Оптопара транзисторная быстродействующая

Оптопара транзисторная быстродействующая, в которой с целью увеличения быстродействия в качестве фотоприемника использованы два последовательно соединенных фотодиода, подключенных к переходу база-эмиттер транзистора. Паразитная емкость перехода коллектор-база существенно уменьшена за счет исключения емкости фотодиода, при этом получено существенное улучшение динамических характеристик оптопары. Фотоприемный кристалл оптопары транзисторной быстродействующей реализован с использованием технологии полной диэлектрической изоляции элементов.

Полезная модель относится к электронной технике и может быть использовано для передачи информации в электронной аппаратуре.

Известна оптопара транзисторная, состоящая из входных цепей, соединенных с ними светодиода, оптически связанного с ним фототранзистора, имеющего в качестве усилительного элемента биполярный транзистор, а в качестве фоточувствительного элемента фотодиод на основе перехода коллектор-база этого биполярного транзистора (Vishay Semiconductor GmBH, Optocouplers Databook, 2004, стр.327). Недостатком данной конструкции является низкое быстродействие оптопары из-за паразитного влияния емкости фотодиода (эффект Миллера).

Цель настоящей полезной модели - увеличение быстродействия оптопары транзисторной.

Указанная цель достигается тем, что в оптопаре транзисторной быстродействующей, состоящей из входных цепей, соединенных с ними светодиода, оптически связанных с ним двумя последовательно соединенными фотодиодами, анод крайнего из которых соединен с базой транзистора, катод крайнего из которых соединен с эмиттером транзистора, коллектор и эмиттер которого соединены с выходными цепями.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение быстродействия оптопары транзисторной быстродействующей за счет исключения паразитной емкости фотодиода между коллектором и базой транзистора.

Конструкция поясняется Фиг.1, на которой изображена электрическая схема оптопары транзисторной быстродействующей. Оптопара транзисторная быстродействующая содержит входные цепи 1, светодиод 2, оптически связанный с двумя фотодиодами 3, анод крайнего из которых соединен с базой транзистора 4, катод крайнего из которых соединен с эмиттером транзистора 4, коллектор и эмиттер транзистора 4 соединены с выходными цепями 5.

Работа оптопары транзисторной быстродействующей поясняется Фиг.2, на которой изображена оптопара с подключенным к коллектору транзистора 4 нагрузочным сопротивлением Rн, источником напряжения Епит. Емкость перехода коллектор-база условно обозначена как Скб, источники фототока фотодиодов обозначены как Iф.

При подаче электрического сигнала на светодиод 2 он начинает излучать инфракрасный свет, который падает на фотодиоды 3, генерируя в них фототок. Этот фототок начинает заряжать собственную емкость фотодиодов вместе с диффузионной емкостью перехода база-эмиттер. Через определенное время, которое определяется временем заряда указанных емкостей до уровня напряжения отпирания транзистора 4, фототок начинает поступать в базу транзистора 4, вызывая пропорциональное увеличение коллекторного тока. Потенциал коллектора снижается, при этом через емкость коллектор-база Скб за счет емкостного тока часть тока базы отбирается, вызывая замедление включения. Это замедление определяется постоянной времени, пропорциональной емкости Скб перехода коллектор-база.

При выключении светодиода 1 пара фотодиодов 2 перестает генерировать фототок, ток в базу транзистора 4 перестает поступать и транзистор 4 начинает запираться, при этом потенциал коллектора начинает увеличиваться. В базу транзистора 4 через емкость Скб начинает поступать емкостной ток, замедляя выключение транзистора 4. Это замедление так же определяется постоянной времени, пропорциональной емкости Скб перехода коллектор-база. Поскольку емкость перехода коллектор-база транзистора существенно меньше, чем емкость коллектор-база с подключенной к нему емкостью фотодиода, динамические характеристики предлагаемой конструкции так же имеют существенно лучшие значения, чем в конструкции прототипа.

Определим сравнительный выигрыш по быстродействию предлагаемой полезной модели и прототипа. Типичная емкость фотодиода размером 1×1 мм составляет 100 пФ. Емкость перехода коллектор-база составляет 2 пФ. Суммарная паразитная емкость коллектор-база прототипа, таким образом, составляет 102 пФ, паразитная емкость коллектор-база предлагаемой полезной модели составляет 2 пФ. Сравнивая эти величины можно прийти к выводу, что время нарастания выходного сигнала предлагаемого изобретения меньше чем у прототипа примерно в 50 раз, что является существенным выигрышем.

В предлагаемой полезной модели возможно использование фотодиодов с количеством больше двух. Если фотодиоды и транзистор реализуются в одном кристалле, то эффективность такой конструкции будет снижена, так как при увеличении количества фотодиодов суммарный фототок пропорционально будет уменьшен. При использовании одного фотодиода фототок не будет протекать в базу из-за равенства величины потенциальных барьеров фотодиода и перехода база-эмиттер. Таким образом, оптимальным количеством является два фотодиода.

Для снижения времени рассасывания неосновных носителей в базе при работе транзистора в режиме насыщения, между коллектором и базой может быть включен транзистор Шоттки.

Для снижения времени разряда емкостей фотодиодов и емкости база-эмиттер транзистора параллельно переходу база-эмиттер может быть подключен резистор.

Транзистор 4 и фотодиоды 2 могут быть реализованы в одном кристалле, изготовленном по микроэлектронной технологии с полной диэлектрической изоляцией элементов.

На Фиг.3 изображена конструкция прототипа.

На Фиг.4 изображена примерная конструкция кристалла содержащего вышеописанные транзистор и два фотодиода. Кристалл выполнен по технологии с полной диэлектрической изоляцией между элементами. Кристалл содержит р-области фотодиодов 6, n-области фотодиодов 7, коллекторную n-область 8 транзистора, базовую р-область 9 транзистора, эмиттерную n-область 10 транзистора, контактную площадку 11 коллектора, контактную площадку 12 эмиттера, соединительную металлизацию 13.

На Фиг.5 изображено поперечное сечение кристалла содержащего вышеописанные транзистор и два фотодиода. Цифрами обозначены: 14 - несущая пластина, 15 - диэлектрический слой, 16 - диэлектрический слой между n-областями 7 фотодиодов.

1. Оптопара транзисторная быстродействующая, характеризующаяся тем, что имеет входные цепи, соединенный с ними светодиод, оптически связанный с двумя последовательно соединенными фотодиодами, анод крайнего из которых соединен с базой транзистора, а катод крайнего из которых соединен с эмиттером n-р-n-транзистора, коллектор и эмиттер которого соединены с выходными цепями.

2. Оптопара транзисторная быстродействующая по п.1, отличающаяся тем, что между коллектором и базой транзистора включен диод Шоттки.

3. Оптопара транзисторная быстродействующая по п.1, отличающаяся тем, что параллельно переходу база-эмиттер транзистора подключен резистор.