ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Устройство и принцип действия Оптоэлектронных цифровых ключей

Сравнение динамических параметров различных типов оптронов с аналогичными парамет­рами дискретных диодов, транзисторов и микросхем показывает, что быстродействие оп­тронов в настоящее время несколько хуже. Поэтому оптронные схемы, вообще говоря, ус­тупают по быстродействию однотипным устройствам без оптических связей. Снижение бы­стродействия, связанное с введением оптронов, оказывается сравнительно небольшим лишь при согласовании режима эксплуатации элементов оптрона. Использование в оптронах излучателей (СИД) и диодных или транзисторных фотоприемников приводит к тому, что быстродействие таких оптронов определяется в основном барьерными емкостями излучателя и приемника оптрона. Например, типичные значения емкостей излучателей быстродействую­щих оптронов составляют 20...300 пФ, а емкостей фотодиодов и фототранзисторов —

5.. .15пФ. Поэтому для уменьшения длительности переключения оптрона необходимо: 1) форсировать перезаряд входной емкости излучателя; 2) уменьшать длительность перезаря­да выходной емкости фотоприемника, изолируя или компенсируя емкостную нагрузку и уменьшая амплитуду выходного напряжения.

Быстрое переключение излучателя с одновременным обеспечением мощного и стабиль­ного потока излучения достигается при управлении оптронами током значительной амплиту­ды. При этом необходимо, во-первых, фиксировать уровень прямого тока СИД, чем удается обеспечить стабильность светового потока; во-вторых, не превышать предельно допустимого тока СИД. Важно также обеспечить универсальность схем питания излучателя, чтобы режим работы СИД не менялся при замене одного из компонентов схемы.

Рассмотрим в качестве примера переключение излучения от интегральной микросхемы. В схеме ИС (рис. 9.9, а) используется принцип переключения тока I, заданного в цепи высо­коомным резистором Я (режим источника тока). Если выходной потенциал ИС £/вых превы­шает напряжение (£/„ - Цсд), то диод ИО заперт, а ток /— протекает через светоизлучающий

Диод, обеспечивая генерацию стабильного светового потока. При переключении ИС ее вы­ходной потенциал снижается, диод УЮ отпирается и практически весь ток I переключается на вход ИС: светоизлучающий диод быстро запирается. В качестве входной ИС можно ис­пользовать микросхемы семейства ТТЛ, а также ИС с эмиттерными связями.

В качестве согласующего элемента используется также эмиттерный повторитель (рис. 9.9, б). Очевидно, что при этом выходной ток ИС составляет (0,01-0,03)-/в зависимо­сти от коэффициента передачи по току транзистора УТ. Следует иметь в виду, что эмиттер­ный повторитель управляется выходным напряжением ИС, и поэтому ток светодиода I мо­жет меняться при смене ИС.

Рис. 9.9. Согласование входа оптрона с выходом ИС: а — задание входного тока с помощью резистора: б — с помощью транзисторного усилителя

Рассмотрим условия эффективной работы цифровых оптронов на нагрузку. Выходной ток современных диодных фотоприемников относительно невелик, быстродействие фото­приемников ниже уровня современных микросхем. Поэтому для оптимального согласова­ния выхода диодного фотоприемника с нагрузкой необходимо введение промежуточных усилителей тока, а также форсирование перезаряда выходной емкости фото приемника и емкости нагрузки.

Эффективна при работе на значительную емкостную нагрузку схема рис. 9.10, а с по­следовательным соединением — транзисторов в паре с диодным оптроном. При подаче ло­гической единицы (высокий уровень напряжения) на Вх1 и логического нуля (низкий уро­вень напряжения) на Вх2 отпираются оптрон О1 и транзистор УТ1, а конденсатор С„ быстро заряжается значительным эмиттерным током 1э1. Транзистор УТ2 и оптрон 02 при этом за­перты. При изменении сигналов (нуль на Вх1 и единица на Вх2) конденсатор С„ быстро за­ряжается через открытый транзистор УТ2.

Улучшаются выходные динамические характеристики оптронов в схеме рис. 9.10, б, что связано, главным образом, с уменьшением сопротивления нагрузки фотоприемника.

В цепь связи транзисторного фотоприемника и нагрузочного резистора /?„ введен быст­родействующий транзистор по схеме с общей базой. Выход фототранзистора оказывается нагруженным на низкоомное входное сопротивление транзистора, что ускоряет перезаряд барьерной емкости. Формирование сигнала на /?„ определяется быстродействующим тран­зистором.