9.4. Оптрон (оптопара).

Оптрон – полупроводниковый прибор, содержащий источник излучения и приемник излучения, объединенных в одном корпусе и связанные между собой оптически, электрически и одновременно обеими связями. Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

В резисторных оптронах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 10⁷…10⁸ раз. Кроме того, вольт-амперная характеристика фоторезистора отличается высокой линейностью и симметричностью, что обусловливает широкую применимость резистивных оптопар в аналоговых устройствах. Недостатком резисторных оптронов является низкое быстродействие – 0,01…1 с.

В цепях передачи цифровых информационных сигналов применяются главным образом диодные и транзисторные оптроны, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей – тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных и транзисторных оптронов характеризуется временем переключения, которое часто лежит в диапазоне 5…50 мкс.

Рассмотрим подробнее оптопару светодиод-фотодиод (рис. 9.4.1,а). Излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод – в прямом (режим фотогенератора) или обратном направлении (режим фотопреобразователя). Направления токов и напряжений диодов оптопары приведены на рис. 9.4.1 ,б.

Рисунок 9.4.1. Схема оптопары (а) и направление токов и напряжений в ней (б)

Изобразим зависимость тока i_вых от тока i_вх при u_вых=0 для оптопары АОД107А (рис.9.4.2). Указанная оптопара предназначена для работы как в фотогенераторном, так и в фотопреобразовательном режиме.

Рисунок 9.4.2. Передаточная характеристика оптопары АОД107А

9.5. Фототранзистор и фототиристор.

Внешний вид и условные обозначения фототранзистора представлены на рив 9.5.1 и рис. 9.5.2.

а) б)

Рисунок 9.5.1. Внешний вид фототранзисторов.

Рисунок 9.5.2. Условное изображения фототранзистора.

Выходные характеристики фототранзистора подобны выходным характеристикам обычного биполярного транзистора, в котором положение характеристик определяется не током базы, а уровнем освещенности (или величиной светового потока). Свойства фототиристора подобны свойствам обычного тиристора, однако с той лишь особенностью, что включение тиристора осуществляется не с помощью импульса тока управления, а с помощью светового импульса.

а) б)

Рисунок 9.5.3, а) – внешний вид фототиристора, б) – условное обозначение двухвыводного фототиристора.

9.6. Фотоэлектронный умножитель.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – электронный прибор в котором ток фотоэмиссии усиливается за счет электронной эмиссии. Внешний вид прибора представлен на рис. 9.6.1 ФЭУ помимо катода и анода содержит несколько дополнительных электродов, называемых динодами (см. рис. 9.6.2). Их наличие позволяет усиливать фототок. Между катодом и анодом подключают источник питания. Диноды подключают к делителю напряжений так, чтобы напряжение между соседними электродами составляло 50…150 В. Фотоны попадающие на катод выбивают с его поверхности, вследствие внешнего фотоэффекта, первичные электроны, которые притягиваются динодами, из-за разности потенциалов между ними. Движение электронов, от катода к аноду сопровождается образованием вторичных электронов (см. рис. 9.6.2 б), которые выбиваются с поверхности динодов первичными электронами и притягиваются последующим динодом вследствие разности потенциалов между ними. Отношение числа вторичных электронов к первичным называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии σ. Энергетическая характеристика ФЭУ линейна в широком диапазоне световых потоков.

Достоинства прибора - высокая чувствительность.

Недостаток - сложность конструкции и необходимость высоковольтных источников питания (около 1000 В). ФЭУ применяют в качестве приемников в спектральной аппаратуре.

Рисунок 9.6.1. Фотоэлектронные умножители.

Рисунок 9.6.2 а) схема включения ФЭУ в цепь: 1 – катод, 2 – диафрагма, 3 – диноды, 4 – анод; б) электронная эмиссия.

Контрольные вопросы:

1. В чем проявляется внешний фотоэффект?

2. В чем проявляется внутренний фотоэффект?

3. Может ли фоторезистор работать на переменном токе?

4. Что такое фототок?

5. Что такое энергетическая характеристика фоторезистора?

6. Что такое вольтамперная характеристика фоторезистора?

7. Что такое спектральная характеристика фоторезистора?

8. Какие применения фотодиода вы знаете?

9. В каких режимах работает фотодиод?

10. Что такое фотоэлектронный умножитель?

11. Какие применения фотоэлектронного умножителя Вы знаете?

12. Какими недостатками обладает фотоэлектронный умножитель?

13. Какими электродами обладает фотоэлектронный умножитель?

14. Что такое темновой ток?