В транзисторных оптопарах значение выходного тока обычно достаточно для действия последующих устройств. В качестве фотоприемника чаще всего используются кремниевые планарные п-р-п-транзисторы с внешними выводами только эмиттера и коллектора, иногда выводят и базовый электрод. В качестве излучателя используются ареенидогаллиевые излучающие диоды.
Рис. 6.10. Зависимость коэффициента передачи тока транзисторной
оптопары от температуры
Характеристики транзисторной оптопары существенно отличаются от аналогичных характеристик диодной. Передаточная характеристика по току существенно отклоняется от линейной зависимости, причем тем больше, чем выше усилительные свойства самого транзистора и чем больше входной ток. Температурная зависимость коэффициента передачи по току иллюстрируется рис. 6.10. При больших входных токах (кривая 2) эта зависимость такая же, как и у диодной оптопары, при малых (кривая 1) существенно отличается. Характер рассмотренных зависимостей объясняется видом зависимости излучательной способности излучателя и коэффициента передачи фототранзистора от температуры и тока.
Рис. 6.11. Транзисторная оптопара в ключевом
режиме эксплуатации
Существенное повышение коэффициента передачи возможно в оптопаре с составными фототранзисторами. Однако при этом обычно значительно снижается быстродействие и ухудшается температурная стабильность. Так, при изменении температуры от 25 до 100 °С темновой ток составного транзистора возрастает на 4 – 5 порядков, тогда как у обычного фототранзистора это изменение не превышает 2 – 3 порядков. В результате приходится снижать предельную рабочую температуру оптопары.
Вследствие, прежде всего, высокой нелинейности передаточной характеристики транзисторных оптопар, а также сильной температурной зависимости параметров, высокого уровня шумов и узкой полосы рабочих частот транзисторные оптопары относительно редко применяются для передачи аналогового сигнала.
Основной режим эксплуатации транзисторных оптопар – ключевой (рис. 6.11). Критерий насыщения фототранзистора оптопары при заданном коллекторном токе насыщения () можно представить в виде:
,
где – входной граничный ток оптопары.
Наибольший коэффициент передачи по току (до 100 и более) и наибольшее значение выходных токов и напряжений имеют оптопары с составным транзистором. Однако этот класс транзисторных оптопар обладает наихудшим быстродействием ( мкс). Наибольшее быстродействие имеют диодно-транзисторные оптопары (мкс).
Рис. 6.12. Зависимости временных параметров диодно-транзисторных
оптопар: а – от входного тока; б – от температуры
Зависимости временных параметров от выходного тока (рис. 6.12, а) носят характер, аналогичный характеру зависимостей диодных оптопар. Подтверждается общая для всех оптопар с СИД особенность – резкое возрастание при переходе к малым (для большинства транзисторных оптопар область < 10 мА является нерабочей областью). При повышении температуры инерционность транзисторных оптопар увеличивается (рис. 6.12, б).