|
| |
|
Слаботочка Книги
 дельные скорости распространения информации. Подключение к диодной оптопаре тех или иных усилительных элементов, весьма полезное и удобное, не может тей не менее дать выигрыша ни по энергетике, ни по предельным частотам. Анализ параметров и конструктивных особенностей основных промышленных типов отечественных диодных оптопар (табл. 2.4) показыва- ет, что среди них могут быть выделены приборы нескольких рупп. Средний технический уровень диодных оптопар уни-.версального назначения (типичный представитель - приборы АОД 101 [7]) характеризуется значениями Ki\ ... ... 1,5% и 4iap(on)100 ... ... 300 не. Близки к ним по параметрам и многоканаль ные оптопары (типичный АОД 109 [8]), которые благодаря повышенной степени ин-. теграции призваны обеспечить р. 2.3. Разиовидиости ди-снил<ение габаритов и массы и одиых оптопар увеличение надежности аппаратуры. Для оптронов универсального назначения характерен широкий диапазон рабочих напряжений на фотоприемнике, перекрываемый различными типами приборов. Оптопары, предназначенные для работы в вентильном режиме (типичный -АОД 112 [9.]), характеризуются повышенным значением /03 ... 4%, в отличие от других оптопар этот параметр измеряется в наиболее жестком режиме без приложения обратного напряжения на фотоприемнике. Бескорпусные оптопары, предназначенные для использования в гибридных микросхемах и микросборках, как правило, характеризуются невысоким значением обратного напряжения на фотодиоде. Отметим, что наиболее быстродействующие из представленных в табл. 2.4 оптопары типа АОД120 [9], имеющие нар(сп)<30 не, позволяют достигать скорости передачи информации - вплоть до F=15 ... 20 Мбит/с. .100 /и,мА 5- аш,в Анализ зависимостей коэффициента передачи тока от режима работы (рис. 2А,а, б) показывает, что для диодных опто- пар с р-i-/г-фотодиодом подтверждаются основные положе- ния, предсказываемые теорией фотоприемников и светодиодов: - имеется достаточно широкая область входных токов, в которой /(j = const; - вне этой области, т. е. при малых и больших токах, Ki бо- ffe-ire-io о го io SBimfz лбб ИЛИ менеерезко уменьшается; > - Ki очень слабо зависит от обратного напряжения на фотоприемнике, так что Ki при 11=0 лишь на 10 ... 20% меньше своего установившегося значения. Последнее обстоятельство указывает на то, что для схем с низковольтными источниками питания (3...5В), особенно удобны диодные оптопары с р-t-га-фо/одио-дом. Температурная зависимость Ki в диапазоне от -60 до -Ь85°С практически линейна (рис. 2.4,в) и характе-  Рис. 2.4. Зависимость коэффициента передачи тока от условий измерения для диодной оптопары типа АОД101А ризуется показателем O.SVo град. Вентильные вольт-амперные характеристики диодных оптопар (рис. 2.5) при использовании р-i-я-фотопри-емника независимо от типа прибора описываются даи-близительно одинаковыми значениями напряжения холостого хода Охх и коэффициента формы а; различными (в соответствии с различием Ki) являются лишь значения токов короткого замыкания /кз- Как видно из графиков рис. 2.5, численные значения параметров Vxx, а и температурных коэффициентов dUxxidQ и dlsldQ соответствуют тому, что предс1зыва-ется теорией. Основные зависимости! динамических параметров , опто-
0,2 О,, 0,erbit,MA Рис. 2.5. Вентильные характеристики оптопары А0Д112А-1 пар от условий их измерения иллюстрируются рис. 2.6. К сожалению, изменение входного тока онтрона по-разному влияет на изменение нар и сп (рис. 2.6,а) и потому не может безоговорочно использоваться для заметного ускорения переходных процессов. Характерно, что уже при t/выхобрЗ ... 5 В релаксационные процессы в p-t-га-структуре протекают столь быстро, что общая инерционность оптопары полностью определяется светодиодом и потому от величины напряжения на фотодиоде не зависит (рис. 2.6,s).  го so W 50 /tt,»A а) 
151/ш,В aoZ OfiS B,1 0,2 0,5 1 г/f,ffOM Рис. 2.6. Зависимость динамических параметров диодного оптрона типа АОД101А от условий измерения Если резко повысить быстродействие излучателя, то инерционность фотоприемника может вновь оказаться определяющей и приходится принимать .меры для ее снижения. Интересный пример сверхбыстродействующей диодной оптопары описан в [10]. Прибор состоит из GaAs(Zn) излучателя и кремниевого лавинного фотодиода (ЛФД), соединенных между собой 8-мм отрезком стекловолокна. Такая конструкция обеспечивает значение проходной емкости менее 0,005 пФ. Высокое значение произведения коэффициента усиления фотодиода на ширину полосы частот (--300 ГГц) позволяет достигнуть одновременно высоких значений Ki (рис. 2.7) и высокого быстродействия (нар2 НС и /сп<6 не). Предельная скорость передачи информации составляет 0,3 0,1  i 10 /и,мЛ Рис. 2.7. Зависимость /Cj от /в i в оптопаре с ЛФД [10] 200 Мбит/с. К недостаткам описанного прибора следует отнести необходимость высоких рабочих напряжений (что типично для лавинных фотодиодов) и использование быстродействующего излучателя, полученного диффузией цинка в арсенид галлия. Следует отметить, что использование оптимизированных ДГС-излучателей и кремниевых р-i-и-структур принципиально позволяет получить очень высокие скорости передачи информации в оптоэлектронной паре и при меньших рабо-чих\напряжениях [И]. и Интересную разновидность ДИ- одных оптопар представляют собой;! приборы с МДП-фотоварикапом на выходе (рис. 2.3,6) [12]. Принцип их действия состоит в том, что при засветке «автоматически» изменяется напряжение смещения на структуре, и если рабо»ая точка выбрана вблизи t/=0, то это приводит к значительному изменению емкости элемента. Количественно эффективность воздействия излучателя на фотоприемник в такой оптопаре характеризуется комплексным показателем (1 вх) (АС/Со) (типично 1.. 2%/мА) или просто значением АС/Со при заданном /вх. ВыборМДП-фотова-рикапа (в отличие от структуры с р-и-переходом) по- , зволяет и при засветке сохранить исключительно малые токи утечки - вплоть до 10-" ... IQ-e А. Наиболее важная и перспективная область применения оптоНар с фотоварикапом -входные преобразовательные каскады электрометрических схем измерения слабых токов. «Обычная» оптопара с р-i-и-фотодиодом может, выступать в совершенно ином качестве - при изменении полярности на приемнике с обратной на прямую. В этом случае излучение светодиода используется для изменения вида прямой ветви вольт-амперной характеристики и осуществляется тем эффективнее, чем меньше прямой ток смещения фотоприемника. Наиболее интересно использовать такие оптопары в качестве управляемых ВЧ резисторов или «логарифмических диодов». Для некоторых применений может оказаться удобным исгюльзо-вать двунаправленные оптроны, состоящие из двуть кристаллов, каждый из которых одновременно являеря и излучателем и фотоприемником [13]. Оптопары в фотовентильном режиме могут использоваться и в качестве приборов, генерирующих на выходе повышенное напряжение (а не ток, как обычно). Для этой цели пригодны два вида фотоприемников. Очень высокие выходные напряжения могут быть получены при использовании в качестве фотоприемников. тонких пленок с эффектом аномально высоких фотонапряжений (афн-эффект) [14]. Афн-эффгкт проявляется в том, что в специально приготбвленных полупроводниковых пленках при освещении генерируется фотонапряжение, во много раз превосходящее ширину запрещенной зоны используемого материала и достигающее десятков и сотен вольт (табл. 2.5). Объяснение данного-эффекта связывается с тем, что втих пленках имеется огромное число последовательно расположенных микроскопических областей, в каждой из которых под действием света наводится фото-ЭДС порядка /7/0,025 В. Соединение этих микрообластей в своеобразную батарею и.приводит к появлению столь высоких значений •фотонапряженнй. Детальный анализ процесса показал, уто афн-эффект может возникать только в высокоомных пленках и, таким образом, создаваемые на их основе-приборы способны работать лишь на нагрузку, практически не потребляющую тока. Выходные напряжения, в несколько вольт удается получить с использованием, многоэлементных кремниевых фотодиодов, изготавливаемых по обычной планарной технологии [15]. Таблица 2.5 Характеристики эффекта аномально-высоких фотонапряжений в полупроводниках
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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||