РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЕ ОПТОПАРЫ

п + + +

-Р

В® Z

4- П

®Q -

+ п

8.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ПРИМЕНЕНИЕ

Транзисторная оптопара выполняется с фотоприемным элементом на основе 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 обычно арсенидогаллиевые диоды, максимум спектрального излучения которых лежит вблизи области наибольшей чувствительности фототранзистора. Излучательный диод конструктивно расположен так, что большая часть света направляется на базовую область фототранзистора. Так же как н в других оптопарах, излучатель й приемник изолированы друг от друга оптически прозрачной средой.

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

Значение обратного темпового тока сильно зависит от температуры. При повышении температуры на 10 °С значение тока примерно удваивается. Специально для снижения темпового тока между выводами базы и эмиттера фототранзистора включается внешний резистор 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 н создают положительный заряд. Это эквивалентно возникновению отпирающего тока базы транзистора, вследствие чего ток коллектора также увеличивается. Соотношение между токами базы и коллектора следующее:

где А21Э - коэффициент передачи тока базы транзистора; /вых- выходной ток в цепи коллектора; /ф.е - генерированный излучением фототок в базе фототранзистора.

Таким образом, фототранзистор обладает внутренним усилением фототока.

Основные параметры входной цепи транзисторной оптопары аналогичны параметрам диодных оптопар, так как в них используются сходные излучатели.

Специфическими для транзисторных оптопар являются следую-ши.е параметры:

выходное остаточное напряжение focr - напряжение на выходных выводах оптопары при открытом фототранзисторе;

ток утечки на выходе /ут.вых - ток, протекающий в выходной цепи закрытого фототранзистора;

максимальная средняя рассеиваемая мощность Яср max - мощность, при которой обеспечивается заданная надежность оптопары при длительной работе;

максимальный выходной ток /вых max - ток фототранзистора, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе;

максимальный выходной импульсный ток /вых.итозс фототранзистора в оптопаре;

максимальное коммутируемое напряжение на выходе t/комтет транзисторной оптопары;

время нарастания выходного сигнала нр - интервал времени, в течение которого напряжение на выходе оптопары изменяется от 0,9 до 0,1 максимального значения;

время спада выходного сигнала ten - интервал времени, в течение которого иапряжение на выходе изменяется от 0,1 до 0,9 максимального значения;

время включения /вкл - интервал времени между моментом нарастания входного сигнала до уровня 0,1 и спада выходного напряжения транзисторной оптопары до уровня 0,1 максимального значения;

время выключения <выкл - интервал времени между моментом спада входного сигнала до уровня 0,9 и нарастания выходного напряжения транзисторной оптопары до уровня 0,9 максимального значения.

Так же как и для других оптопар, даются параметры, характеризующие изоляцию выходной цепи от входной.

Справочные зависимости и характеристики приводятся для ключевого режима фототранзистора, так как этот режим является основным при использовании транзисторных оптопар.

Транзисторные оптопары находят преимущественное применение в аналоговых и ключевых коммутаторах сигналов, схемах согласования датчиков с измерительными блоками, гальванической развязки в линиях связи, оптоэлектрониых реле, коммутирующих большие токи.

На рис. 8.1 показана схема устройства для временной выборки сигналов. В нем осуществляется последовательный опрос каждого информационного входа. Управляющие сигналы, подаваемые на входы оптопар, смещены относительно друг друга по времени. По той же временной программе информационные входы подключаются к измерительному усилителю.

При согласовании датчиков сигналов, а также внешних устройств с электронным оборудованием возникает необходимость защиты от внешних импульсных помех.

На рис. 8.2 показано применение транзисторной оптопары для согласования электронного устройства с источником синхронизирующих сигналов, поступающих на вход устройства на фоне мощных импульсных помех.

Высокое проходное сопротивление и малая емкость оптопары позволяют значительно уменьшить амплитуду помех, попадающих в устройство.

Особое значение имеет оптоэлектронная развязка датчика и регистрирующей электронной аппаратуры в медицине. Так как датчики обычно прикрепляются к телу человека, то необходима защита датчиков от высокого напряжения, имеющегося в регистрирующей аппаратуре.

На рис. 8.3 изображена схема связи чувствительного датчика жизненных функций человека, имеющего автономное низковольтное питание, с измерительным прибором, питающимся от сети переменного тока.

Вход 1 о-

Вход г о-

Вход Зо~

Вход 4 о-

Рис. 8.1. Схема оптоэлектронного Коммутатора

0Т1 \-

-о + Е,

* Выход.

Рис. 8.2. Согласование с датчиком синхронизирующих сигналов

К датчику

Сеть~2гОВ -о

Рис. 8.3. Схема связи датчика с измерительным прибором