ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Электрическая модель оптрона

Рассмотрим динамическую модель диодной оптопары: во-первых, диодная оптопара содер­жит в своем составе два оптоэлектронных прибора — излучающий диод и фотоприемник (фотодиод); соответственно модель оптопары состоит из моделей компонентов; во-вторых, диодная оптопара в классе оптоэлектронных приборов обладает наилучшими параметрами изоляции и быстродействием, что определило ее широкое применение.

Динамическая модель излучающего диода состоит из источника тока 7Д, динамического сопротивления диода гт„ (определяется сопротивлениями базы диода, омических контак­тов и выводов), сопротивления утечки Гут и емкости диода Сд (рис. 7.7, а). Источник тока /д, управляемый напряжением U, для излучающего диода обычно описывается выражени­ем, соответствующим кусочно-линейной аппроксимации ВАХ диода (рис. 7.7, б). Участок ВАХ диода для напряжений 0 < U < U0 необходимо учитывать в излучающем диоде, из-за сильного влияния барьерной емкости диода С& при этих значениях напряжения U иногда для снижения значения Сб1 вводят постоянное прямое напряжение смещения UCM (см. рис. 7.7, б).

В качестве динамической модели излучающего диода как правило используют модель Эберса-Молла или зарядоуправляемую модель.

Для модели Эберса-Молла имеем соответственно схеме замещения на рис. 7.6, а.

К = /0[ехр(С//(шфт))-1];

Ся = Ст + Сди ф,

Q,=Q00-^/vr;

Сдиф = [/„ exp (U/ (/жрт))] (тсрт / т), (7.2)

Где фт = 0,026 В (при Т= 25°С); ф = 0,7...0,75 В; Сдаф — диффузная емкость.

Параметры модели 70, т, фт можно вычислить из условия аппроксимации статической ВАХ излучающего дйода по выражению

/,. = /0[ехр(U, - /,/дин)/(|яфт)], 7 = 1, 2,3, ...,N, (7.3)

Где /,, U, — соответствующие j-й экспериментальной точке ВАХ диода значения тока и на­пряжения диода; N— число экспериментальных точек.

Вычисления проводят, например, методом наименьших квадратов.

Модель фотоприемника для фотодиодного режима работы состоит из источника фототока /ф = к/1д, источника тока р-я-перехода, управляемого напряжением, / = /0 ехр [(и/(пкрг) - 1] и барьерной емкости фотодиода С&- Следует подчеркнуть, что быстродействие оптопары за­метно ограничивается барьерными емкостями С6ь Сб2. Даже у малоинерционных излучаю­щих диодов Сб1 = (50...200) пФ, значения емкости фотодиода Сб2 существенно меньше (1... 10 пФ), однако она заряжается малым током /ф, и ее влияние на скорость переключения оптопары также оказывается значительным.

Параметры электрической изоляции оптопары описываются проходной емкостью С„р и сопротивлением изоляции Я. Особенно важную роль в динамике работы оптопар играет емкость Спр. Емкостный ток в цепи изоляции оптопары зависит от скорости изменения на­пряжения как на входе оптопары, так и на выходе, т. е. возможна электрическая обратная связь через проходную емкость и соответственно ложное переключение или самовозбужде­ние устройства.

Разновидностью оптронов является волстрон (рис. 7.8) — прибор, содержащий излуча­тель и фотоприемник, между которыми располагается волоконный световод (длина которо­го может составлять десятки-сотни метров), представляющий единую конструкцию.