Optiskie savienotāji un to pielietojums
Optocoupler (vai optocoupler, kā to sāka saukt nesen) strukturāli sastāv no diviem elementiem: emitera un fotodetektora, kas, kā likums, ir apvienoti kopējā noslēgtā korpusā.
Ir daudz veidu optronu: rezistors, diode, tranzistors, tiristors. Šie nosaukumi norāda fotodetektora veidu. Kā emitētājs parasti tiek izmantota pusvadītāju infrasarkanā gaismas diode ar viļņa garumu diapazonā no 0,9…1,2 mikroniem. Tiek izmantotas arī sarkanās gaismas diodes, elektroluminiscējošie izstarotāji un miniatūras kvēlspuldzes.
Optocoupleru galvenais mērķis ir nodrošināt galvanisku izolāciju starp signālu ķēdēm. Pamatojoties uz to, šo ierīču vispārējo darbības principu, neskatoties uz fotodetektoru atšķirībām, var uzskatīt par vienādu: ieejas elektriskais signāls, kas nonāk pie emitētāja, tiek pārveidots gaismas plūsmā, kas, iedarbojoties uz fotodetektoru, maina tā vadītspēju. .
Ja fotodetektors ir fotorezistors, tad tā gaismas pretestība kļūst tūkstošiem reižu mazāka par sākotnējo (tumšo) pretestību, ja fototranzistors — tā bāzes apstarošana rada tādu pašu efektu kā tad, kad pamatnei tiek pievadīta strāva parasts tranzistorsun atveras.
Rezultātā optrona izejā veidojas signāls, kas kopumā var nebūt identisks ieejas formai, kā arī ieejas un izejas ķēdes nav galvaniski savienotas. Starp optrona ieejas un izejas ķēdēm tiek novietota elektriski spēcīga caurspīdīga dielektriskā masa (parasti organiskais polimērs), kuras pretestība sasniedz 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 omi.
Rūpniecībā ražotie opto savienotāji ir nosaukti, pamatojoties uz pašreizējo pusvadītāju ierīču apzīmējumu sistēmu.
Pirmais optrona apzīmējuma burts (A) norāda emitētāja izejmateriālu — gallija arsenīdu vai cietu gallija-alumīnija-arsēna šķīdumu, otrais (O) apzīmē apakšklasi — optronu; trešais parāda, kādam tipam ierīce pieder: P — rezistors, D — diode, T — tranzistors, Y — tiristors. Tālāk ir cipari, kas nozīmē izstrādes numuru, un burts - tā vai cita veida grupa.
Optocoupler ierīce
Izstarotājs — neiesaiņots LED — parasti tiek novietots metāla korpusa augšdaļā, bet apakšējā daļā, uz kristāla turētāja, ir pastiprināts silīcija fotodetektors, piemēram, fototiristors. Visa telpa starp LED un fototiristoru ir piepildīta ar cietējošu caurspīdīgu masu. Šis pildījums ir pārklāts ar slāni, kas atstaro gaismas starus uz iekšu, kas neļauj gaismai izkliedēties ārpus darba zonas.
Nedaudz atšķirīgs dizains no aprakstītā rezistoru optiskā savienotāja... Šeit metāla korpusa augšdaļā ir uzstādīta miniatūra lampa ar kvēldiega pavedienu, bet apakšējā daļā - fotorezistors uz kadmija selēna bāzes.
Fotorezistors tiek ražots atsevišķi, uz plānas sitāla pamatnes. Uz tās tiek uzsmidzināta pusvadoša materiāla, kadmija selenīda plēve, pēc kuras tiek veidoti elektrodi, kas izgatavoti no vadoša materiāla (piemēram, alumīnija). Izvades vadi tiek piemetināti pie elektrodiem. Stingru savienojumu starp lampu un pamatni nodrošina rūdīta caurspīdīga masa.
Caurumi optrona vadu korpusā ir piepildīti ar stiklu. Pārsega un korpusa pamatnes ciešais savienojums tiek nodrošināts ar metināšanu.
Tiristora optrona strāvas-sprieguma raksturlīkne (CVC) ir aptuveni tāda pati kā atsevišķam tiristoru… Ja nav ieejas strāvas (I = 0 — tumšs raksturlielums), fototiristors var ieslēgties tikai ar ļoti lielu tam pievadītā sprieguma vērtību (800 … 1000 V). Tā kā tik augsta sprieguma izmantošana ir praktiski nepieņemama, šai līknei ir tīri teorētiska jēga.
Ja fototiristoram tiek pieslēgts tiešs darba spriegums (no 50 līdz 400 V, atkarībā no optrona veida), ierīci var ieslēgt tikai tad, kad tiek piegādāta ieejas strāva, kas tagad ir vadošā.
Optosakara pārslēgšanas ātrums ir atkarīgs no ieejas strāvas vērtības. Tipiski pārslēgšanās laiki ir t = 5 … 10 μs. Optronizētāja izslēgšanas laiks ir saistīts ar mazākuma strāvas nesēju rezorbcijas procesu fototiristora savienojumos un ir atkarīgs tikai no plūstošās izejas strāvas vērtības.Izslēgšanās laika faktiskā vērtība ir diapazonā no 10…50 μs.
Fotorezistora optrona maksimālā un darba izejas strāva strauji samazinās, kad apkārtējās vides temperatūra paaugstinās virs 40 grādiem pēc Celsija. Šī optrona izejas pretestība paliek nemainīga līdz ieejas strāvas vērtībai 4 mA, un, vēl vairāk palielinoties ieejas strāvai (kad sāk palielināties kvēlspuldzes spilgtums), tā strauji samazinās.
Papildus iepriekš aprakstītajiem ir optroni ar tā saukto atvērto optisko kanālu... Šeit apgaismotājs ir infrasarkanā gaismas diode, un fotodetektors var būt fotorezistors, fotodiode vai fototranzistors. Atšķirība starp šo optronu ir tāda, ka tā starojums izdziest, tiek atstarots no kāda ārējā objekta un atgriežas optronā, fotodetektorā. Šādā optrona savienotājā izejas strāvu var kontrolēt ne tikai ar ieejas strāvu, bet arī mainot ārējās atstarojošās virsmas stāvokli.
Atvērtā optiskā kanāla optoelementos emitētāja un uztvērēja optiskās asis ir paralēlas vai nelielā leņķī. Ir šādu optoelementu konstrukcijas ar koaksiālajām optiskajām asīm. Šādas ierīces sauc par optroniem.
Otronu pielietojums
Šobrīd optrones tiek plaši izmantotas, jo īpaši, lai kombinētu mikroelektroniskos loģiskos blokus, kas satur jaudīgus diskrētus elementus ar izpildmehānismiem (relejiem, elektromotoriem, kontaktoriem utt.), kā arī saziņai starp loģiskajiem blokiem, kuriem nepieciešama galvaniskā izolācija, pastāvīgu un lēni mainīgu modulācija. spriegumi, pārveidošana taisnstūra impulsi sinusoidālās svārstībās, jaudīgu lampu un augstsprieguma indikatoru vadība.