Оптични съединители и техните приложения

Концепция на оптрон, видове оптрони.

Оптрон (или оптрон, както започна да се нарича наскоро) структурно се състои от два елемента: излъчвател и фотодетектор, обединени, като правило, в общ запечатан корпус.

Има много видове оптрони: резистор, диод, транзистор, тиристор. Тези имена показват вида на фотодетектора. Като излъчвател обикновено се използва полупроводников инфрачервен светодиод с дължина на вълната в диапазона 0,9 … 1,2 микрона. Използват се също червени светодиоди, електролуминесцентни излъчватели и миниатюрни лампи с нажежаема жичка.

Основното предназначение на оптроните — осигуряване на галванична изолация между сигналните вериги. Въз основа на това общият принцип на работа на тези устройства, въпреки разликата във фотодетекторите, може да се счита за един и същ: входният електрически сигнал, пристигащ в излъчвателя, се преобразува в светлинен поток, който, въздействайки върху фотодетектора, променя своята проводимост .

Ако фотодетекторът е фоторезистор, тогава светлинното му съпротивление става хиляди пъти по -малко от първоначалното (тъмно) съпротивление, ако фототранзисторът — облъчването на неговата основа създава същия ефект, както когато токът се приложи към основата конвенционален транзистори се отваря.

В резултат на това на изхода на оптрона се формира сигнал, който в общия случай може да не е идентичен с формата на входа, а входните и изходните вериги не са галванично свързани. Електрически силна прозрачна диелектрична маса (обикновено органичен полимер) се поставя между входната и изходната верига на оптрона, чието съпротивление достига 10 ^ 9 … 10 ^ 12 Ома.

Произведените от индустрията оптрони са наречени въз основа на настоящата система за обозначаване на полупроводникови устройства.

Първата буква от обозначението на оптрона (А) показва изходния материал на излъчвателя — галиев арсенид или твърд разтвор от галий -алуминий -арсен, втората (О) означава подкласа — оптрон; третият показва към кой тип принадлежи устройството: P — резистор, D — диод, T — транзистор, Y — тиристор. Следват цифри, които означават номера на разработката, и буква — тази или онази група тип.

Оптрон устройство

Излъчвателят — неопакован светодиод — обикновено се поставя в горната част на металния корпус, а в долната част, върху кристален държач, е подсилен силиконов фотодетектор, например фототиристор. Цялото пространство между светодиода и фототиристора е изпълнено с втвърдяваща се прозрачна маса. Този пълнеж е покрит със слой, който отразява светлинните лъчи навътре, което предотвратява разсейването на светлината извън работната зона.

Малко по -различен от описания дизайн резисторен оптичен съединител… Тук в горната част на металното тяло е монтирана миниатюрна лампа с нажежаема жичка, а в долната част е инсталиран фоторезистор на базата на кадмиев селен.

Фоторезисторът се произвежда отделно, върху тънка ситална основа. Върху него се напръсква филм от полупроводящ материал, кадмиев селенид, след което се оформят електроди, направени от проводящ материал (например алуминий). Изходните проводници са заварени към електродите. Твърдата връзка между лампата и основата се осигурява от втвърдена прозрачна маса.

Дупките в корпуса за проводниците на оптрона са запълнени със стъкло. Плътното свързване на капака и основата на тялото се осигурява чрез заваряване.

Характеристиката токово напрежение (CVC) на тиристорен оптичен съединител е приблизително същата като тази на единичен тиристор… При липса на входен ток (I = 0 — тъмна характеристика), фототиристорът може да се включи само при много висока стойност на напрежението, приложено към него (800 … 1000 V). Тъй като прилагането на такова високо напрежение е практически неприемливо, тази крива има чисто теоретичен смисъл.

Ако към фототиристора се приложи директно работно напрежение (от 50 до 400 V, в зависимост от вида на оптрона), устройството може да се включи само когато се подава входен ток, който сега е управляващият.

Скоростта на включване на оптрона зависи от стойността на входния ток. Типичните времена за включване са t = 5 … 10 μs. Времето за изключване на оптрона е свързано с процеса на резорбция на малцинствени токови носители в кръстовищата на фототиристора и зависи само от стойността на протичащия изходен ток. Действителната стойност на времето за изключване е в диапазона от 10 … 50 μs.

Максималният и работен изходен ток на фоторезисторния оптичен съединител намалява рязко, когато температурата на околната среда се повиши над 40 градуса по Целзий. Изходното съпротивление на този оптрон остава постоянно до стойността на входния ток от 4 mA, а при по -нататъшно увеличаване на входния ток (когато яркостта на лампата с нажежаема жичка започне да се увеличава) рязко намалява.

В допълнение към описаните по -горе, има оптрони с така наречения отворен оптичен канал… Тук осветителят е инфрачервен светодиод, а фотодетекторът може да бъде фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Разликата между този оптрон е, че излъчването му изгасва, отразява се от някакъв външен обект и се връща към оптрона, към фотодетектора. В такъв оптрон, изходният ток може да се управлява не само от входния ток, но и чрез промяна на положението на външната отразяваща повърхност.

В оптроните с отворен оптичен канал оптичните оси на излъчвателя и приемника са разположени успоредно или под лек ъгъл. Има дизайни на такива оптрони с коаксиални оптични оси. Такива устройства се наричат ​​оптрони.

Приложение на отрони

Понастоящем оптроните са широко използвани, особено за да се съчетаят микроелектронни логически блокове, съдържащи мощни дискретни елементи с задвижващи механизми (релета, електродвигатели, контактори и т.н.), както и за комуникация между логически блокове, които изискват галванична изолация, модулация на постоянна и бавно променящи се напрежения, преобразуване правоъгълни импулси при синусоидални трептения, управление на мощни лампи и индикатори за високо напрежение.