Optiset liittimet ja niiden sovellukset
Optoerotin (tai optoerotin, kuten sitä äskettäin alettiin kutsua) koostuu rakenteellisesti kahdesta elementistä: emitteristä ja valoilmaisimesta, jotka on yleensä yhdistetty yhteiseen suljettuun koteloon.
Optoerottimia on monenlaisia: vastus, diodi, transistori, tyristori. Nämä nimet osoittavat valotunnistimen tyypin. Säteilijänä käytetään yleensä puolijohde-infrapuna-LEDiä, jonka aallonpituus on alueella 0,9 … 1,2 mikronia. Käytetään myös punaisia LED-valoja, elektroluminesenssilähettimiä ja minihehkulamppuja.
Optoerottimien päätarkoitus on tuottaa galvaaninen eristys signaalipiirien välille. Tämän perusteella näiden laitteiden yleistä toimintaperiaatetta valoantureiden erosta huolimatta voidaan pitää samana: emitteriin saapuva sähköinen sisääntulosignaali muunnetaan valovirraksi, joka valoilmaisimeen vaikuttaessaan muuttaa sen johtavuutta. .
Jos valoilmaisin on valovastus, sen valoresistanssi tulee tuhansia kertoja pienemmäksi kuin alkuperäinen (pimeä) resistanssi, jos fototransistori – sen kannan säteilytys tuottaa saman vaikutuksen kuin silloin, kun kantaan johdetaan virta perinteinen transistorija avautuu.
Tämän seurauksena optoerottimen lähtöön muodostuu signaali, joka ei yleensä välttämättä ole identtinen tulon muodon kanssa, ja tulo- ja lähtöpiirit eivät ole galvaanisesti kytkettyjä. Optoerottimen tulo- ja lähtöpiirien väliin sijoitetaan sähköisesti vahva läpinäkyvä dielektrinen massa (yleensä orgaaninen polymeeri), jonka resistanssi saavuttaa 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 ohmia.
Teollisuudessa valmistetut optoerottimet on nimetty nykyisen puolijohdelaitteiden merkintäjärjestelmän perusteella.
Optoerottimen merkinnän ensimmäinen kirjain (A) ilmaisee emitterin lähtöaineen - galliumarsenidin tai kiinteän gallium-alumiini-arseeniliuoksen, toinen (O) tarkoittaa alaluokkaa - optoerotin; kolmas näyttää mihin tyyppiin laite kuuluu: P — vastus, D — diodi, T — transistori, Y — tyristori. Seuraavaksi ovat numerot, jotka tarkoittavat kehityksen numeroa, ja kirjain - tämä tai tämä tyyppiryhmä.
Optoerotin laite
Emitteri — kääretön LED — sijoitetaan yleensä metallikotelon yläosaan, ja alaosaan, kristallipiintimeen, on vahvistettu piivalodetektori, esimerkiksi fototyristori. Koko LEDin ja fototyristorin välinen tila on täytetty kiinteytyvällä läpinäkyvällä massalla. Tämä täyte on päällystetty kerroksella, joka heijastaa valonsäteitä sisäänpäin, mikä estää valon hajoamisen työalueen ulkopuolelle.
Hieman erilainen malli kuin kuvattu vastus optinen liitin... Tässä metallirungon yläosaan on asennettu miniatyyri hehkulangalla varustettu lamppu ja alaosaan kadmiumseleeniin perustuva fotovastus.
Valovastus valmistetaan erikseen ohuelle sital-pohjalle. Sen päälle ruiskutetaan kalvoa puolijohtavasta materiaalista, kadmiumselenidistä, jonka jälkeen muodostetaan johtavasta materiaalista (esim. alumiinista) valmistetut elektrodit. Lähtöjohdot hitsataan elektrodeihin. Jäykkä yhteys lampun ja jalan välillä on saatu aikaan kovetetulla läpinäkyvällä massalla.
Kotelon reiät optoerottimen johtoja varten on täytetty lasilla. Kannen ja rungon pohjan tiivis liitos varmistetaan hitsaamalla.
Tyristorin optoerottimen virta-jänniteominaisuus (CVC) on suunnilleen sama kuin yksittäisen optoerottimen. tyristori… Jos syöttövirtaa ei ole (I = 0 — tumma ominaisuus), fototyristori voi käynnistyä vain erittäin korkealla siihen syötetyn jännitteen arvolla (800 … 1000 V). Koska tällaisen korkean jännitteen käyttöä ei käytännössä voida hyväksyä, tämä käyrä on puhtaasti teoreettinen.
Jos fototyristoriin kytketään suora käyttöjännite (50 - 400 V optoerottimen tyypistä riippuen), laite voidaan kytkeä päälle vain, kun siihen syötetään tulovirtaa, joka on nyt käyttövirta.
Optoerottimen kytkentänopeus riippuu tulovirran arvosta. Tyypilliset kytkentäajat ovat t = 5 … 10 μs. Optoerottimen sammutusaika liittyy vähemmistövirran kantajien resorptioprosessiin fototyristorin liitoksissa ja riippuu vain virtaavan lähtövirran arvosta.Laukaisuajan todellinen arvo on alueella 10 … 50 μs.
Valovastuksen optoerottimen maksimi- ja käyttölähtövirta laskee jyrkästi, kun ympäristön lämpötila nousee yli 40 celsiusastetta. Tämän optoerottimen lähtöresistanssi pysyy vakiona 4 mA:n tulovirran arvoon asti, ja tulovirran lisäyksen myötä (kun hehkulampun kirkkaus alkaa kasvaa) se pienenee jyrkästi.
Edellä kuvattujen lisäksi on optoerottimia, joissa on ns. avoin optinen kanava... Tässä valaisin on infrapuna-LED, ja valoilmaisin voi olla valovastus, valodiodi tai valotransistori. Tämän optoerottimen ero on siinä, että sen säteily sammuu, heijastuu jostain ulkoisesta esineestä ja palaa optoerottimeen, valoilmaisimeen. Tällaisessa optoerottimessa lähtövirtaa voidaan ohjata tulovirran lisäksi myös muuttamalla ulkoheijastavan pinnan asentoa.
Avoimen optisen kanavan optoerottimissa lähettimen ja vastaanottimen optiset akselit ovat yhdensuuntaisia tai pienessä kulmassa. Tällaisia optoerottimia on olemassa koaksiaalisilla optisilla akseleilla. Tällaisia laitteita kutsutaan optoerottimiksi.
Otronien käyttö
Tällä hetkellä optoerottimia käytetään laajalti erityisesti voimakkaita diskreettejä elementtejä sisältävien mikroelektronisten logiikkalohkojen yhdistämiseen toimilaitteisiin (releet, sähkömoottorit, kontaktorit jne.) sekä kommunikointiin logiikkalohkojen välillä, jotka vaativat galvaanista eristystä, vakioiden ja hitaasti muuttuvien modulaatioiden modulointia. jännitteet, muunnos suorakaiteen muotoisia pulsseja sinivärähtelyissä voimakkaiden lamppujen ja korkean jännitteen indikaattoreiden ohjaus.