Исследование многоканальных оптоэлектронных

ф
I
ф
U
опт
вх
R
88
,
0
.

(20) 
В таблице 1 даны сравнительные значения параметров предложенных ОКАС 
№ 
схемы 
включ
ения 
Схема включения 
Ток коммутации 
и 
коэффициент 
передачи тока 
Остаточное 
напряжение 
Сопротивл
ение 
в 
открытом 
состоянии 
Максимал
ьное 
коммутир
уемое 
напряжен
ие 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
1 
СД
I
упр
ФД
1
ФД
2
2
10
5
1000
...
200




i
ком
K
мкА
I
мВ
K
K
m
i
i
T
r
2
...
1
ln
2
1



Ом
I
K
m
упр
T
r
200
...
100
2
12



Пробивное 
напряжение 
(Uпр)
2 
ФТ
1
ФТ
2
СД
I
упр
1
10
)
1
(
2




инв
i
ком
В
K
мА
I
мкВ
В
В
m
T
r
100
...
40
2




Ом
B
I
K
m
инв
упр
i
T
r
100
...
50
2



пр
Э
пр
K
U
U
.
.

3 
СД
I
упр
ФТ
2
ФТ
1
1
10
)
1
(
100
...
40





В
В
K
мА
I
инв
i
ком
мкВ
В
В
m
T
r
50
...
20
5
,
0
2




Ом
B
I
K
m
инв
упр
i
T
r
40
...
20
5
,
0



пр
Э
U
.

---

14 
4 
I
упр
VT
1
VT
2
2
10
5
1
1





инв
инв
i
ком
В
K
мА
I

мкВ
В
В
m
T
r
100
...
40
2




инв
упр
i
T
r
B
I
K
m

4
пр
Э
U
.
5 
VT
1
VT
2
I
упр
СД
1…..
Сд
4
ФД
1...
ФД
4
1
10
2



èíâ
i
êîì
Â
K
ìÀ
I
мкВ
В
В
m
T
r
200
...
100
2




Ом
B
I
K
m
инв
упр
i
T
r
100
...
50
2



пр
Э
пр
K
U
U
.
.

6 
VT
1
VT
2
I
упр
Сд
2
СД
3
СД
4
СД
1
ФД
4
ФД
3
ФД
2
ФД
1
5
...
2
)
1
(
100
...
40




В
В
K
мА
I
инв
i
ком
мкВ
В
В
m
T
r
100
...
50
5
,
0
2




Ом
B
I
K
m
инв
упр
i
T
r
40
...
20
5
,
0



пр
Э
U
.
Оптоэлектронные многоканальные коммутаторы. 
Вх.1
Вх.3
Вх.n
Вых.1
Вых.2
Вых.3 Вых.n
Вх.2
УК
УФС
Вх1
Вых.n
a)
б)
Рис. 6. Электрические схемы оптоэлектронной матрицы (а) и оптоэлектронной коммутационной 
ячейки (б): УК - управляющий ключ; УФС - устройство формирования сигнала 
Рассматриваемые на базе диодных ОЭК оптоэлектронные коммутаторы 
являются приборами дискретного действия (включено -выключено) и, как правило, 
программа их работы задается цифровыми устройствами. Поэтому необходимым 
«нижним» уровнем интеграции оптоэлектронных многоканальных коммутаторов 
ОЭМК является обеспечение возможности управления ключевым элементом сигнала от 
стандартных логических ТТЛ-схем. 
Интеграция «вширь» предполагает увеличение числа коммутируемых каналов в 
одной интегральной схеме. Дальнейшим уровнем повышения интеграции «вглубь» 
является объединение диодных ОЭМК и схем управления. 
В четвертой главе
рассмотрена и получена система параметров 
оптоэлектронных коммутаторов. Система параметров ОЭМК базируется на анализе 
физических процессов, происходящих в приборах, используемых в различных схемах и 
системах. 
Физическая интерпретация исключает возможность введения в системы таких 
параметров, которые характеризуют прибор лишь в частных случаях применения. 
Кроме того, выбор электрических и температурных режимов измерения параметров 

---

15 
также должен основываться на результатах исследования физических процессов в 
ОЭМК. 
Работа ОЭМК должна описываться следующей системой характеристик: 

электрических (прямая и обратная ветви вольтамперной характеристики), 
позволяющих описать работу в ОЭМК в электрической схеме; 

спектрофотометрических, списывающих энергию излучения, его 
спектральный состав и распределение излучения в пространстве; 

передаточно-преобразовательных, 
устанавливающих 
связь 
между 
электрическими и спектрофотометрическими параметрами. 
Полупроводниковые излучающие диоды благодаря высокой эффективности, 
долговечности находят широкое применение в ОЭМК. 
Полученная система параметров излучающих диодов для ОЭМК представлена в 
таблице 2. 
Таблица 2.
Система параметров излучающих диодов для ОЭМК 
Электрические и светотехнические параметры 
Постоянное прямое излучение, В 
пр
U
Мощность излучения, Вт 
Р 
Сила излучения, Вт/ср 
I 
Длина волны излучения, мкм 
max

Ширина спектра излучения, мкм 
5
.
0


Длительность, с: 
фронта нарастания импульса излучения 
нар
t
cпада импульса излучения 
сп
Т
Время задержки, с: 
При включении 
вкл
зд
t
.
При выключении 
выкл
зд
t
.
Конструктивный параметр: 
Площадь светоизлучающей площадки, мм
2
S 
Максимально допустимые параметры режима эксплуатации: 
Постоянный прямой ток, А 
пр
I
Импульсный ток, А 
и
пр
I
.
Средний прямой ток, А 
ср
пр
I
.
Постоянное обратное напряжение, В 
обр
U
Средняя (постоянная) рассеиваемая электрическая мощность, Вт 
ср
Р
Важнейшие параметры указанных групп излучающей мощность излучения, 
длина волны в максимуме спектральной полосы, полуширина полосы, быстродействие 
и прямое напряжение. В ряде случаев для оценки эффективности излучающих диодов 
используют такой параметр, как внешний ход излучения. 

---

16 
Фотоприемник как преобразователь энергии излучения является важнейшим 
элементом любого ОЭМК. Именно фотоприемник в современных ОЭМК определяет 
основные выходные параметры: ток, коммутируемое напряжение, быстродействие и др. 
Свойства фотоприемников для ОЭМК наиболее полно могут быть описаны 
системой параметров, выражающих зависимость уровней сигнала и шума на выходе 
фотоприемника от различных факторов: силы падающего излучения, скорости 
изменения воздействующего излучения, температуры окружающей среды, напряжения 
питания и др. 
Основными характеристиками фотоприемника для ОЭМК являются: 

амплитудная (энергетическая или световая), определяющая зависимость 
фототока (фотоЭДС) от уровня возбуждающего потока излучения; 

временная, определяющая зависимость выходного сигнала от скорости 
изменения потока излучения; 

шумовая, определяющая зависимость спектральной плотности мощности шума 
от частоты; 

вольт-амперная, определяющая зависимость общего тока через приемник 
(фототока 
и 
темнового 
тока) 
от 
значений 
приложенных 
напряжений; 
Полученная система параметров фотоприемников для ОЭМК представлена в таблице. 
Таблица 3 
Спектрофотометрические параметры 
Длина волны в максимуме чувствительности, мкм 
max

Спектральный диапазон, мкм 


Электрические параметры 
Фототок при заданной мощности излучения, А 
ф
I
Темновой ток, А 
Т
I
Емкость, Ф 
С 
Сопротивление, Ом 
фп
R
Остаточное напряжение, В 
ост
U
Длительность, с: 
Фронта нарастания сигнала 
нар
t
Спада сигнала 
сп
t
Время задержки, с: 
При включении 
вкл
зд
t
.
При выключении 
выкл
зд
t
.
Конструктивный параметр: 
Площадь фоточувствительной площадки, мм
2
S 
Максимально допустимые параметры режима эксплуатации: 
Выходной ток, А 
вых
I
Выходное обратное напряжение, В 
max
.
.
обр
вых
U
Мощность рассеяния на выходе, Вт 
max
.
вых
P

---

17 
За последние годы проблема получения достоверных результатов измерений 
параметров в оптоэлектронике существенно обострилась. Это вызвано ужесточением 
требований к точности измерений, необходимостью автоматизации измерений при 
массовом выпуске ОЭМК и ОЭМК (например, оптоэлектронных каналов, волстронов). 
Поскольку ОЭМК являются изделиями, поставляемыми на предприятия всех 
отраслей народного хозяйства, выпускающих и эксплуатирующих радиоэлектронную 
аппаратуру, то проблема обеспечения единства измерений параметров в производстве 
ОЭМК у изготовителя и на входном контроле у потребителя является важнейшей. 
Необходимость непрерывного повышения точности измерения параметров 
ОЭМК, единства их измерений, особенно при отсутствии стандартизованных методов 
измерения новых функциональных групп ОЭМК и ОЭМК для перспективных 
радиоэлектронных и вычислительных систем и комплексов, требует серьезного 
внимания к методологии измерения параметров ОЭМК и их аппаратурной реализации. 
Сущность всех методов светотехнических измерений параметров излучающих 
диодов состоит в фотоэлектрическом сравнении параметров исследуемых приборов с 
соответствующими параметрами контрольных образцов, сила или мощность излучения 
которых известна с высокой точностью, в этом случае искомое значение параметра 
излучения рассчитывается по формуле: 
)
(
0
0
фп
фпк
изл
изл
i
i
I
I

(21) 
Где 
I
изл0
 
- сила излучения контрольного излучающего диода; 
i
фп0
,
i
фпк
- фототок 
фотоприемника фотометра при освещении его излучением контрольного и 
исследуемого излучающего диодов, соответственно. 
При этом необходимо выполнение следующих требований: 

спектральная и пространственная плотность потока излучения 
контрольного 
образца 
должна 
полностью 
соответствовать 
аналогичным 
характеристикам испытуемого прибора; 

расстояние от фотоприемника фотометра до контрольного и 
исследуемого источников излучения должны быть равны, а их оптические оси в 
пространстве совпадать с оптической или геометрической осью фотоприемника. 
Очевидно, что использование метода сравнения (замещения) обеспечивает 
контроль параметров излучения с погрешностью, не превышающей погрешность 
излучения аналогичных параметров контрольного образца. Методы определения 
мощности излучения контрольного образца излучающего диода, с учетом 
спектральных характеристик излучателя и фотоприемника даны. 
Для фотоприемников ОЭМК наибольший интерес представляет измерение 
фототока и темнового тока. При измерении используют эталонный источник излучения 
или реальный источник, чувствительность фотоприемника, к которому необходимо 
определить. Структурная схема измерения фототока и темнового тока фотоприемника 
приведена на рис. 7. Фотоприемник освещают и измеряют его общий ток при тех же 
значениях питающих напряжений, что и при измерении темнового тока. Значение 
фототока определяют из соотношения 
Т
I
общ
I
ф
I


(22) 
где 
I
ф
- фототок; 
I
общ
- общий ток; 
I
т
- темновой ток. 

---

18 
БП1
ИД
БП2
ИФ
РП
RИ
Рис. 7. Блок схема измерения фототока и темнового тока фотоприемника: БП1, БП2 – блоки 
питания; ИД — излучающий диод; ИФ - измеряемый фотоприемник; РП- регистрирующий прибор, RИ – 
измеритель сопротивления 
Чувствительность фотодиодов на определенной длине волны определяется 
методом сравнения с калиброванным фотодиодом при засветке одним и тем же 
излучающим диодом. Чувствительность прибора на данной длине волны вычисляют по 
формуле 
K
K
I
S
S



(22) 
где 
S
λK
- чувствительность калиброванного фотодиода на данной длине волны;
I
к
- показания регистрирующего прибора с калиброванным фотодиодом; 
I
- показания 
регистрирующего прибора с измеряемым прибором. 
В