Оптоэлектронные ИС: результаты макетирования, моделирования маломощных переключений элементов оптронов

 – const при U ? U

;

В известных устройствах с использованием оптопар типа излучатель – ФП (оптических линий связи, волстронов, элементарных оптопар) рабочая точка СД на их ВАХ обычно выбирается ближе к середине линейного участка 2 и носит название режима «большого сигнала». При проектировании оптоэлектронных устройств для ВОЛС это обусловлено характером требований к режиму функционирования – получением номинальной (или максимальной) мощности оптического излучения Р

и передачи ее по ВОК к удаленному ФП. Для оптопар типа СД-ФП это связано со значением коэффициента передачи по току К, величина которого может уменьшаться при приближении к участку 1 [19,29]. Представляется интересным исследование модуляции СД, в котором включение (излучение) СД обеспечивается переводом его в зону 2 ВАХ, выключение – переводом его в зону 1 ВАХ (при близости к U

в обоих случаях, см. рис.1.8в, раздел1, книга1) для реализации мало- и микромощных схем ОЛЭ КИПТ. Это обеспечивает определенные возможности и преимущества: близкий к единице коэффициент модуляции СД, ненасыщенные режимы включения и получения значений токов СД примерно на порядок менее номинальных для выбранных типов оптопар. При этом желательно добиться получения резкого изменения значения дифференциального сопротивления СД при достаточно малом изменении управляющего сигнала и емкости р-n перехода (С

~ ?Q/?U). Эти условия соответствуют режиму «малого сигнала», который отличается повышенной частотой модуляции (примерно на порядок) по сравнению с режимом «большого сигнала». Его представляют в виде наложения на прямой ток СД I

(или напряжение U

) значение прямого смещения – гармонического возмущения на частоте f [14, с.144]: ?I

(?U

) при ?I

/I

<<1 (рис.1.11б, подраздел1.4, книга1]. Если принять I

= I

, то выражение 1.6 для тока (напряжения) I

(U

) примет вид:

где: I

(U

) – значение порогового тока (напряжения) СД;

?I

(?U

) – значение малого изменения прямого тока (напряжения) СД.

В схеме включения СД по рис.1.8а (книга1) значение U

= U

задано резистором R

, а его величина определяется выражением Е – U

= R

· I

. Напряжение питания Е должно иметь высокий коэффициент стабилизации (определяется режимом модуляции СД типа «малый сигнал» и повышенной чувствительностью к значениям I

, ?I

, рис.1.8в, книга1), что достигается применением прецизионных стабилизаторов [6, т.9, с.135]. Недостатком этого режима является разброс параметра I

(U

) СД в регулярных структурах, что преодолевается улучшением их технологий.

В следующем подразделе приведены результаты исследования маломощного переключения СД в макетах схем ОЛЭ и ОЛУ на их основе.

2.4.1. Исследование процессов переключения светодиодов и отклика фотоприемников на макетах маломощных схем модуляторов – инверторов

Для исследований условий переключения выходного СД в схеме ОИ выбраны оптроны с тремя типами ФП: на основе фоторезистора (ФР), n-p-n фототранзистора (ФТр.) и фотодиода (ФД), в которых СД и ФП составляют оптопару – АОР124Б1 (СД-ФР), АОТ101БС (СД-ФТр. с «оборванной» Б) и АОД 120А-1 (СД- p-i-n ФД); параметры оптопар приведены в [29,30]. В состав схемы ОИ, приведенной на рис.2.1а входят: излучающий элемент СД, ФП в виде ФР, входной и выходной ВОК, сопротивление R1, задающее ток СД, основной, дополнительный источники питания (ОИП, ДИП) Е1, Е2. Целью исследования являлось изучение условий переключений выходных СД схемы ОИ (статика, динамика), исследование особенностей поведения ФП при малых значениях подводимой к ним оптической мощности, определение величины коэффициента К. Осуществлялись измерения и расчет параметров маломощного режима переключения СД, ФП в схемах типа ОИ (при напряжении ОИП Е1~ 3,75…5,0В) входной, выходной электрических (оптических) мощностей, коэффициента передачи по току К, построение АЧХ при сниженных значениях электрического тока СД (мощности потребления оптопары) на порядок меньше номинального. Методика расчета электрических элементов схемы маломощного оптоэлектронного инвертора (ОИ) приведена в приложении Б.1 (режим – статика).