Слаботочка Книги

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

деляется формулой

fH гаах=с„ + сф [" ~ "Л") ° "х" + j

Относительное изменение

бя mai=Aila max (Сн+Сф)/(kj {/свосв)

В зависимости от уровня Дг показано на рис. 3.30 для различных значений а.

Например, при Сн+Сф = 5 пФ, Сов =25 пФ, LcBe=40 мВ, /г= «=10 мА, /С, = 1%, Д[/нтах=9,2 мВ при Дг=0,01 и лишь 1,4 мВ при Д,.= 1, если Таса->-0, но возрастает до 28,3 мВ при Аг = в,в1 и до 7,5 мВ при Дг= 1, если тясв= 10тссв = 1 не.

Рис. 3.29. Повышение выходного напря-

жения в процессе выключения диодного оптрона

Полученные соотношения и результаты несложно использовать при анализе более сложной модели (рис. 3.26,а), отражающей особенности переключения диодных оптронов при каскодном взаимо-

Действии фотоприемников. Принципиальный интерес в этом случае представляет развитие переходных процессов начинай с момента t = = когда один из светодиодов (например, СД/), ранее возбуждаемый током /п, выключается, а другой светодиод (СД2) переключается в прямом направлении током hi.

Типичная форма сигнала lls(t) на выходе переключателя (рнс. 3.26,а) показана на рис. 3.31. В интервале времени ... ti (по мере включения светодиода СД/ и зарядки емкостей фотодиодов и нагрузки) формируется положительный перепад иапряжения (7н(<). Начиная с момента t\ светодиод СД/ выключается; однако (сcjj/-UJtJ[

в течение определенного времени -" -

фототок диода ФД1 сохраняет заметную величину и напряжение Ьш продолжает возрастать. Ток проводимости СД2 увеличивается постепенно (по мере зарядки емкости Совг); по этой причине отрицательный перепад Ua(t) формируется с характерной задержкой. В момент h СД2 выключает-\ ся; Однако ток его проводимости спадает не сразу, что приводит к дополнительному спаду напряжения Ua{t).

Особенности формирования вершины сигнала [/н(О• связанные с одновременным действием оптронов, несложно исследовать, ис- пользуя полученные выше форму-; лы и результаты. Если выключе-.

ние светодиода СД1 форсируется (Дг1>0), то напряжение £/«(0 начиная с момента ti изменяется согласно соотношению

Kin

Un «) - (h) = c„ + СфГ+ Сф, L-

+ "

Рис. 3.32. Формирование вершины выходного сигнала при каскодном взаимодействии диодных оптронов

V-f;rji-

Рис. 3.30. Влияние уровня выключающего сигнала Аг на максимальное повышение выходного напряжения при выключении диодного оптроиа

Рис. 3.31. Форма выходного сигнала при каскодном взаимодействии диодных оптро-, нов

"С, + Сф", -f Сф. [(Ссв2 + Scb2) In l-/ew/r. " св2 J,

(3.23)

Отражающему взаимодействие фотодиодов ФД/ и ФД2. Формула (3.23), рассчитанная для оптронов с идентичными характеристиками и параметрами в случае /г1 = /г2, Ari = 0,5, иллюстрируется кривыми. Вычерченными на рис. 3.32 для набора сочетаний а = Т8св/тссв.

Отбор фототока в цепь с резистором. Использование резистора в качестве нагрузки диодного оптрона практикуется достаточно час-т9. Подобную (резисторную) нагрузку создает и входная цепь транзисторного усилителя, гальванически соединенная с фотодиодом.

Особенности развития переходных процессов отметим, опираясь На модель (рис. 3.33,а), отражающую барьерные емкости излучателя (Сев), приемника (Сф) и емкость нагрузки (Сн). Если характер

изменения тока светодиода /св(0 известен, то напряжение на вы-» ходе диодного оптрона формируется согласно интегральному соот-i ношению

и„ (t) = U„ + К, ехр ) j са (О ехр ) di, (3.24)

причем постоянная времени Тн= (Сф-)-Ся)/?я. Однозначно в этом случае определяехся н ток в цепи нагрузки Rg-. Im(t) = Us(t)IRa-При выключенном светодиоде выходной потенциал С/н(/о)->-0. В процессе быстрого включения светодиода перепадом тока /г на-

1 ----- ,

Рис. 3.33. Модель и процессы включения малоинерционного диодного оптрона в схеме с /?С-нагрузкой

чиная с момента /о=0 ток проводимости /с» (О изменяется согласно (3.10); при этом выходное напряжение нарастает:

-Hdl.J 1Л г exp(f/t»)rf

.v /т,. .)»!• интегрируем (3.25) для Тв= Учитывая, что ехр(<зн ов/тс ов;i,

= rccs

U,,(t)K,[,Rn

1 - ехр

зд св Ссв

1 + ехр

<-<здсвУ

Ссв /

. (3.25а)

Соотношение (3.25а) иллюстрируется кривой ирис. 333,.

Us{t) при весьма выСокоомной нагрузке {Ra->оо). Предпола1*ается лишь, что перепад напряжения Ун (О жестко фиксируется На уровне AUn = KiIrRa- Анализируя график рнс. 3.33,6, отметим существенное снижение скорости переходного процесса Uait), связанное с отбором фототока /ф в цепь нагрузки /?н. Вместе с тем на стадии выключения фотодиода процесс разрядки емкостей Сф и Сн ускоряется с уменьшением электрического сопротивления R.

Если основным выходным показателем оптоэлектронного переключателя является ток в цепи нагрузки, то выбор низкоомного резистора Ru целесообразен без оговорок. Согласно модели рис. 3.33,а емкости Сф и Сн препятствуют отбору фототока /ф в цепь нагрузки /?н. Отмеченное влияние емкостей наглядно иллюстрируется кривыми на рис. 3.33,6. Зависимости /н(0 нормированы перепадом тока

Наиболее быстро процесс /н(0 развивается в случае Тн->-0; кривая /, иллюстрирующая этот случай, повторяет по форме характеристику /ф(0=/с1/св(0 [см. также (3.10)]. В случае Тн=Тссв, представленном на рис. 3.33,в кривой 2, процесс /н(0 происходит более медленно [подобно характеристике (3.25а)]. Кривая 3 на том же рисунке отражает постепенный отбор фототока в цепь нагрузки /?н при Тн = 2тссв. Согласно рис. 3.33,в переходный процесс /я(О заметно замедляется уже при Тн(1. . . 2)тссв, что может служить объективным ориентиром при выборе сопротивления Rh.

Влияние емкостей Сф и Св на процесс отбора фототока /ф в цепь нагрузки Rs невелико, если

/?н<(1 ... 2)&св.исво/[(Сф+Сн)/г].

(3.26)

в типичном случае: Ссв = 150 пФ, {;сво = 40 мВ, /г = 5 мА, Сф-f-4-Сн = 5 пФ сопротив.ление Rb не должно превышать 240 ... 480 Ом.

Влияние проходной емкости. Даже небольшая электрическая емкость между излучателем и фотоприемником может заметно повлиять на развитие переходных процессов в оптоэлектронном переключателе. Ток (со в канале с проходной емкостью Cq зависит (в первом приближении) от скорости изменения разности потенциалов Ucs на светодиоде: icaCodVculdt. Если ток ico превышает фототок /ф, то «паразитная» (электрическая) связь в оптроне по существу подавляет «рабочую» (оптическую). Поскольку уровень фототока в диодном оптроне невелик, ограничение максимальной скорости dUoB/dt<Ii,fCo оказывается жестким. Например, в варианте /ф=!00 ... 200 мкА, Со=1 пФ, скорость dUcB/dt не должна превышать 0,1 ... 0,2 В/нс.

Более строгую оценку действия проходной емкости Со можно провести, учитывая, что светодиоды, как правило, возбуждаются сигналами тока /г (рис. 3.34,а) и скорость dUcs/dt не превышает уровня /г/Ссв. Согласно модели на рис. 3.34,а формирование выходного сигнала Unit) при включении оптрона определяется дифференциальным уравнением

(Ф + С„ + C„J Сев) -of = Kflcn (t) + с, Ur - /св (<)] (3-27)

и, таким образом, зависит от «сквозного» проникновения части входного тока /г в цепь нагрузки.

Проходная емкость оптрона относнтельйо Невелика (Со<с<,в) и не оказывает существенного влияния на характер и скорость переключения светодиода. Поэтому ток проводимости светодиода в процессе включения приемлемо точно описывается характеристикой (3.10), полученной ранее без учета Со.

Соотношение (3.27) можно, таким образом, записать в виде

{Сф + Сн + С. 1 Сев) dU /dt = К, дин (О /г,

объединяя в динамическом коэффициенте передачи тока С.

(3.28)

/дин

(о = (л-;

+ С. + Сев

ехр

св-< N Ссв >

1 -f ехр

tag св Ссв

фа.чторы оптического (Ki) и электрического (Со) взаимодействия!

светоизлучателя и фотопрнемника.

Высвяо-омнь/е нет

Hc/epi/зт

Рис. 3.34. Модель и характер действия проходной емкости оптрона

Зависимость К1днн(0 иллюстрируется рис. 3.34,6. Возможны три варианта. Если Со/(Со+Ссв) Ж/, то в процессе включения оптрона определяющей оказывается электрическая связь (см. кривую /), лишь при Хздсв влияние проходной емкости Сд угасает. Если Co/(Cg-f Ccb)<Ki (кривая 3) роль емкости Со относительно невелика. Возможен и частный случай Со/(Со+Ссв)-Ki, в котором электрическая связь на первых порах успешно компенсирует временное бездействие оптического канала (см. прямую 2). Таким образом, в определенных рамках действие проходной емкости Со оказывается полезным.

Все же негативные явления, связанные с проходной емкостью Со. явно преобладают. Существенно влияет на работоспособность оптоэлектронного устройства проникновение по «паразитным» емкостным каналам электрических помех, возникающих в цепях питания и заземления. Заметно возрастает из-за Со вероятность ложного переключения н самовозбуждения оптоэлектронного устройства. По -этому технические меры, обеспечивающие уменьшение проходной емкости Со, резко повышают и качество оптрона и эффективность его применения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Носов Ю. Р. Оптроны для микроэлектронной аппаратуры, - Микроэлектроника и полупроводниковые приборы/ Под ред.

А. А. Васенкова и Я. А. Федотова. - М.: Сов. радно, 1977, вып. 2. с. 138-153.

2. Hertz L. М. General Electric solid state lamps. Pt. П. Applications manual - Cleveland: GEC Publications, 1970. -48 p.

3. Sorensen H. Designers glide to: optoisolators. Pt. 4. - EDN,

1976, V. 21, № 6, p. 86-93.

4. Маттера. Оптрон с внутренним стабилизатором. - Электроника,

1977, т. 50, № 2, с. 75-76.

5. Малышков Г. М., Русланов В. И. Работа фототранзистора в импульсных усилителях. - Электронная техника в автоматике/Под ред. Ю. И. Конева. -М.: Сов. радно, 1971, вып. 2, с. 44-50.

6. Riddle G. С. Bright future for opto-electronics. - Electronic Engineering, 1973, V. 45, № 547, p, 89-92.

7. Kadah Z. Transistor bleeder gives opto-isolator a wide temperature range of operation. - Electronic Design, 1974, v. 22, № 7, p. 44.

8. Сидоров A. C. Диодные и транзисторные ключи.- М.: Связь, 1975.-160 с.

9. Сидоров А. С. Анализ процессов переключения диодных и транзисторных оптронов. - Радиотехника и электроника, 1978, т. 23, № 5, с. 1094-1097.

Глава 4

ЦИФРОВЫЕ и ИМПУЛЬСНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

4.1. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

По современным техническим требованиям быстродействие относится к важнейшим показателям качества электронных приборов и устройств. Для оптронов этот Показатель имеет особое значение. Только малоинерционные оптроны способны эффективно и безотказно взаимодействовать с быстродействующей микроэлектронной техникой при интенсивной информационной загрузке. Таким образом, быстродействие не только отражает способность оптронов оперативно передавать или

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