Что такое оптоэлектронные ИМС?

Оптоэлектронными называют такие ИМС, в состав которых входят оптроны. Оптоэлектронные ИМС выполняют различные функции, но основным их назначением является коммутация цепей постоянного и переменного токов, обеспечения гальванической развязки источника сигналов и приемника.

Классификация. Оптоэлектронные ИМС классифицируют по конструктивно-технологическиv выполнением. Различают полупроводниковые, пленочные и гибридные оптоэлектронные ИМС. Первые из них содержат интегральные монолитные оптроны, вторые — интегрированные пленочные, третьи — навесные.
Еще оптоэлектронные ИМС классифицируют по функциональным назначением. По этому признаку выделяют три основные группы оптоэлектронных ИМС: переключательные, линейные и релейные. Первые две группы служат естественным дополнением обычных цифровых и линейных ИМС. В них оптроны являются преимущественно элементами гальванической развязки источника сигналов и приемника; микросхемы третьей группы используют оптроны как элементы бесконтактного управления.

Условные изображения и обозначения. Условные изображения оптоэлектронных ИМС аналогичные условным изображением обычных ИМС. В их условном обозначении на первом месте стоит цифра 3 (см. в начале раздела 2).

Строение. Основным элементом любой оптоэлектронной ИМС является оптронная пара, состоящая из источника света, руководствуется входным сигналом, и фото приемника.

Интегрированные оптроны

Рис. 1. Интегрированные оптроны: а — монокристаллический: 1 — фотоизлучатель; 2 — фотоприемник; 3 — световод;
4, 4 ‘, 5, 5’ — внешние выводы; б — тонкопленочный: 1 — стеклянная основа; 2 — фоторезистивна пленка; 3 — электролюминофоры; 4 — прозрачные электроды; 5 — непрозрачные электроды; в — планарно-эпитаксиальный на сапфировой подложке: 1 — подложка; 2 — фотовипроминювач; 3 — фотоприемник; 4 — световод; 5 — электроды; г — планарный: 1 — фотовипроминювач; 2 — световод; 3 — фотоприемник

Конструктивно оптоэлектронные ИМС подобные обычных ИМС. Наличие в них оптронов с внутренной оптической связью не требует вносить конструктивные изменения в корпуса. Вместе с тем, конструктивные и технологические особенности полупроводниковых, пленочных и гибридных ИМС приводят к тому, что в первых из них источниками света и фотоприемниками служат соответственно интегрированные свето- и  фотодиоды, в других — интегрированные пленочные электролюминесцентные конденсаторы и пленочные фоторезисторы, в третьих используют бескорпусные элементарные оптроны вместе с бескорпусными согласительными компонентами или полупроводниковыми ИМС, которые подключаются в основном к фотоприемнику. Типовые конструкции некоторых интегрированных оптронов приведены на рис. 1. В типичной переключающий оптоэлектронных ИМС (рис. 2, а) диодный оптрон нагруженный на один из вентилей базового кристалла ТТЛ-ИМС стандартной серии,

Электрические схемы оптоэлектронных ИМС

Электрические схемы оптоэлектронных ИМС

Рис. 2. Электрические схемы оптоэлектронных ИМС: а — инвертор-переключатель; б — линейный ключ; в — реле постоянного тока

с схемы которого изъято многоэмитерный транзистор, а сопротивление нагрузки в базовом кругу входного транзистора увеличено. Это позволяет получить необходимый коэффициент усиления. В оптоэлектронных ИМС линейного ключа (рис. 2, б) оптроны работают в фотовентильном режиме, выполняя, по сути, функции импульсных транзисторов. Интегрированный прерыватель на выходе ИМС позволяет комутировать аналоговые сигналы. Эта ИМС лишь частью (по выходным кругом) относится к линейной. За оптронным каналом — это обычное коммутирующие устройство. В оптоэлектронных ИМС реле постоянного тока (рис. 2, в) предусмотрено два входных круга — включение и выключение; введение дополнительного оптрона предотвращает самовключению выходного тиристора при переходных процессов. Существует много других оптоэлектронных ИМС, которые отличаются количеством, типом и розмещениям оптронов. Среди них оптоэлектронный ключ с усилителем на основе р-i-n-диодного оптрона (рис. 3), который предназначен для передачи логической информации.

Безымянный

Рис 3. Оптоэлектронный ключ с усилителем на основе р-i-n-диодного оптрона

Одной из важнейших и сложных является оптоелектронная линейная ИМС, её назначения для неискаженной передачи по гальванически розвязаному кругу аналоговых сигналов. Сложность этой проблемы заключается в том, что для линеализации передаточной характеристики в широком диапазоне токов и температур необходима петля обратной связи, которую
невозможно реализовать при наличии гальванической развязки. Поэтому используют два идентичных оптроны, один из которых выступает вспомогательным элементом, который обеспечивает обратную связь (рис. 4).

Безымянный

Рис. 4. Оптоэлектронная ИМС для передачи аналоговых сигналов: 01, 02 — оптроны; П1, П2 — операционные усилители

Работа. На входах оптоэлектронных ИМС стоят оптроны с прямой внутренной оптической связью. При поступлении на их вход электрического сигнала изменяется яркость свечения источника света. Эти изменения через внутреннюю оптическую связь передаются на фотоприемник, который в соответствии к ним меняет свое внутреннее сопротивление. Это вызывает соответствующее изменение режима работы всей ИМС, то есть ее переход из одного устойчивого состояния в другое.

Свойства. Приведенные выше оптоэлектронные ИМС имеют все преимущества ИМС (высокая надежность, высокая плотность компоновки элементов, низкая стоимость). Вместе с тем, применение в них оптронов обеспечивает гальваническую развязку входа и выхода, в результате чего повышается быстродействие возрастает помехоустойчивость,
обеспечивается бесконтактное управление мощными электрическими цепями. Основные параметры оптоэлектронных ИМС определяет их функциональное назначение. Вместе с тем, применение в них оптронов требует дополнительных параметров для описание их свойств. Ими являются сопротивление развязки по постоянному току, коэффициент передачи фототока (отношение фототока приемника к фототоку излучателя), время переключения и проходная емкость. Типичные их
значение: сопротивление развязки по постоянному току ≈ 10Ом; коэффициент передачи фототока 3 … 5%; время переключения 100 … 200 пс; проходная емкость — единицы пФ.

Применение. Переключательные оптоэлектронные ИМС применяют для высокоскоростной передачи цифровой информации по гальванически развязанных электрическом кругу. Линейные оптоэлектронные ИМС используют для неискаженной передачи аналоговых сигналов по гальванически развязанных электрических цепях. Оптоэлектронные реле применяют для бесконтактного управления электрическими цепями.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*