|
| |
|
Слаботочка Книги При длительном накоплении и рассасывании неосновных носителей заряда (в случае tscb>tccb) временная характеристика тока проводимости светодиода формируется с заметным изломом: /са (О = при 0<<<<3 r(r-exp5f-i) при Зздев. \ О СВ / (3.12) При этом от уровня /г существенно зависит лишь задержка <зд св, а крутые перепады тока /св(0 нарастают с одинаковой скоростью (рис. 3.22). Следует, конечно, учитывать, что подобное утверждение справедливо лишь в идеализированном случае tscb = const; для реальных светодиодов характерна зависимость tscb(/cb), заметно влияющая на форму крутых перепадов /св(0-  Рнс. 3.21. Временнйе характеристики тока проводимости светодиода при кратковременном накоплении неосновных носителей заряда Рис. 3.22. Временные характеристику тока проводимости светодиода прн длительном накоплении неосновных носителей заряда Анализируя переходные процессы выключения оптронного каскада, будем полагать, что в исходном состоянии N ток проводимости светодиода фиксирован на уровне /oBW = /cBM-f/г. Выключение светодиода начинается при воздействии крутого отрицательного перепада входного тока величиной А/г== (1--Дг) (/cbw-H/cbo) В таком режиме выключения ток проводимости светодиода с экспоненциальной ВАХ (3.5) спадает согласно дифференциальному уравнению + /св = /свАГ -г- (3.13) Как и в случае (3.6), искомую временною характеристику y{t) = = [/cB(0--/cBo]/(/eiijr+/cBo) не удается выразить явно: f = Ccs(-y)/y + ScB(/y) при Дг=0, (3.14а) 1 + Ар Здесь, как и в варианте (3.8), постоянная времени тссв = = СсвС/сво/(/cbW+/obo) • Процесс спада тока проводимости /св(0 зависит от соотношения постоянных а = Т8св/тссв и относительного уровня Аг выключающего тока. На рис. 3.23 представлены временнйе характеристики /св(0- Влияние уровня Аг на процесс /св(0 в предельном варианте а->-0 (характерном для малоииерционных светодиодов) иллюстрируется рнс. 3.24. Соотношение (3.146) можно также записать в виде In (3.15) Если Т8св=тссв/Аг, то процесс спада тока проводимости светодиода имеет «чисто» экспоненциальный характер: /св(0+/сво= (/овя-+-/сво) ехр (-</твс«).  2.s 5 7. t n,s " г,5 s 7,5 10 1г.$ Рис. 3.23. Сцад тока /свв процессе выключения светодиода При спаде тока проводимости светодиода процесс выключения оптрона еще не заканчивается; значительная его часть проходит при /св-<-0 и связана с уменьшением разности потенциалов на светодиоде до уровня 1/свлг. Зависимость 1/св(0=/св- сво1п {(/ов-+-/сво)/[/св(0+/сво]}, (3.16) рассчитанная с учетом данных (3.15), представлена на рис. 3.25 для набора значений а в варианте: 1/ciiw=10C/cbo. Отметим в первую очередь, что в случае твсв=Тссв/1Дг напряжение на светодиоде спадает линейно по закону С/св(0 = С/свя--Аг/свя</Ссв. (3.16а) .Если Дг = 0,5, то линейный спад 1/св(0 достигается при а=2 (см. соответствующую функцию на рис. 3.25). Следует подчеркнуть, что при существенном уменьшении тока проводимости /св светодиода до уровня г/<Дг первое слагаемое . в соотношении (3.15) в дальнейшем заметно не изменяется. Выделяя As= (tscb-тссв/Аг) In (l-f 1/Аг), получаем, что на заключитель- ной стадии процесса выключения светодиода (уже независимо Tscb) напряжение на светодиоде спадает с постоянной скоростью t/cB (О = t/cBjy-Дг/свк (t-ts) /Сев, (3.166)1 что наглядно иллюстрируется характеристиками рис. 3.25. Временные зависимости /св(0. описывающие динамику изменения тока проводимости светодиода, позволяют получить объективное представление о характере изменения фототока /ф(0 =/Ci/cb(0. возникающего в приемной части малоинерционных диодных и транзисторных оптронов. Jr,5
 Рнс. 3.24. Влияние уровня Д, выключающего сигнала на процесс спада тока проводимости светодиода S го 2S Рис. 3.25. Спад напряжения t/св в процессе выключения светодиода Динамика каскодного взаимодействия диодных сштронов. Подобное взаимодействие оптронов (см. рис. 3.16) оказывается эффективным при «чисто» емкостной нагрузке фотоприемников (что характерно, в частности, для схемных комбинаций оптронов с МДП-тран-зисторами). Модель взаимодействия диодных оптронов представлена на рис. 3.26,а. Кроме инерционных факторов, свойственных светодиодам, в модели учтены барьерные емкости фотодиодов Сф1 и Сф2 н емкость нагрузки Сн. Если динамические характеристики фототоков /ф1(0 н /фг(0 известны, то расчет сигнала в цепн нагрузки диодных оптронов (рнс. 3.26,а) начиная с момента t=tu оказывается несложным; Un (О = V, () + Сд + Сф. + Сф= I f* - *• Следует, однако, учитывать, что характеристики /ев(О согласно (3.9) и (3.10) не удается выразить явно. Использование динамических характеристик /св(0 в неявной форме приводит к специальной методике расчета переходных процессов, возникающих в цепи нагрузки оптронного переключателя (рис. 3.26,а). Возможности аналитического расчета переходных процесебв ин(0 покажем на примере модели (рис. 3.26,6), отражающей действие верхнего канала более сложного переключателя (рис. 3.2Ь,а). Согласно модели динамика включения диодного оптроиа определяется системой из двух дифференциальных уравнений: die: [tS + S.,] ЧГ+о. = ..м + г. (3.17а) (С1+ Сф) dUJdt= к, [/са (О + /сво]. (3-176) Первое из этих уравнений уже рассматривалось [см. (3.6)]. /о8.
 Рис. 3.26. Модели каскодивго взаимодействия диодных оптронов Исключая в системе (3.17) дифференциал dt. получаем дифференциальное уравнение с разделеинымн переменными /о» и Ся: Сезсво + (/св+ /с«,) 5 св , + - d/c» =--о1/н. св м + /г-/св, Несложное интегрирование приводит в типичном случае /г>/свм+ -f/cBO к зависимости К,!, Г 1 {с ~ , Ун (О - Со) = TiT+C (Ссв + W 1" X-I/T, " See /, (3.18) здесь (как и ранее) постоянная времеии тссв = Ссв1/сво г. Полученное соотношение в совокупности с решением дифференциального уравнения (3.17а) в виде (3.96) определяет искомую за- висимость Ua{i)- Эту зависимость йе уДается выразить в явной фор- 1 ме. Однако расчет динамической характеристики Сн(0 по данным (3,96) и (3.18) с использованием промежуточной переменной /св оказывается несложным. Процесс выключения диодного оптрона перепадом входного тока Д/г=(1-1-Дг) (/cBJ+ZcBo) согласно модели на рис. 3.26,6 описывается двуми дифференциальными уравнениями; /с.-1-/с« + -) (3.19а) (3.196) Система (3.19) позволяет установить связь тока проводимости /о светодиода и уровня выходного сигиала Um Ссвсво + (/св + /сао) ScB , С + Сф • "/св =-1?-Ol/ft. - гОсШ+ сво) - /св ( Это соотношение в варианте /oBjf>/oBo интегрируетси как /С/св • + t/H(0-t/H(M=c:C (CcB-VscB)ln д, + /,, + 1--)1 при Дг1>0, 1 -- (3.20a) cbJV + ctB in 7 при Дг=0.  (3.206) * Формулы (3.20) в сочетании с решениями дифференциального уравнения (3.19а) в виде (3.14) позволяют определить особенности изменения Us{t) при выключении диодного оптрона (рис. 3.26,6). Рассмотренную методику расчета динамических характеристик lln(t) удается эффективно использовать при анализе каскодного взаимодействия фотодиодов в оптронном переключателе (рис. 3.26,а). Зависимости (3.18) н (3.20), отражающие связь Uh и /ов, дают достаточно четкое представление о характере формирования и диапазоне изменения выходного сигнала. Графики на рис. 3.27 иллюстрируют особенности изменения (/н(/св) на стадиях включения и выключения диодного оптрона в предельных случаях tscb-0 (рис. 3.27,а) итсов->-0 (рис. 3.27,6). В процессе включения резкое увеличение выходного напряжения Va достигается лишь при высоком уровне тока (/ов>0,5/г). При вы-/ ис. 3.27. Зависимость выходного напряжения от тока проводимости светодиода ключении диодного оптрона ток проводимости фотодиода спадает не сразу; поэтому повышение потенциала на выходе переключателя (рис. 3.26,6) продолжается. Особенно заметен рост напряжения при относительно медленном выключении светодиода (в случае Дг=0). Форсированное выключение светодиода (при Дг=0,5) обеспечивает быструю стабилизацию выходного уровня. Динамические характеристики Us(t) при включении диодного оптрона строим, используя соотношения (3.196) и (3.18) для различных сочетаний а=Т8св/тсов (рис. 3.28). Если процессы накопления неосновных носителей заряда несущественны (а->-0), то зависимость Um{t) выражается явно: и„(0=с/,(д+с7+сх 
X In 1 + ехр (3.21)  Во всех представленных случаях (рис. 3.28) характерным является .сравнительно медленное повышение выходного потенциала в начале \ процесса включения, что связано с задержкой формирования круто-J го перепада 1св{(). Динамические характеристики [/н(0 при выключении диодного оптрона, представленные на рис. 3.29, построены на базе соотношений (3.14) и (3.20). «Остаточное» повышение потенциала Ub, наблюдаемое в процессе выключения фотодиода (рис. 3.27,6), зависит от уровня тока, форсирующего выключение светодиода (Дг=0 на рис. 3.29,а и 0,5 - на рис. 3.29,6), а также от параметра а, условно характеризующего степень влияния неосновных носителей заряда. При Аг>0 максимальное изменение потенциала Lh(0 при выключении оптрона опре-  ис. 3.23. Формирование выходного напряжения при включении диодного оптрона 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||