ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Транзисторные оптопары

Транзисторная оптопара выполняется с фотоприемным элементом на базе фототранзистора. Как правило, в оптопарах используются фототранзисторы со структурой п-р-п на основе кремния, чувствительные к излучению с длиной волны около 1 мкм. Излучателями служат арсенидо-галлиевые диоды или диоды на тройном соединении, максимум спектрального из­лучения которых лежит вблизи области наибольшей чувствительности фототранзистора. Семейство выходных характеристик транзисторной оптопары приведено на рис. 7.11.

Излучательный диод конструктивно расположен так, что большая часть света направля­ется на базовую область фототранзистора. Излучатель и приемник изолированы друг от друга оптически прозрачной средой.

При отсутствии излучения в цепи коллектора фоторезистора, включенного по схеме с общим эмиттером, протекает обратный темновой ток, аналогичный по происхождению и характеристикам току в обычных биполярных транзисторах.

Обратный темновой ток сильно зависит от температуры. При ее повышении на 10 °С он примерно удваивается. Для уменьшения темнового тока между выводами базы и эмиттера фоторезистора включается внешний резистор с сопротивлением 0,1... 1,0 МОм.

При облучении в базовой области генерируются пары электрон-дырка. Электроны вы­тягиваются из базы в сторону положительно заряженного коллектора, а дырки остаются в базе и создают положительный заряд. Это эквивалентно возникновению отпирающего тока базы транзистора, вследствие чего ток коллектора также увеличивается.

Соотношение между током базы и коллектора имеет вид

Дых — ^21э^ф.6.>

Где /ф 6 — генерированный излучением фототок в базе фоторезистора; И21 — коэффициент усиления тока.

Таким образом, фоторезистор обладает внутренним усилением фототока К). Наиболь­шим внутренним усилением обладают оптопары, использующие составные фототранзисто­ры. Их коэффициент усиления фототока К1 может превышать 1000, однако они имеют худ­шие показатели быстродействия. Быстродействие обычных диодно-транзисторных оптопар /„ = 2... 4 мкс.

Оптопары можно характеризовать параметром, называемым добротностью:

Б = *Л-

Этот параметр для различных типов оптопар остается постоянным в широком интерва­ле значений входных токов. Значение добротности зависит от напряжения изоляции При ит= 1...5 кВ,{Э = 0,1...1%мкс-1.

Основные параметры и характеристики входной цепи транзисторной оптопары анало­гичны параметрам диодных оптопар, так как в них используются сходные излучатели. Выходные характеристики существенно отличаются от аналогичных оптопар. Зависимость коэффициента передачи тока от входного тока отклоняется от линейной, причем тем боль­ше, чем больше входной ток и чем лучше усилительные свойства фоторезистора.

Типичные зависимости К, от входного тока различных транзисторных оптопар приведе­ны на рис. 7.12. Здесь кривая 1 соответствует диодно-транзисторной оптопаре, кривая 2 — транзисторной оптопаре, кривая 3 — оптопаре с составным фоторезистором. Нелинейность характеристик объясняется тем, что коэффициент усиления транзистора зависит от тока ба­зы и поэтому не является постоянной величиной.

При больших входных токах коэффициент передачи по току с повышением температу­ры линейно уменьшается, как и в случае диодных оптопар. В общем случае характер кри­вых К, =/(7) определяется зависимостью от температуры квантового выхода как светодиода, так и транзистора. Повышение температуры приводит к возрастанию инерционности тран­зисторных оптопар. Одновременно увеличивается и темновой ток фотоприемника. Это осо­бенно сильно сказывается в случае оптопар с составными фоторезисторами: при увеличе­нии температуры от 25 до 100°С их темновой ток возрастает в 104...105 раз, а у обычных оптопар — в 102... 103 раз.

Транзисторные оптопары находят применение в аналоговых и цифровых коммутаторах, оптоэлектронных реле, в линиях связи для гальванической развязки и др.