Тиристорные оптопары

В тиристорных оптопарах в качестве приемного элемента используется кремниевый фототиристор. Семейство вольт-амперных характеристик фототиристорного оптрона приведено на рисунке 7.13.

Фототиристор, так же как обычный тиристор, имеет четырехслойную структуру p-n-p-n. Конструктивно оптопара выполнена так, что основная часть излучения входного диода направлена на высокоомную базовую область n фоторезистора. К крайним областям – аноду p и катоду n прикладывается внешнее выходное напряжение плюсом к аноду.

Рис. 6.13. Семейство вольт-амперных характеристик фототиристорного оптрона

При облучении в n-базе генерируются пары носителей заряда – электронов и дырок. Электрическим полем центрального (коллекторного) перехода между n- и p-областями носители заряда разделяются. При этом электроны остаются в n-базе, а дырки попадают в p-базу. Происходит инжекция неосновных носителей заряда из крайних переходов структуры, называемых эмиттерными. Лавинообразное нарастание тока через структуру приводит к отпиранию тиристора. Все три перехода оказываются смещенными в прямом направлении, и падение напряжения на фототиристоре в отпертом состоянии получается малым.

Фототиристор, также как и фототранзистор, обладает большим внутренним усилением фототока. В отличие от фототранзистора, включенное состояние фототиристора сохраняется и при прекращении излучения входного диода. Таким образом, управляющий сигнал на тиристорную оптопару может подаваться только в течение небольшого времени, необходимого для отпирания тиристора. Этим достигается существенное уменьшение энергии, необходимой для управления тиристорной оптопарой.

Чтобы запереть тиристор, с него надо снять внешнее напряжение. Если тиристор включается в цепь переменного или пульсирующего напряжения, то выключение тиристора происходит из периодов при уменьшении напряжения и тока через тиристор до значения, при котором не может поддерживаться включенное состояние прибора.

При отсутствии входного сигнала, что соответствует необлученному состоянию базовой n-области, через фототиристор протекает малый темновой ток утечки. Темновой ток сильно зависит от температуры. При повышении температуры на 10°С ток примерно удваивается. Выходные характеристики тиристорной оптопары приведены на рисунке 6.13.

Тиристорные оптопары используют в качестве ключей для коммутации больших токов и высоковольтных цепей, как радиоэлектронного (U = 50÷600 В, I = 0,1÷10,0 A), так и электротехнического (U = 100÷1300 В, I = 6÷320 A) назначения.

Времена переключения тиристорных оптопар находятся в интервале от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Важным достоинством этих приборов является то, что управляя значительными мощностями в нагрузке, они потребляют малую мощность цепями управления и поэтому совместимы по входу с интегральными микросхемами.

Тестовые вопросы к главе 6 «Оптроны»

6.1. Что называется оптроном:

а) прибор, использующий преобразование электрической энергии в оптическую;

б) прибор, использующий преобразование оптической энергии в электрическую;

в) прибор, использующий преобразование электрической энергии в оптическую и оптической энергии в электрическую;

г) прибор, использующий излучатель и фотоприемник не связанные между собой.

6.2. Используя рис., выберите, какое преобразование реализуется узлом оптрона соответствующий номеру 1:

а) преобразование электрического сигнала в электрический;

б) преобразование электрического сигнала в оптический;

в) преобразование оптического сигнала в электрический;

г) преобразование оптического сигнала в оптический.

6.3. Используя рис., выберите, какое преобразование реализуется узлом оптрона соответствующий номеру 3:

а) преобразование электрического сигнала в электрический;

б) преобразование электрического сигнала в оптический;

в) преобразование оптического сигнала в электрический;

г) преобразование оптического сигнала в оптический.

6.4. Какие известные оптроны могут обладать коэффициентом передачи превышающим 1:

а) диодные;

б) диодно-резисторные;

в) диодно-транзисторные;

г) тиристорные.

6.5. Какая емкость характеризует работу СИД при прямом включении:

а) ; б) ; в) ; г) .

6.6. Какая емкость характеризует работу ФД при прямом включении:

а) ; б) ; в) ; г) .

6.7.

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; 1) 5.

Укажите номер, который указывает на корпус СИД:

6.8. Укажите номер, который указывает на корпус ФД:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5.

6.9. Укажите номер, который указывает на световод:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5.

6.10.

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5;

Укажите номер, который указывает на фотоприемник: