Л. Коган
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
Автор документа: Сергей Гаврилюк
, http://www.gaw.ru" |
Дата публикации: 08.08.2007 Дата редактирования: 08.08.2007 |
Кол-во просмотров 6200 | |
Все новости одной лентой |