| |
Л. Коган
Компоненты для оптопар с открытым оптическим каналом
Оптопары с открытым оптическим каналом находят применение в устройствах считывания информации, счёта движущихся предметов, контроля положения объектов, обнаружения разрывов ленты, контроля вибрации, в системах дистанционного управления, в охранных системах с созданием лучевых барьеров и т.п.
В настоящей статье представлены характеристики современных излучающих диодов инфракрасного диапазона (ИК-диодов), фотодиодов и фототранзисторов, предназначенных для использования в оптопарах с открытым оптическим каналом.
ИК-диоды
ИК-диоды изготавливаются на основе многопроходных двойных гетероструктур (МДГС) в системе GaAlAs. При легировании мелкозалегающими примесями длина волны излучения в максимуме спектральной полосы (lmax) находится в диапазоне 800...900 нм, при легировании кремнием — lmax = 920±10 нм. Для получения lmax = 950±10 нм используют структуру GaAs:Si. Внешний квантовый выход излучения (hвн) наиболее эффективных ИК-диодов достигает 35%. Время нарастания и спада импульса излучения по уровням 0,1–0,9 для приборов из GaAlAs с мелкозалегающими примесями не превышает 30 нс. Излучение ИК-диодов с lmax = 920...950 нм невидимо для человеческого глаза.
Фотометрические и электрические параметры ИК-диодов с углом излучения (2q0,5), равным 25...30 град, приведены в табл. 1. ИК-диоды выполнены в полимерном полусферическом корпусе Ж5x9 мм.
Таблица 1. Фотометрические и электрические параметры при Т=25±10°С
| Наименование параметра, единица измерения |
Типы приборов |
| АЛ165Б |
АЛ165В |
АЛ165Г |
АЛ165Д |
АЛ165Е |
Y-226A |
Y-226Б |
Y-226B |
Y-111A |
Мощность излучения, Ре, в угде 1 стерадиан при токе 100 мА, мВт,
не менее
типичное значение
максимальное значение |
15,0
18,0
20,0 |
20,0
23,0
25,0 |
25,0
28,0
40,0 |
15,0
18,0
20,0 |
20,0
23,0
25,0 |
25,0
27,0
30,0 |
30,0
35,0
40,0 |
35,0
38,0
42,0 |
12,0
13,5
15,0 |
| Полная мощность излучения, Ре, при токе 100 мА, мВт, типичное значение |
25,0 |
32,0 |
39,0 |
25,0 |
32,0 |
39,0 |
46,0 |
50,0 |
20,0 |
| Сила излучения, Je, при токе 100 мА, мВт/ср, типичное значение |
60,0 |
80,0 |
100,0 |
60,0 |
80,0 |
100,0 |
110,0 |
130,0 |
50,0 |
Прямое напряжение, Uпр, при токе 100 мА, В
не более
типичное значение |
1,8
1,5 |
2,0
1m5 |
1,8
1,5 |
2,2
1,65 |
1,4
1,32 |
| Длина волны излучения в максимуме спектральной полосы, Lmax, нм |
870±20 |
920±10 |
870±20 |
950±10 |
| Полуширина спектра излучения по уровню 0,5, нм, DL0,5, типичное значение |
35 |
50 |
35 |
50 |
Время нарастания и спада импульса излучения по уровням 0,1...0,9, tсп, нс
не более
типичное значение |
30
20 |
500
200 |
30
20 |
500
200 |
| Мощность излучения в угле 1 срерадиан в импульсном режиме, Реи при Jпр.и=1,5А, мВт, типичное значение |
270 |
340 |
420 |
270 |
340 |
420 |
520 |
570 |
200 |
ИК-диоды АЛ165Д, АЛ165Е и У-111А предпочтительны для использования в пультах дистанционного управления телевизорами в связи с максимумом спектральной чувствительности используемых фотодиодов 920...950 нм. ИК-диоды АЛ165Г и У-226 являются наиболее эффективными и быстродействующими.
Для увеличения дальности действия оптопар с открытым оптическим каналом разработаны узконаправленные ИК-диоды, выполненные в полимерном корпусе с эллиптическим куполом. Излучающий кристалл располагается во втором от световыводящей поверхности фокусе эллипса. Основные фотометрические параметры приборов приведены в табл. 2.
Таблица 2. Фотометрические и электрические параметры узконаправленных ИК-диодов
| Наименование параметра, единица измерения |
Типы приборов |
| Y-151A |
Y-151Б |
Y-151Г |
Y-162B |
Y-162E |
Je при Iпр=100 мА, мВт/ср,
не менее
типичное значение
максимальное значение |
100
120
150 |
150
170
200 |
200
250
300 |
200
250
300 |
400
450
500 |
Uпр при Iпр=100 мА, В,
не более
типичное значение |
1,8
1,5 |
1,8
1,5 |
2,2
1,65 |
1,8
1,5 |
2,2
1,65 |
| 2Q0,5 град, типичное значение |
10 |
10 |
10 |
7 |
7 |
| Jе.и при Iпр.и=1,5 А, Вт/ср, типичное значение |
1,8 |
2,5 |
3,7 |
3,7 |
6,7 |
lmax приборов составляет 870±20 нм, Dl0,5 » 35 нм, tн и tсп не более 30 нс. ИК-диоды типа У-151 выполнены в корпусе Ж5 мм, типа У-162 — в корпусе Ж10 мм.
В тех случаях, когда важны малые габариты оптопары, могут быть использованы ИК-диоды Ж3 мм типа У-103. Фотометрические параметры ИК-диодов приведены в табл. 3.
Таблица 3. Мощность излучения ИК-диодов типа Y-103
| Наименование параметра, единица измерения |
Типы приборов |
| Y-103B |
Y-103Г |
Ре в угле 1 стерадиан при Iпр=100 мА, мВт,
не менее
типичное значение
максимальное значение |
15
17
20 |
20
22
25 |
| Ре и в угле 1 стерадиан при Iпр.и=1,5 А, мВт, типичное значение |
250 |
330 |
2q0,5 приборов составляет 50±10 град, lmax = 870±10 нм, Uпр Ј 1,8 В, tн и tсп не более 30 нс.
Фотодиоды
Фотодиоды из кремния обладают наилучшим сочетанием фотоэлектрических параметров применительно к оптопарам с открытым оптическим каналом. Они обладают высокой фоточувствительностью, особенно в диапазоне энергий излучения полупроводниковых ИК-диодов, высоким быстродействием, а также линейностью характеристик в широком диапазоне мощности излучения. Фотодиоды имеют малые значения паразитных параметров (темновой ток, ёмкость и т.п.), высокие обратные напряжения и характеризуются высокими эксплуатационными характеристиками.
Ниже представлены характеристики семейства высокочувствительных фотодиодов, выполненных по планарной технологии.
Фотодиод типа КОФ125А в селективно-прозрачном полимерном корпусе Ж5 мм с полусферическим куполом предназначен для использования в системах дистанционного управления, для обнаружения проникновения в системах охраны помещений и периметров объектов, для оптической связи в атмосфере, в локальных и территориальных компьютерных сетях, в системах контроля состояния атмосферы (наличие дымов или других светорассеивающих газов), в оптоэлектронных датчиках систем автоматики и т.п. Фотодиод характеризуется высокой чувствительностью и быстродействием (табл. 4).
Таблица 4. Фотометрические и электрические характеристики фотодиодов
| Наименование параметра, единица измерения |
Типы приборов |
| КОФ125А |
КДФ118Б |
У-99 |
У-160 |
У-262 |
У-69 |
У-180 |
У-79 |
| Угол приема излучения, q0,5,град |
±15 |
±60 |
±60 |
±30 |
±55 |
±60 |
±30 |
±45 |
| Площадь фоточувствительной площадки, S,мм2 |
0,7 |
23,5 |
8,5 |
8,5 |
8,5 |
2,0 |
0,7 |
2,0 |
Фототок (Ip) при энергетической облученности Ее=1 мВт/см2 на Lmax=0,87 мкм и при Up=10 В, мкА,
не менее
типичное значение
максимальное значение |
40
60
80 |
120
130
140 |
30
40
50 |
150
200
300 |
50
60
70 |
8
10
12 |
12
16
20 |
10
15
20 |
Темновой ток, IT, при Up=10 B, нА
не более
типичное значение
минимальное значение |
5
1
0,1 |
100
50
10 |
20
5
1 |
20
5
1 |
20
5
1 |
10
2
0,5 |
5
1
0,1 |
10
1,5
0,1 |
Емкость при Up= 10 В, С, пФ,
типичное значение
максимальное значение |
7
10 |
80
110 |
25
40 |
25
40 |
25
40 |
15
25 |
7
10 |
15
20 |
Время нарастания и спада фототока (tн,tсп) по уровням 0,1-0,7 при Up= 10 В и Rн= 50 Ом, нс,
не более
типичное значение |
15
10 |
300
200 |
250
150 |
250
150 |
250
150 |
50
20 |
15
10 |
50
20 |
Фотодиоды КДФ118Б, У-99, У-160 и У-262 выполнены в селективно-прозрачном или прозрачном корпусе с размерами 12x9x4,5, 6x5,7x2 мм, Ж10x12,5 и Ж9,2x3,5 мм, соответственно. Фотодиоды характеризуются высокой фоточувствительностью при большом угле приёма излучения (табл. 4). Фотодиод У-160 эффективно используется в системах передачи звука ИК-лучом и синхронного перевода, в которых фотодиод монтируется в оголовье наушников слушателя.
Фотодиод У-180 является малогабаритным прибором для плотного монтажа, а фотодиод У-79 предна-значен для приёма бокового излучения.
Бескорпусной фотодиод У-69 предназначен для использования непосредственно на печатных платах, в микросборках и других защищённых узлах. Габариты фотодиода — 4,2х1,5х0,35 мм. Размеры контактных площадок 0,3х0,3 мм, материал — алюминий.
Спектральный диапазон приборов: 450...1100 нм в случае прозрачного корпуса, 800...1100 нм для селективно-прозрачного корпуса.
Коротковолновой фотодиод типа У-264 выполнен в прозрачном полимерном корпусе, аналогичном корпусу прибора КОФ125А. Спектральный диапазон действия фотодиода — 0,45...0,6 мкм. Прибор У-264 применяется в медицинской технике. Характеристики прибора приведены в табл. 5.
Таблица 5. Фотометрические и электрические характеристики фотодиода У-264 при Т=25±10°С
| Параметр, единица измерения |
Значение параметра |
| мин. |
тип. |
макс. |
| IT при Up=5 B, нА |
0,1 |
1,0 |
10,0 |
| Ip при энергетической облученности Ее=1 мВт/см2 на L=526 нм, мкА |
3,0 |
3,6 |
4,0 |
| q0,5,град |
±15 |
| S, мм2 |
1,8 |
Комплекты, содержащие излучающие диоды инфракрасного диапазона и фотодиоды, согласованные по спектру
Комплект из ИК-диода и фотодиода используется в оптико-электронных пожарных и дымовых извещателях. Принцип действия извещателя основан на периодическом контроле оптической плотности воздуха в чувствительной зоне оптического узла с помощью кратковременных импульсов инфракрасного излучения. Измеряя мощность рассеянного дымом излучения, извещатель при определённом уровне сигнала определяет состояние “пожар”.
Комплект из ИК-диода и двух фотодиодов используется в счётчиках электрической энергии для контроля числа оборотов диска счётчика.
Комплект из ИК-диода типа У-162 и фотодиода типа У-160 используется в охранных системах для создания лучевых барьеров в окнах, воротах и т.п. Применение ИК-диода типа У-162Е совместно с фотодиодом У-160 обеспечивает максимальную дальность действия (без использования внешней оптики).
Высокочувствительные кремниевые фототранзисторы, выполненные по планарной
технологии
Фототранзисторы благодаря внутреннему усилению многократно превосходят фотодиоды по эффективности преобразования излучения в фототок, но уступают последним по быстродействию. В паре с ИК-диодом фототранзисторы могут быть использованы в качестве бесконтактного концевого выключателя, конвейерного счётчика, в системах высоковольтной развязки и т.п.
Конструктивно фототранзисторы могут быть выполнены в различных корпусах, например, аналогичных корпусам КОФ125А и У-180. Фототранзистор У-208, выполненный в прозрачно-селективном корпусе, аналогичном корпусу прибора КОФ125А, характеризуется параметрами, приведёнными в табл. 6.
Таблица 6. Фотометрические и электрические характеристики фототранзистора У-208 при Т=25±10°С
| Наименование параметра, буквенное обозначение, единица измерения |
Значение параметра |
| мин. |
тип. |
макс. |
| Темновой ток, IТКЭ, нА (при UКЭ= 15 В) |
1,0 |
10 |
100 |
| Фототок, Iфкэ, при энергетической облученности Ее= 0,5 мВт/см2 на L=870 нм при Uкэ= 5 В, мА |
1,0 |
4,0 |
10,0 |
| Напряжение насыщения, Uнас, В (Ее=0,5 мВт/см2, Iфкэ=0,3 мА) |
- |
0,15 |
0,25 |
| Время нарастания и спада, tн, tсп, мкс (Uкэ= 5 В, Iфкэ= 1 мА, Rн= 1 кОм) |
- |
15 |
20 |
| Предельно-допустимое напряжение, Uкэ макс, В |
- |
- |
40 |
| Угол приема излучения, q0,5, град |
- |
±15 |
- |
| Спектральный диапазон, нм |
800 |
- |
1100 |
На основе ИК-диода и высокочувствительного фототранзистора или фотодиода могут быть созданы опто-электронные датчики уровня жидкости.
Диапазон рабочих температур представленных выше приборов: -60...+70°С. Срок службы — не менее 25000 ч.
Тел.: 269 5555
вызов врача на дом, экг | тур фирмы москва
|
