Основные электрические характеристики оптоэлектронных коммутаторов серии К294КП

Главная

Основные электрические характеристики оптоэлектронных коммутаторов серии К294КП.

В современной электронной технике всё более широкое распространение получает новый тип твёрдотельных реле - оптоэлектронные коммутаторы на МОП транзисторах, успешное использование которых в системах связи и автоматики вытесняет электромагнитные реле из их традиционных областей применения.

В настоящее время номенклатура выпускаемых приборов выросла на столько, что разработчики релейных схем имеют весьма широкие возможности по выбору компонентов как зарубежного, так и отечественного производства, наиболее полно отвечающих требованиям, предъявляемым при создании различных видов аппаратуры. При этом, знание основных характеристик прибора и физических принципов, определяющих его параметры, может быть весьма полезно.

Рассмотрим более подробно основные электрические и эксплуатационные характеристики оптоэлектронных коммутаторов на примере нескольких типов микросхем, входящих в состав серии К294КП

Как правило, техническая информация доступная потребителям содержит значения параметров, гарантированные изготовителем при приемке и поставке, для температуры окружающей среды 25С±10%. В таблице 1 приведены такие параметры для оптоэлектронных коммутаторов постоянного тока К294КП1АП3, К294КП1ВП3, а также для микросхем К294КП2АП3, К294КП2ВП3, способных коммутировать как постоянный, так и переменный токи.

Таблица 1

Прямое входное напряжение, U_вх.,В (при входном токе I_вх=10мА)	1,2
Прямой входной ток включения, I_вх.вкл.,мА (Т_{окр. ср.}=-40Е+85С)	5
Максимальное прямое входное напряжение выключения, U_{вх.выкл.},В	0,8
Переменное выходное напряжение коммутации, U_ком.~,В, для
К294КП2АП3	60
К294КП2ВП3	400
Постоянное выходное напряжение коммутации, U_ком.=, В, для
К294КП1АП3	60
К294КП1ВП3	400
Максимальный постоянный выходной коммутируемый ток, I_ком., А, для
К294КП2АП3	2,0
К294КП2ВП3	0,45
К294КП1АП3	2.5
К294КП1ВП3	0,6
Максимальное выходное сопротивление во включенном состоянии, R_{вых. м.}, Ом, для
К294КП2АП3	0,2
К294КП2ВП3	4,0
К294КП1АП3	0,1
К294КП1ВП3	2,0
Выходная ёмкость, C_вых.,pF, при коммутируемом напряжении U_ком.=60В	500
Время включения, t_вкл., мс (U_ком.=60В)	4
Время выключения, t_выкл., мс (U_ком.=60В)	1
Сопротивление изоляции вход-выход, R_из., ГОм	100
Напряжение изоляции вход-выход, U_из., В (t=1мин.)	3000
Максимальный прямой входной ток, I_вх.м., мА	25
Кратковременный импульсный прямой входной ток, I_{вх. имп.}, мА (длительность импульса t=100мкс)	150
Максимальное обратное входное напряжение, U_{вх. обр.}, В	3,5
Выходной ток утечки в состоянии выключено, I_ут., мкА	0,1
Максимальная постоянная рассеиваемая мощность, Р_рас.max, Вт, для
К294КП2АП3, К294КП2ВП3	1,43
К294КП1АП3, К294КП1ВП3	1,11
Тепловое сопротивление кристалл - окружающая среда, R_{т. кр.-ср.}, С/Вт, для
К294КП2АП3, К294КП2ВП3	70
К294КП1АП3, К294КП1ВП3	90
Максимально допустимая температура перехода, Т_п.мах, С	125
Рабочая температура окружающей среды, Т_{окр. ср.}, С	минус45 - плюс 85
Температура хранения, С	минус 45 - плюс 125

Оптоэлектронный коммутатор является гибридной интегральной схемой состоящей из кристаллов: светодиода, фоточувствительного драйвера и ДМОП транзисторов. Структурные схемы этих приборов представлены на рис. 1. Пара встречно включенных ДМОП транзисторов обеспечивает низкие выходные токи утечки прибора в состоянии выключено при любой полярности приложенного напряжения.


а) переменного и постоянного тока ;	б) постоянного тока .
VD1 - светодиод; VD2 - VD15 - фотодиод; VT1, VT2 - ДМОП транзистор
Рис. 1 - Структурная схема оптоэлектронного коммутатора.

Светодиод, изготовленный на арсенид-галиевой гетероструктуре типа GaAs/Ga_0,8Al_0,2As, при подаче на вход прибора управляющего сигнала излучает свет в инфракрасном диапазоне спектра. Такой тип светодиода используется во всех приборах серии К294КП, что и определяет их унифицированные входные характеристики, представленные на рис. 2. Следует сразу же оговориться, что все типовые зависимости, рассматриваемые в настоящей статье, приведены для случаев малого или кратковременного импульсного входного и выходного сигналов, исключающих саморазогрев прибора выделяемой мощностью при протекании тока.

Рис. 2 - Входные характеристики оптоэлектронных коммутаторов серии К294КП.

Световой поток, излучаемый светодиодом, попадает в оптический канал, сформированный из прозрачного для инфракрасного излучения компаунда, имеющего высокое пробивное напряжение (свыше 20кВ/мм). Канал длиной 0,5Е3мм позволяет обеспечить надёжную гальваническую изоляцию входных и выходных цепей оптоэлектронного коммутатора. Пройдя через оптический канал, световой поток освещает фоточувствительный драйвер, состоящий из 14 последовательно соединённых фотодиодов и схемы разряда. Генерируемое драйвером фотоэдс подаётся на затворы ДМОП транзисторов, что приводит к изменению состояния на выходе прибора с выключенного на включенное. Зависимость выходного сопротивления рассматриваемых оптоэлектронных коммутаторов от входного тока представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Зависимость выходного сопротивления от входного тока.

Эффективность преобразования входного тока светодиода в фототок цепочки фотодиодов довольно низкая. Входная ёмкость ДМОП транзисторов, составляющая сотни пикофарад, заряжается током величиной всего лишь несколько микроампер, что и объясняет невысокое по сравнению с традиционными транзисторными и тиристорными оптронами быстродействие оптоэлектронных коммутаторов на ДМОП транзисторах. Зависимость времени включения от входного тока для рассматриваемых приборов представлена на рис. 4.


Рис. 4 - Зависимость времени включения от входного тока.

Выключение оптоэлектронного коммутатора осуществляется, входящей в состав фоточувствительного драйвера, специальной схемой разряда, которая обеспечивает быстрый разряд входной ёмкости ДМОП транзисторов после того, как через входной светодиод перестает протекать прямой ток. Благодаря этой схеме время выключения не превышает 1мс во всем рабочем диапазоне температур и не зависит от входного тока.

Выходные зависимости оптоэлектронных коммутаторов полностью определяются типом используемых ДМОП транзисторов, которые обладают высокой степенью линейности вольт амперной характеристики (см. Рис5) . В оптоэлектронных коммутаторах переменного тока один из ДМОП транзисторов работает в инверсном включении, при котором, включенный в прямом направлении диод сток-исток, шунтирует сопротивление канала. ётим объясняется уменьшение дифференциального сопротивления микросхемы К294КП2ВП3 при больших выходных напряжениях.


Рис. 5 - Выходные характеристики.

Выходное сопротивление приборов обладает определенной температурной зависимостью, которая в нормированном виде (N_R= R_выхТ/R_вых25) представлена на рис. 6.

Рис. 6 - Зависимость выходного сопротивления от температуры среды.

Одной из характеристик механического контакта, которую в принципе не могут повторить изделия полупроводниковой электроники, является полное отсутствие тока в разомкнутом состоянии. Рассматриваемые приборы в выключенном состоянии имеют ток утечки, показанный на рис. 7. При проектировании электронной аппаратуры с использованием оптоэлектронных коммутаторов следует учитывать, что выключенным состоянием прибора считается состояние, при котором напряжение на входе меньше 0,8В. Входной ток величиной всего лишь в десятые доли миллиампера вызывает многократное увеличение тока утечки на выходе прибора. Зависимость тока утечки от напряжения, показанная на рис. 7 справедлива при приложении к выходным контактам постоянного напряжения, при коммутации переменного тока может возникать существенная утечка через выходную ёмкость закрытого ДМОП транзистора.

Рис. 7 - Зависимость тока утечки от приложенного напряжения и температуры.

Выбирая оптоэлектронные коммутаторы с наилучшим сочетанием электрических параметров, следует принять во внимание, что с увеличением напряжения пробоя на выходе в выключенном состоянии, выходное сопротивление во включенном состоянии будет так же увеличиваться. Для коммутации постоянного тока эффективней использовать микросхемы К294КП1АП3 и К294КП1ВП3, которые при прочих равных условиях имеют меньшее выходное сопротивление по сравнению с более дорогими оптоэлектронными коммутаторами переменного и постоянного тока К294КП2АП3 и К294КП2ВП3.

B началo страницы