной связью

Оптрон - это активный элемент, сочетающий источник света и согласованный с ним фотоприемник, в котором внешний электрический сигнал преобразуется в оптический, усиливается, затем снова преобразуется в электрический, либо наоборот, но обязательно коэффициент усиления должен быть больше единицы.

Основное достоинство – возможность разделения входной и выходной цепей, т.е. имеет место гальваническая или оптическая развязка.

 

Оптроны подразделяются на два вида:

а) оптрон с внешней фотонной связью и внутренней электрической.

На рисунке 8.14 ФП – фотоприемник, У – усилитель электрических сигналов, ИС – источник света.

 

Выходная яркость В _ВЫХ изменяется пропорционально входной В_ВХ. Оптический сигнал преобразуется в электрический, затем усиливается электронным усилителем и снова преобразуется в оптический.

Если В_ВЫХ > В_ВХ при одинаковом спектральном составе, то имеет место гомохроматическое усиление излучения, при В_ВЫХ > В_ВХ и разных спектрах – гетерохроматическое усиление или преобразование излучения. Можно преобразовывать одну длину волны в другую. При оптических ФП и ИС происходит усиление света.

Основная характеристика оптрона – передаточная ‑ В_ВЫХ = f(В_ВХ) приведена на рисунке 8.15. Рабочий участок – линейная часть характеристики, при больших и малых значениях яркости появляется нелинейность.

Оптрон – основа оптоэлектронных усилителей и преобразователей изображения. Изображение на входе матрицы, состоящей из большого числа оптронов, будет на выходе усилено или преобразовано (например, невидимое в видимое);

б) оптрон с внутренней фотонной связью (рисунок 8.16).

Здесь ИС – источник света, С – световод, ФП – фотоприемник. Все это помещено в герметичный светонепроницаемый корпус. Электрический сигнал преобразуется в оптический, усиливается и вновь преобразуется в электрический.

Оптроны используются для преобразования, усиления, генерирования, формирования электрического сигнала и т.д.

Если оптрон имеет один излучатель и один приемник, он называется оптопарой или элементарным оптроном.

Микросхема из нескольких оптопар с дополнительными согласующими и усилительными устройствами называется оптоэлектронной интегральной микросхемой.

Достоинствами оптронов являются:

а) электрическая развязка приемника и излучателя;

б) широкая полоса частот (0…10¹⁴ Гц);

в) повышенная помехозащищенность от внешних электромагнитных полей;

г) возможность совмещения с другими полупроводниковыми приборами.

К недостаткам относятся:

а) большая потребляемая мощность;

б) невысокая температурная стабильность и радиационная стойкость;

в) старение и изменение параметров;

г) высокий уровень собственных шумов.

 

8.4.2 Разновидности оптронов

В основном в качестве источника света в
оптронах используется светодиод инжекционный. Спектр излучения зависит от материала изготовления и различается типом фотоприемника:

а) резисторная оптопара (рисунок 8.17,а), в которой источник света – светодиод, фотоприемник – фоторезистор из селенида кадмия, сульфида кадмия или свинца;

 

б) диодный оптрон (рисунок 8.17,б) представляет сочетание светодиода (GaAs) с фотодиодом (Si);

в) фотоварикапный оптрон (рисунок 8.17,в);

г) транзисторный оптрон – арсенидгаллиевый светодиод с кремниевым фототранзистором (рисунок 8.17,г);

д) оптрон с составным транзистором, у него выше чувствительность, но мало быстродействие (рисунок 8.17, д);

е) транзисторный оптрон с диодом (рисунок 8.17,е), быстродействие выше, чем у предыдущего оптрона;

ж) оптрон с однопереходным транзистором (рисунок 8.17,з).

Однопереходный фототранзистор можно использовать:

1)как фоторезистор при включении только баз;

2) как фотодиод при включении только эмиттерного перехода;

3) как однопереходный транзистор при включении всех трех электродов;

и) оптрон с полевым транзистором имеет хорошие линейные выходные характеристики, удобен для использования в аналоговых схемах;

к) тиристорный оптрон. От фоторезисторных и фотодиодных оптронов отличается высокой нагрузочной способностью при повышенных рабочих напряжениях.

Оптоэлектронные интегральные схемы (ОЭ ИС) имеют оптическую связь между отдельными компонентами. В этих микросхемах на основе диодных, транзисторных и тиристорных оптопар кроме источников света и фотоприемников содержатся устройства для обработки сигналов от фотоприемника. Особенность ОЭ ИС ‑ однонапрвленная передача сигнала и отсутствие обратной связи. Техника оптоэлектронных приборов перспективна и непрерывно развивается.

Список использованной литературы

1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 488 с.

2. Пасынков В.П., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. 5-е издание. – СПб.: Лань, 2006. – 479 с.

3. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Полупроводниковые приборы и их применение - Вып. 5. ‑ М.: Альтекс, 2004. ‑ 304 с.

4. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

5. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов В.Т. Электронные приборы: Учебник для вузов. – М.: Лайт Лтд., 2000. – 416 с.

6. Бериков А.Б., Ордабаев Б.О. Полупроводниковые приборы. – Алматы: АЭИ, 1992. – 136 с.

7. Лачин В.И., Савельев Н.С. Электроника: Учебное пособие. – Ростов- на-Дону: Феникс, 2000. – 448 с.

8. Гусев В.Г., Гусев М.Ю. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – 495 с.

9. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. – СПб.: Лань, 2001. – 470 с.

10. Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1989. – 352 с.

11. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение. – М.: Радио и связь, 1991. – 280 с.

 

Тамара Маруповна Жолшараева

 

Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы
Учебное пособие

 

 

Редактор Ж.М.Сыздыкова
Св.тем.план 2006 г., поз____

 

Сдано в набор _________
Формат 60х84 1/16

Бумага типографская №2
Уч.­ изд. лист.-5,6. Тираж ___ экз. Заказ____. Цена ____ тенге.

Подписано в печать____________

 

 

Копировально – множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

КАФЕДРА
ЭЛЕКТРОНИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УМР

___________ Сериков Э.А

«____» ___________2006 г.