Оптроны, назначение и применение.

Пара «оптический излучатель – оптический приёмник» давно применяется в электронике и электротехнике. Электронный компонент, в котором приёмник и передатчик расположены в одном корпусе и между ними имеется связь по оптическому каналу, называется оптроном или оптопарой.

Конструкция оптрона подразумевает наличие специального светового излучателя (в современных устройствах для этого применяются световые диоды, прежние модели оснащались малогабаритными лампами накаливания) и устройства, отвечающего за преобразование полученного оптического сигнала (фотоприёмника). Обе эти составляющие объединяются при помощи оптического канала и общего корпуса.

Существует несколько характеристик, в соответствии с которыми можно разделить модели оптопар на несколько групп.

В зависимости от степени интеграции:

· элементарный оптрон – включает в себя 2 и более элемента объединённых общим корпусом;

· оптронная интегральная схема – конструкция состоит из одной и более оптопар и, помимо этого, ещё может быть оснащена дополняющими элементами (например, усилителем).

В зависимости от разновидности оптического канала:

· Оптический канал открытого типа;

· Оптический канал закрытого типа.

В зависимости от типа фотоприёмника:

· Фоторезисторные (или просто резисторные оптопары);

· Фотодиодные оптопары;

· Фототранзисторные (используется обычный или составной биполярный фототранзистор) оптопары;

· Фототиристорные, либо фотосимисторные оптопары;

· Оптопары функционирующие с помощью фотогальванического генератора;

· Солнечная батарейка.

Типы и разновидности
Оптоэлектронные устройства работают по-разному в зависимости от того, к какому из двух видов направлений они относятся:

· Электронно-оптическое.

Работа прибора базируется на принципе, в соответствии с которым происходит преобразование световой энергии в электрическую. Причём, переход осуществляется посредством твёрдого тела и происходящих в нём процессов внутреннего фотоэлектрического эффекта (выражающегося в испускании веществом электронов под воздействием фотонов) и эффекта свечения под действием электрического поля.

· Оптическое.

Прибор функционирует благодаря тонкому взаимодействию твёрдого тела и электромагнитного излучения, а также используя лазерные, голографические и фотохимические устройства.

Фотонные электронно-вычислительные машины компонуются с использованием одной из двух категорий оптических элементов:

· Оптронов;

· Кванто-оптических элементов.

Они являются моделями устройств соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Будет ли оптрон передавать сигнал линейно, определяется теми характеристиками, которыми обладает вмонтированный в конструкцию фотоприёмник. Наибольшую линейность передачи можно ожидать от резисторных оптронов. Как следствие, процесс эксплуатации подобных устройств отличается наибольшим удобством. Ступенью ниже стоят модели с фотодиодами и одиночными биполярными транзисторами. Для обеспечения работы импульсных приборов применяют оптроны на биполярных, либо полевых транзисторах, поскольку там нет необходимости в линейной передаче сигнала. Наконец, фототиристорные оптроны монтируют, чтобы обеспечить гальваническую изоляцию и безопасность эксплуатации устройства.

К основным параметрам входной цепи оптопары относятся:

· Номинальный входной ток. Значение тока, которое рекомендуется для оптимальной работы оптопары и для измерения ее основных параметров.

· Входное напряжение. Падение напряжения на излучательном диоде при прохождении номинального входного тока.

· Входная емкость. Емкость между входными выводами оптопары в номинальном режиме.

· Максимальный входной ток. Максимальное значение постоянного прямого тока, при котором оптопара продолжает работать.

· Обратное входное напряжение. Максимальное значение обратного напряжения любой формы (постоянное, импульсное, синусоидальное и т.д.), которое излучательный диод может выдержать без нарушения нормальной работы.

Выходными параметрами оптопары являются:

· Максимально допустимое обратное выходное напряжение. Максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое фотоприемник может выдержать без нарушения нормальной работы.

· Максимально допустимый выходной ток. Максимальное значение тока, который может протекать через фотоприемник во включенном состоянии оптопары.

· Ток утечки (темновой ток на выходе). Ток, который проходит через выход оптопары и заданном значении и полярности.

Виды и устройство оптронов

Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать оптроны по группам. При разделении на классы оптронных изделий необходимо учитывать два фактора: тип фотоприемника и особенности общей конструкции прибора.

Первый признак классификации оптронов обуславливается тем, что у всех оптопар на входе расположен светодиод, поэтому возможности функционирования определяются свойствами устройства фотоприемника. Вторым признаком является исполнение конструкции, определяющее особенности использования оптрона.

Применяя такой смешанный принцип разделения, можно выделить три группы оптронных устройств:

Элементарные оптопары.
Оптоэлектронные микросхемы.
Специальные оптопары.
Группы содержат в себе множество видов приборов. Для популярных оптопар применяются некоторые обозначения:

Д – диодная.
Т – транзисторная.
R – резисторная.
У – тиристорная.
Т2 – со сложным фототранзистором.
ДТ – диодно-транзисторная.
2Д (2Т) – диодная дифференциальная, либо транзисторная.
Система свойств оптронных устройств основывается на системе свойств оптопар.
Эта система создается из четырех групп свойств и режимов:

Характеризует цепь входа оптопары.

Характеризует выходные параметры.

Объединяет степень действия излучателя на приемник света, и особенности прохода сигнала по оптопаре в качестве компонента связи.

Объединяет свойства гальванической развязки.
Основными оптронными параметрами считаются свойства передачи и гальванической развязки. Важной величиной транзисторных и диодных оптронов считается коэффициент передачи тока.

Показателями гальванической развязки оптронов являются:

Допустимое пиковое напряжение выхода и входа.

Допустимое наибольшее напряжение выхода и входа.

Сопротивление развязки.

Проходная емкость.

Допустимая наибольшая скорость изменения напряжения выхода и входа.

Первый параметр является наиболее важным. По нему определяют электрическую прочность оптрона, а также его способности применения в качестве гальванической развязки.

Эти параметры оптронов применимы и для интегральных микросхем на основе оптопар.

Оптопары резисторные

Резисторная оптопара использует в качестве фотоприемного элемента фоторезистор на основе сульфида кадмия и селенида кадмия. Оптопары такого типа обладают высокой чувствительностью, достигающей максимума в красной области видимого спектра и захватывающей ближнюю инфракрасную область.

Они способны управлять относительно большими токами, при этом их передаточная люксамперная характеристика близка к линейной. Высокое темновое сопротивление, достигающее десятков ГОм, обеспечивает максимально возможный динамический диапазон по освещенности и наименьшие нелинейные искажения сигнала. Однако быстродействие таких фоторезисторов низкое.

Резисторные оптопары находят применение в автоматическом регулировании усиления, связи между каскадами, управлении бесконтактными делителями напряжения, модуляции сигналов, формировании различных сигналов и т.д.

Оптопары тиристорные
В тиристорных оптопарах в качестве приемного элемента используется кремниевый фототиристор, который имеет четырехслойную p-n-p-n структуру, аналогичную обычному тиристору.

Тиристорный оптрон обладает большим внутренним усилением фототока, и его включенное состояние сохраняется при прекращении излучения входного светодиода. В результате управляющий сигнал на тиристорную пару может подаваться в течение короткого времени, необходимого для отпирания тиристора. Это позволяет значительно снизить энергию, необходимую для управления тиристорной оптопарой.

Этот тип оптопар применяется для формирования импульсов, управления мощными тиристорами, коммутации и управления различными устройствами с мощными нагрузками.

Применение оптронных устройств
Подобные устройства используются для передачи данных между устройствами, которые не соединены электрическими проводами.
Также оптопары используются для отображения и получения информации в технике. Отдельно необходимо отметить оптронные датчики, служащие для контроля объектов и процессов, отличающихся по назначению и природе.
Заметен прогресс оптронной функциональной микросхемотехники, которая ориентирована на решение различных задач по преобразованию и накоплению данных.
Полезной эффективностью стала замена больших недолговечных устройств электромеханического типа приборами оптоэлектронного принципа действия.
Иногда оптронные компоненты применяются в энергетике, хотя это довольно специфические решения.
Заключение
Принцип работы оптрона не сложный: когда через встроенный светодиод пропускаем электрический ток, светодиод начинает светиться, свет попадает на встроенный фототранзистор и открывает его. Получается когда ток протекает через входной диод, то и выходной транзистор открыт. Ну и противоположный случай, когда ток через входной диод не протекает, то и выходной транзистор закрыт. Ну и изюмика оптических приборов, в том что с помощью них можно гальванически развязать развязать части электрической схемы.

Для заказа заходите на наш сайт, или обратитесь за помощью к нашим менеджерам:

Тел.: 8 (902) 23-56-715;
Тел.: 8 (8482) 570-600 (доб. 129)
E-mail: konsultant@impulsi.ru

#импульс#электронныекомпоненты#оптроны