ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

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 около 1 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 /7-область отрицательно. Таким образом, на выходных выводах оптопары появляется фотоЭДС. 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 фотодиодым. Значение обратного фото­тока практически линейно возрастает с увеличением силы света излучающего диода.

Для повышения быстродействия создаются фотодиоды с р-1-«-структурой. В них меж­ду легированными областями р - и /7-типа используется полуизолирующий слой кремния
с собственной проводимостью /'. Возникающее в /-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. Реальные значения времени задержки сигнала в диодном оптроне составляют 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 большом 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. ФотоЭДС при увеличении входного тока стремится к насыщению: она не может превышать контактной разности потенциалов на переходе фотодиода и обычно составляет (0,5. ..0,8) В.

Зависимости коэффициента передачи диодной оптопары от входного тока, выходного напряжения и температуры приведены на рис. 7.10, а-в.

При использовании диодных оптопар в электронных устройствах реализуется ряд свойств, присущих этому классу оптопар: высокое быстродействие, малые темновые токи выходной цепи, высокое сопротивление гальванической развязки.