Optické konektory a ich aplikácie
Optočlen (alebo optočlen, ako sa nedávno začal nazývať) štrukturálne pozostáva z dvoch prvkov: žiariča a fotodetektora, ktoré sú spravidla spojené v spoločnom utesnenom kryte.
Existuje mnoho typov optočlenov: rezistor, dióda, tranzistor, tyristor. Tieto názvy označujú typ fotodetektora. Ako žiarič sa zvyčajne používa polovodičová infračervená LED s vlnovou dĺžkou v rozsahu 0,9 … 1,2 mikrónov. Používajú sa aj červené LED diódy, elektroluminiscenčné žiariče a miniatúrne žiarovky.
Hlavným účelom optočlenov je poskytnúť galvanickú izoláciu medzi signálovými obvodmi. Na základe toho možno všeobecný princíp činnosti týchto zariadení, napriek rozdielom vo fotodetektoroch, považovať za rovnaký: vstupný elektrický signál prichádzajúci do žiariča sa premení na svetelný tok, ktorý pri pôsobení na fotodetektor mení jeho vodivosť. .
Ak je fotodetektor fotorezistor, potom sa jeho svetelný odpor stane tisíckrát menší ako pôvodný (tmavý) odpor, ak fototranzistor – ožiarenie jeho bázy vyvolá rovnaký efekt ako pri privedení prúdu na bázu konvenčný tranzistora otvorí sa.
Výsledkom je, že na výstupe optočlena vzniká signál, ktorý vo všeobecnosti nemusí byť zhodný s tvarom vstupu a vstupné a výstupné obvody nie sú galvanicky prepojené. Medzi vstupným a výstupným obvodom optočlena je umiestnená elektricky pevná priehľadná dielektrická hmota (zvyčajne organický polymér), ktorej odpor dosahuje 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Priemyselne vyrábané optočleny sú pomenované na základe súčasného systému označovania polovodičových zariadení.
Prvé písmeno označenia optočlena (A) označuje východiskový materiál žiariča — arzenid gália alebo tuhý roztok gálium-hliník-arzén, druhé (O) znamená podtriedu — optočlen; tretí ukazuje, do akého typu zariadenie patrí: P — rezistor, D — dióda, T — tranzistor, Y — tyristor. Ďalej sú čísla, ktoré znamenajú číslo vývoja a písmeno - tá alebo tá typová skupina.
Optočlenové zariadenie
Emitor — nezabalená LED — je zvyčajne umiestnený v hornej časti kovového puzdra a v spodnej časti na držiaku kryštálu je zosilnený kremíkový fotodetektor, napríklad fototyristor. Celý priestor medzi LED a fototyristorom je vyplnený tuhnúcou priehľadnou hmotou. Táto výplň je pokrytá vrstvou, ktorá odráža svetelné lúče dovnútra, čo zabraňuje rozptylu svetla mimo pracovného priestoru.
Trochu odlišná konštrukcia od opísanej odporovej optickej spojky... Tu je v hornej časti kovového tela inštalovaná miniatúrna lampa so žeraviacim vláknom a v spodnej časti je inštalovaný fotorezistor na báze kadmia a selénu.
Fotorezistor sa vyrába samostatne, na tenkej sitalovej základni. Nastrieka sa naň film z polovodivého materiálu, selenidu kademnatého, po ktorom sa vytvoria elektródy z vodivého materiálu (napr. hliníka). Výstupné vodiče sú privarené k elektródam. Pevné spojenie svietidla so základňou zabezpečuje tvrdená priehľadná hmota.
Otvory v kryte pre vodiče optočlena sú vyplnené sklom. Tesné spojenie krytu a základne tela je zabezpečené zváraním.
Charakteristika prúdového napätia (CVC) tyristorového optočlena je približne rovnaká ako charakteristika jedného tyristor… Pri absencii vstupného prúdu (I = 0 — tmavá charakteristika) sa fototyristor môže zapnúť len pri veľmi vysokej hodnote napätia, ktoré je naň privedené (800 … 1000 V). Pretože použitie takého vysokého napätia je prakticky neprijateľné, má táto krivka čisto teoretický zmysel.
Ak je na fototyristor privedené jednosmerné prevádzkové napätie (od 50 do 400 V, v závislosti od typu optočlena), zariadenie je možné zapnúť iba pri privedení vstupného prúdu, ktorý je teraz riadiaci.
Rýchlosť spínania optočlena závisí od hodnoty vstupného prúdu. Typické spínacie časy sú t = 5 … 10 μs. Doba vypnutia optočlena súvisí s procesom resorpcie menšinových prúdových nosičov v prechodoch fototyristora a závisí len od hodnoty pretekajúceho výstupného prúdu.Skutočná hodnota vypínacieho času je v rozsahu 10 … 50 μs.
Maximálny a prevádzkový výstupný prúd fotorezistorového optočlena prudko klesá, keď teplota okolia stúpne nad 40 stupňov Celzia. Výstupný odpor tohto optočlena zostáva konštantný až do hodnoty vstupného prúdu 4 mA a pri ďalšom zvyšovaní vstupného prúdu (keď sa začne zvyšovať jas žiarovky) prudko klesá.
Okrem tých, ktoré sú opísané vyššie, existujú optočleny s takzvaným otvoreným optickým kanálom... Tu je iluminátorom infračervená LED a fotodetektorom môže byť fotorezistor, fotodióda alebo fototranzistor. Rozdiel medzi týmto optočlenom je v tom, že jeho žiarenie vychádza von, je odrazené nejakým vonkajším objektom a vracia sa do optočlena, do fotodetektora. V takomto optočlene môže byť výstupný prúd riadený nielen vstupným prúdom, ale aj zmenou polohy vonkajšej odrazovej plochy.
V otvorených optických kanálových optočlenoch sú optické osi vysielača a prijímača rovnobežné alebo pod miernym uhlom. Existujú návrhy takýchto optočlenov s koaxiálnymi optickými osami. Takéto zariadenia sa nazývajú optočleny.
Aplikácia otrónov
V súčasnosti sú optočleny široko používané najmä na kombináciu mikroelektronických logických blokov obsahujúcich výkonné diskrétne prvky s aktuátormi (relé, elektromotory, stykače atď.), ako aj na komunikáciu medzi logickými blokmi, ktoré vyžadujú galvanické oddelenie, moduláciu konštantných a pomaly sa meniacich napätia, konverzie obdĺžnikové impulzy v sínusových osciláciách, ovládanie výkonných svietidiel a indikátorov vysokého napätia.