Научные руководители – , к. т.н., доцент

– П. К. СКОРОБОГАТОВ, д. т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ ВЫХОДНОГО КАСКАДА ОПТОРЕЛЕ В ДИАПАЗОНЕ МОЩНОСТЕЙ ГАММА-ИМПУЛЬСА

В статье приводятся результаты испытаний оптореле HSSR-7111 и 249КП12 на стойкость к воздействию гамма-импульса. Рассматривается эффект переключения выходного каскада, приводящий к неверному сигналу на выходе. Его длительность определяла время потери работоспособности микросхемы (ВПР). Приведен анализ зависимости ВПР от мощности испытательного воздействия.

В данной статье рассматриваются оптопары, предназначенные для коммутации сильноточных цепей – оптореле. При использовании данных микросхем в специальных областях применения необходимо оценивать их стойкость к воздействию импульсного ионизирующего излучения с мощностями дозы гамма-излучения до 109 ед/с и более [1].

Оптореле состоит из источника излучения, оптической среды, фотоприемной части и выходного каскада (рис. 1). Массив фотодиодов принимает излучение прямо смещенного светодиода, генерируя фототок. С помощью схемы управления полученный сигнал усиливается и отпирает пару мощных MOSFET-транзисторов.

Рис. 1. Типичная схема включения оптореле при испытаниях на стойкость к воздействию гамма-импульса.

В ходе исследований на стойкость к воздействию гамма-импульса оптореле HSSR-7111 (ф. Agilent Technologies) и 249КП12 (ф. Протон) функционировали в наиболее критичном (активном) режиме [2]. Сразу после воздействия наблюдалось переключение выходного каскада, что приводило к ошибочному сигналу в точке VВЫХ (рис. 2).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

5·109 ед/с

1,4·109 ед/с

Рис. 2. Реакция в точке VВЫХ на воздействия гамма-импульса оптореле
HSSR-7111 (слева) и 249КП12 (справа)

Данный эффект имел пороговый характер и проявлялся при мощностях дозы от 5·109 ед/с и от 1,4·109 ед/с для микросхем HSSR-7111 и 249КП12 соответственно. Самое интересное заключалось в том, что с ростом мощности дозы воздействия наблюдалось уменьшение ВПР (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость ВПР от мощности испытательного воздействия

Предположительно, данный эффект объясняется двумя конкурирующими процессами. При относительно низких интенсивностях гамма-импульса переключение обусловлено генерацией заряда в массиве фотодиодов оптореле. С ростом мощности воздействия начинает проявляться второй эффект – отпирание большего по площади, а следовательно и по чувствительности p-канального транзистора выходного каскада. В результате потенциал VВЫХ приближается к VВЫХ. ПИТ и степень влияния первого эффекта уменьшается.

С целью подтверждения гипотезы планируется использование локального воздействия лазерного источника на каждую из областей оптореле (светодиод, массив фотодиодов, выходные транзисторы).

Список литературы

1.  Marion, R. Nuclear Hardening of Weapons Systems (Parts I, II and III) // Defense Electronics, Sept., Oct., Nov., 1979.

2.  , , Семенов поведение оптопар HSSR-7111 в диапазоне мощностей дозового воздействия // Радиационная стойкость электронных систем, 2013, С. 171-173.