|
| |
|
Слаботочка Книги менимость резисторных оптопар в аналоговых устройствах. Недостатки резисторных оптопар - низкое быстродействие (0,01... 1 с) и сильная температурная нестабильность параметров - ограничивают проникновение этих приборов в технику обработки информации. Кроме рассмотренных оптопар известный интерес представляют или могут представить и другие, у которых в качестве фотоприемника используются МДП-фототранзисторы, фотоварикапы лавинные фотодиоды, однопереходные транзисторы, функциональные фоторезисторы и т. д. Эти оптопары имеют отличия, свойственные используемому фотоприемнику. Широкое распространение получили также оптоэлектронные микросхемы - главным образом переключатели, состоящие из-быстродействующей диодной оптопары и ключевого усилителя на выходе, - этим обеспечивается полное согласование по уровням входных, выходных сигналов со стандартными логическими микросхемами. Удобство применения окупает некоторые потери быстродействия, обусловленные необходимостью значительного усиления сигнала, снимаемого с фотодиода. Перспективны также оптоэлектронные коммутаторы силовой нагрузки - микросхемы или устройства, выполняющие функции реле переменного и постоянного тока и содержащие оптическое звено в цепи управления. В них обычно применяются транзисторные и тиристорные оптопары. Оптоэлектронные коммутаторы аналоговых сигналов и развязывающие усилители также отличаются от своих микроэлектронных аналогов лишь введением электрической развязки - в микросхемах первого типа используются диодные оптопары с большими значениями Кг, в микросхемах второго типа - дифференциальные диодные оптопары. Существуют и некоторые другие оптоэлектронные микросхемы, например объединение излучателя (или матрицы излучателей) со сканистором или с ФПЗС, однако заметного распространения эти приборы не получили. Устройство оптопар. Наиболее распространенная «этажероч-ная» конструкция оптопары реализуется несколькими способами. Во-первых, это соединение кристаллов излучателя и фотоприемника с помощью оптического клея (он одновременно выполняет функции иммерсионной среды и несущей конструкции) и получение таким образом бескорпусной оптопары (рис. 7.3,о). Во-вторых, это приклеивание активных кристаллов с разных сторон прозрачной пластинки: слюдяной, стеклянной, фианитовой, сапфировой и др. (рис. 7.3,6). В-третьих, это предварительное жесткое закрепление активных кристаллов на специальных площадках деталей корпуса - кристаллы оказываются на нужном расстоянии друг над другом после сборки (рис. 7.3,в). В качестве свето-проводящей среды в этом варианте обычно применяют вазелино-подобные полимеры, не вызывающие механических напряжений. Недостаток всех трех разновидностей оптопар - сборка «по Рис. 7.4. Разновидности монолитных оп- gxDS°~ топар: °~ д на GaA.s (ОаА1А5)-полуизоляторе; 6 - на структуре GaAs-сапфир; е - на основе кремния Еыход с локально выращенной GaAs-областыо; г - с GaP-излучателем и фотодиодом Шотки на аморфном кремнии; д ~ тонкоплеиочного с электролюминофором и фотопроводником (сл -1 - - ----та излучатель; ФД - фотодиод) Вход; СП " iBbixod •Сапфир Вход Выход СД - Выход Вход вертикали», не шрименяемая в традиционной микроэлектронике, - преодолевается в «панельной» конструкции (рис. 7.3,г) с расположением всех активных кристаллов в одной .плоскости. Это позволяет иопольз.овать существующее ВЫ.00К0Пр0И31ВОД1И- тельное оборудование для монтажа кристаллов и разварки выводов; «платой» за технологические приобретения является ухудшение передаточных свойств оптопары. Оитоэлектроиные микросхемы выполняются в виде гибрид.ых обо.рок одной из дщух типичных модификаций: бескорпусные оп-топара и микросхема; бескорпусные свето.диод И интегрирован- о-ный фотоприемник, содержащий " на одном кремниевом кристалле фотодиод и микросхему. Стсл/ю- Одно из направлений технологического совер.шенствова.ния ап-тронор состоит в разработке монолитной оптопары, изготавливаемой в виде иитегрированной твердотельной структуры в едином технологическом процессе. Однако пока ни в одном из предложенных и опробованных вариантов (рис. 7.4) не удалось добиться сочетания всех необходимых параметров, а также долговечности, надежности и устойчивости к внешним воздействующим факторам. Низкая эффективность излучающих и фоточувствительных структур, плохая светопередача и невысокие изоляционные характеристики оптической среды, невоспроизводимость технологического процесса, неудовлетворительная совместимость используемых материалов - причины, которые порознь или в совокупности не позволяют достигнуть желаемого результата. По поводу попыток создания монолитных оптопар следует сделать одно замечание. Дело в том, что если даже будет достигнут успех, это, при  Прозрачный электрод Выход всей своей значимости, не приведет к кардинальному технологическому перевороту в области оптронов. Во-первых, в большинстве случаев применения оптопара соединена с микросхемой усиления-преобразования фотосигнала, и использование монолитной оптопары не устранит гибридности устройства в делом. Во-вторых, большинство конструкций монолитных оптопар сохраняет «этаже-рочную» структуру, выводы которой выходят на противоположные грани, поэтому при их монтаже не может быть использовано высокопроизводительное сборочное оборудование. Совершенная конструкция оптрона должна сочетать не только монолитность, но и «квазипланарность», т. е. изготовление всех составных элементов в едином технологическом процессе и расположение выводов в одной плоскости, как это имеет место в устройствах интегральной оптики. Появление волоконных световодов дало толчок развитию так называемых длинных оптронов или волстронов, в которых излучатель и фотоприемник неразъемно связаны друг с другом отрезком волоконно-оптического кабеля. Такой прибор выгодно отличается от традиционной короткой ВОЛС, содержащей пару оптических соединителей, лучшей передаточной характеристикой (выигрыш в Кг достигает 2 ... 5 раз), большей надежностью, меньшими габаритными размерами и стоимостью. Волстроны длиной от десятков сантиметров до нескольких метров незаменимы в качестве элементов электрической развязки в сверхвысоковольтной радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, во многих случаях внутриобъектового применения они удобнее, чем короткие ВОЛС. В оптопарах с открытым оптическим каналом (см. § 7.3) излучатель и фотоприемник смонтированы отдельно друг от друга, и специфика оптопары проявляется лишь в обеспечении наилучшей светопередачи. В оптроне с управляемым оптическим каналом между излучателем и фотоприемником содержится элемент, светопропускание которого может регулироваться. Чаще всего это электрооптический (жидкий кристалл, сегнетокерамика) или магнитооптический материал - управление свойствами канала осуществляется электрически. Как элемент схемы такой оптрон представляет собой шестиполюсник с двумя входами: по цепи излучателя и по цепи управления оптическим каналом. При его описании кроме параметров оптопар используется еще модуляционная характеристика вида /вых = ф(упр, /упр) при /вх=const (/вх, /вых - входной и выходной токи; Lynp, /упр - напряжение и ток управления). Подобно тому, как это принято для электронной лампы или полевого транзистора, удобно также оперировать таким параметром, как крутизна д/вых/<3/упр- Светопропускание канала может изменяться и при других формах воздействия: давлении, засветке, нагреве и т. п. В этрм случае оптопара с управляемым оптическим каналом, так же как и оптопары с открытым каналом, выступает в качестве сенсорного элемента - датчика (см. § 7.3). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [73] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |