1. Введение. 2
1.1. Основные определения. 2
1.2. Отличительные особенности оптронов. 2
1.3. Обобщенная структурная схема. 3
1.4. Применение. 4
1.5. История. 5
2. Физические основы оптронной техники. 6
2.1. Элементная база и устройство оптронов. 6
2.2. Физика преобразования энергии в диодном оптроне. 7
3. Параметры и характеристики оптопар и оптоэлектронных интегральных микросхем. 13
3.1. Классификация параметров изделий оптронной техники. 13
3.2. Диодные оптопары. 14
3.3. Транзисторные и тиристорные оптопары. 15
3.4. Резисторные оптопары. 15
3.5. Дифференциальные оптопары. 15
3.6. Оптоэлектронные микросхемы. 16
4. Сферы применения оптронов и оптронных микросхем. 16
4.1. Передача информации. 17
4.2. Получение и отображение информации. 18
4.3. Контроль электрических процесов. 18
4.4. Замена электромеханических изделий. 19
4.5. Энергетические функции. 19
5. Литература. 19
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1 Основные определения.
Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.
Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик.
Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами.
По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной техники выделяют две группы приборов. Оптопара (говорят также “элементарный оптрон”) представляет собой оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлектронная интегральная микросхема представляет собой микросхему, состоящую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.
Таким образом в электронной цепи такой прибор выполняет функцию элемента связи, в котором в то же время осуществлена электрическая (гальваническая) развязка входа и выхода.
1.2 Отличительные особенности оптронов.
Достоинства этих приборов базируются на общем оптоэлектронном принципе использования электрически нейтральных фотонов для переноса информации. Основные из них следующие:
Возможность обеспечения идеальной электрической (гальванической);развязки между входом и выходом; для оптронов не существует каких-либо принципиальных физических или конструктивных ограничений по достижению сколь угодно высоких напряжений и сопротивлений развязки и сколь угодно малой проходной емкости;
Возможность реализации бесконтактного оптического управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управляющих цепей;
Однонаправленность распространения информации по оптическому каналу, отсутствие обратной реакции приемника на излучатель;
Широкая частотная полоса пропускания оптрона, отсутствие ограничения со стороны низких частот (что свойственно импульсным трансформаторам); возможность передачи по оптронной цепи как импульсного сигнала, так и постоянной составляющей;
Возможность управления выходным сигналом оптрона путем воздействия (в том числе и неэлектрического) на материал оптического канала и вытекающая отсюда возможность создания разнообразных датчиков, а также разнообразных приборов для передачи информации;
Возможность создания функциональных микроэлектронных устройств с фотоприемниками, характеристики которых при освещении изменяются по сложному заданному закону;
Невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, что в случае “длинных” оптронов (с протяженным волоконно-оптическим световодом между излучателем и приемником) обусловливает их защищенность от помех и утечки информации, а также исключает взаимные наводки;
Физическая и конструктивно-технологическая совместимость с другими полупроводниковыми и микроэлектронными приборами.
Оптронам присущи и определенные недостатки:
Значительная потребляемая мощность, обусловленная необходимостью двойного преобразования энергии (электричество - свет - электричество) и невысокими КПД этих переходов;
Повышенная чувствительность параметров и характеристик к воздействию повышенной температуры и проникающей ядерной радиации;
Более или менее заметная временная деградация (ухудшение) параметров;
Относительно высокий уровень собственных шумов, обусловленный, как и два предыдущих недостатка, особенностями физики светодиодов;
Сложность реализации обратных связей, вызванная электрической разобщенностью входной и выходной цепей;
Конструктивно-технологическое несовершенство, связанное с использованием гибридной непланарной технологии, (с необходимостью объединения в одном приборе нескольких - отдельных кристаллов из различных полупроводников, располагаемых в разных плоскостях).
Перечисленные недостатки оптронов по мере совершенствования материалов, технологии, схемотехники частично устраняются, но тем не менее еще длительное время будут носить достаточно принципиальный характер. Однако их достоинства столь высоки, что обеспечивают уверенную внеконкурентность оптронов среди других приборов микроэлектроники.
1.3 Обобщенная структурная схема (рис. 1.1).
| Рис 1.1. Обобщенная структурная схема оптрона. |
Как элемент связи оптрон характеризуется коэффициентом передачи К i , определяемым отношением выходного и входного сигналов, и максимальной скоростью передачи информации F . Практически вместо F измеряют длительности нарастания и спада передаваемых импульсов t нар (сп) или граничную частоту. Возможности оптрона как элемента гальванической развязки характеризуются максимальным напряжением и сопротивлением развязки U разв и R разв и проходной емкостью C разв .
В структурой схеме рис. 1.1 входное устройство служит для оптимизации рабочего режима излучателя (например, смещения светодиода на линейный участок ватт-амперной характеристики) и преобразования (усиления) внешнего сигнала. Входной блок должен обладать высоким КПД преобразования, высоким быстродействием, широким динамическим диапазоном допустимых входных токов (для линейных систем), малым значением “порогового” входного тока, при котором обеспечивается надежная передача информации по цепи.
Назначение оптической среды - передача энергии оптического сигнала от излучателя к фотоприемнику, а также во многих случаях обеспечение механической целостности конструкции.
Принципиальная возможность управления оптическими свойствами среды, например с помощью использования электрооптических или магнитооптических эффектов, отражена введением в схему устройства управления, В этом случае мы получаем оптрон с управляемым
оптическим каналом, функционально отличающийся от “обычного” оптрона: изменение выходного сигнала может осуществляться как по входу, так и по цепи управления.
В фотоприемнике происходит “восстановление” информационного сигнала из оптического в электрический; при этом стремятся иметь высокую чувствительность и высокое быстродействие.
Наконец, выходное устройство призвано преобразовать сигнал фотоприемника в стандартную форму, удобную для воздействия на последующие за оптроном каскады. Практически обязательной функцией выходного устройства является усиление сигнала, так как потери после двойного пpeобразования очень значительны. Нередко функцию усиления выполняет и сам фотоприемник (например, фототранзистор).
Общая структурная схема рис. 1.1 реализуется в каждом конкретном приборе лишь частью блоков. В соответствии с этим выделяют три основные группы приборов оптронной техники; ранее названные оптопары (элементарные оптроны), использующие блоки светоизлучатель - оптическая среда - фотоприемник; оптоэлектронные (оптронные) микросхемы (оптопары с добавлением выходного, а иногда и входного устройства); специальные виды оптронов - приборы, функционально и конструктивно существенно отличающиеся от элементарных оптронов и оптоэлектронных ИС
Реальный оптрон может быть устроен и сложнее, чем схема на рис. 1.1; каждый из указанных блоков может включать в себя не один, а несколько одинаковых или подобных друг другу элементов, связанных электрически и оптически, однако это не изменяет существенно основ физики и электроники оптрона.
1.4 Применение.
В качестве элементов гальванической развязки оптроны применяются: для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок; и т.д.
Другая важнейшая область применения оптронов - оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск мощных тиристоров, триаков, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами
Оптопарой (иначе – оптроном) называют электронные прибора предназначенные для преобразования электрических сигналов в световые, их передачи через оптические каналы и повторного преобразования сигнала вновь в электрический. 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.
Классификация разновидностей оптопар
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;
- , либо фотосимисторные оптопары;
- Оптопары функционирующие с помощью фотогальванического генератора (солнечная батарейка).
Конструкция устройств последнего вида зачастую дополняются полевыми транзисторами, за управление затвором которого отвечает тот же генератор.
Фотосимисторные оптроны или те, которые оснащены полевыми транзисторами, могут называться «оптореле», либо « ».
Рис.1: Устройство оптрона
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.
Применение
Существует множество сфер, в которых необходимо использование оптронов. Такая широта применения обусловлена тем, что они являются элементами, обладающими множеством различных свойств и на каждое их качество приходится отдельная сфера применения.
- Фиксация механического воздействия (применяются устройства, оснащённые оптическим каналом открытого типа, который можно перекрыть (оказать механическое воздействие), а значит, само устройство можно использовать как сенсор):
- Детекторы наличия (выявление наличия/отсутствия бумажных листов в принтере);
- Детекторы конечной (начальной) точки;
- Счётчики;
- Дискретные спидометры.
- Гальваническая изоляция (использование оптронов позволяет передавать сигнал не связанный с напряжением, также с их помощью обеспечивается бесконтактное управление и защита), которая может обеспечиваться:
- Оптопарой (в большинстве случаев применяется как информационный передатчик);
- Оптореле (более прочего подходит для управления сигнальными и силовыми цепями).
Оптопары
Использование транзисторных, либо интегральных оптопар особенно актуально, если требуется обеспечить гальваническую изоляцию в сигнальной цепи или цепи с незначительным управляющим током. Роль элемента управления могут выполнять трёхэлектродные полупроводниковые приборы, схемы, управляющие дискретными сигналами, а также цепи с особой специализацией.
Рис2: Оптопары 5000 Vrms 50mA.
Параметры и особенности работы оптопар
Опираясь на точную конструкцию прибора, можно определить его электрическую прочность. Под этим термином понимается значение напряжения, возникающего между цепями входа и выхода.Так, производители оптопар, обеспечивающих гальваническую изоляцию, демонстрируют целый ряд моделей с различными корпусами:
- SSOP;
- Miniflat-lead.
В зависимости от типа корпуса у оптопары формируется то или иное напряжение изоляции. Чтобы создать условия, в которых уровень напряжения достаточный для пробоя изоляции был достаточно велик, следует сконструировать оптопару таким образом, чтобы следующие детали были расположены достаточно далеко друг от друга:
- и оптический регистратор;
- Внутренняя и внешняя сторона корпуса.
В отдельных случаях можно обнаружить оптопары специализированной группы, изготавливаемые в соответствии с международным стандартом безопасности. Уровень электрической прочности у этих моделей на порядок выше.
Другой значимый параметр транзисторной оптопары носит название «коэффициента передачи тока». Согласно значению этого коэффициента устройство относят к той или иной категории, что и отображается в названии модели.
Относительно уровня нижней рабочей частоты оптронов никаких ограничений нет: они хорошо функционируют в цепи с постоянным током. А верхняя граница рабочей частоты этих приборов, задействованных в передаче сигналов цифрового происхождения, исчисляется в сотнях мегагерц. Для оптронов линейного типа этот показатель ограничивается десятками мегагерц. Для самых медленных конструкций, включающих в себя лампу накаливания, наиболее характерна роль низкочастотных фильтров, работающих на частотах, не достигающих 10 Герц
Транзисторная оптопара и производимые ею шумы
Существует две основные причины тому, что работа транзисторной пары сопровождается шумовыми эффектами:
Чтобы побороть первую причину, понадобится вмонтировать особый экран. Вторая же устраняется через верно подобранный рабочий режим.
Оптореле
Оптореле, иначе называемое твердотельным реле, обычно используется для регуляции работы цепи с большими управляющими токами. Роль управляющего элемента здесь обычно выполняют два MOSFET транзистора со встречным подключением, подобная конфигурация обеспечивает возможность функционирования в условиях переменного тока.
Рис.3: Оптореле КР293 КП2В
Классификация видов оптореле
Для оптореле определено три типа топологий:
- Нормально разомкнутые .Предполагается, что управляющая цепь будет замыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
- Нормально замкнутые .Предполагается, что управляющая цепь будет размыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
- Переключающая .Третья топология предполагает сочетание каналов нормально-замкнутого и нормально разомкнутого типа.
Оптореле подобно оптопаре имеет характеристику по электрической прочности.
Разновидности оптореле
- Модели стандартного типа;
- Модели, имеющие малое сопротивление;
- Модели, имеющие малое СxR;
- Модели, имеющие малое напряжение смещения;
- Модели, имеющие высокое напряжение изоляции.
Сферы применения оптореле
- Модем;
- Измерительное устройство;
- Сопряжение с исполнительным устройством;
- Автоматические телефонные станции;
- Электрический, тепловой, газовый счётчик;
- Коммутатор сигналов.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.
Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора; для распространённых отечественных DIP-корпусов предельное напряжение между цепями нормируется на 500 или 1000 В, при этом сопротивление изоляции нормируется на уровне 10 11 Ом . Реальное напряжение электрического пробоя такого прибора - порядка нескольких киловольт.
Нижняя рабочая частота оптрона не ограничена - оптроны могут работать в цепях постоянного тока. Верхняя рабочая частота оптронов, оптимизированных под высокочастотную передачу цифровых сигналов, достигает сотен МГц . Верхние рабочие частоты линейных оптронов существенно ниже (единицы-сотни кГц). Наиболее медленные оптроны, использующие лампы накаливания, фактически являются эффективными фильтрами низких частот с граничной полосой порядка единиц Гц.
Классификация
По степени интеграции
- оптопары (или элементарные оптроны ) - состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
- оптоэлектронные интегральные схемы , содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).
По типу оптического канала
- с открытым оптическим каналом
- с закрытым оптическим каналом
По типу фотоприёмника
- с биполярным (обычным или составным) фототранзистором
- с полевым фототранзистором
В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.
- Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренным фотоэффектом и электролюминесценцией.
- Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.
Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:
- Оптроны
- Квантооптические элементы.
Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.
Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем - оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.
Использование
Оптроны имеют несколько областей применения, использующих их различные свойства:
Механическое воздействие
Оптронный координатный счётчик в механической мыши
Оптроны с открытым оптическим каналом, доступным для механического воздействия (перекрытия) используются как датчики во всевозможных детекторах наличия (например, детектор бумаги в принтере), датчиках конца (или начала), счётчиках и дискретных спидометрах на их базе (например, координатные счётчики в механической мыши , ареометры).
Гальваническая развязка
Синонимы :Смотреть что такое "Оптопара" в других словарях:
Оптрон Словарь русских синонимов. оптопара сущ., кол во синонимов: 1 оптрон (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ОПТОПАРЫ (Оптроны)
Общие сведения
Оптоэлектроника – одно из наиболее развитых направлений в функциональной микроэлектронике. В понятие “оптоэлектроника” включают и такие недавно возникшие направления, как лазерная техника, волоконная оптика, голография и другие.
В настоящее время оптоэлектронный прибор определяется как:
1) прибор чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра;
2) прибор излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же спектральных областях;
3) прибор, использующий электромагнитное излучение для своей работы.
Оптоэлектроника основана на электронно-оптическом принципе получения, передачи, обработки и хранения информации, носителем которой является электрически нейтральный фотон.
Изготовление ПП элементов оптоэлектроники оптронов совместимо с интегральной технологией, поэтому их создание может быть включено в единый технологический цикл производства интегральных микросхем.
Рассмотрим основные технологические средства оптоэлектроники. Основным элементом является оптрон , или оптопара
Оптопара – оптоэлектронный прибор, содержащий фотоизлучатель и фотоприёмник, оптически и конструктивно связанные друг с другом.
Рис.1. Структурная схема оптрона
1– источника излучения (фотоизлучателя);
2 – световода (оптического канала);
3 – приёмника излучения (фотоприёмника), заключённого
в герметичный светонепроницаемый корпус.
Классификация оптронов:
Тип и название оптрона определяется типом используемого в нем фотоприемника. По этому признаку оптроны бывают:
– резисторные (фотоприёмник – фоторезистор);
– диодные (фотоприёмник – фотодиод);
– транзисторные (фотоприёмник – фототранзистор);
– тиристорные (фотоприёмник – фототиристор);
Применение в электронных цепях :
– переключение;
– усиление;
– согласование;
– преобразование;
– индикация и др.
Определение и принцип действия
Принцип действия оптопары основан на двойном преобразовании энергии т.е.
1) В излучателях энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприёмниках наоборот;
2) Оптический сигнал вызывает электрический ток или напряжение. Следовательно, оптопара – это прибор с электрическими входными и выходными сигналами, т.е. связь с внешней схемой электрическая. А вот внутри оптопары связь входа с выходом осуществляется с помощью оптических сигналов.
Рассмотрим различные типы оптопар, различающихся друг от друга фотоприёмниками.
Резисторные оптопары
Имеют в качестве излучателя сверхминиатюрную лампочку накаливания или светодиод, дающий видимое или инфракрасное излучение. Приёмником излучения является фоторезистор , который может работать как на постоянном, так и на переменном токе.
 |
Рис.16. Схема включения резисторной оптопары
У данной оптопары выходная цепь питается от источника постоянного или переменного напряжения Е и имеет нагрузку R н. Напряжение U упр подаваемое на светодиод, управляет током в нагрузке. Цепь управления хорошо изолирована от фоторезистора, который может быть включён в цепь переменного тока напряжением 220 В.
Резисторные оптопары применяются для автоматического регулирования усиления, связи между каскадами, управления бесконтактными делителями напряжения, модуляции сигналов, формирования различных сигналов и т.д.
Диодные оптопары
Данный тип обычно имеет в своём составе инфракрасный светодиод и кремниевый фотодиод. Применение их весьма разнообразно. На их основе создаются импульсные трансформаторы, не имеющие обмоток, что важно для микросхем. Также они используются для передачи сигналов между блоками сложной радиоэлектронной аппаратуры, для управления работой ИМС, особенно тех, у которых входной ток очень мал.
Транзисторные оптопары
Имеют в своём составе в качестве излучателя - светодиод, а приёмника излучения – биполярный кремниевый фототранзистор типа n-p-n . Оптопары этого типа работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутаторных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, в качестве реле т.д. Для повышения чувствительности оптопары в ней может быть использован составной транзистор.
Тиристорные оптопары
Имеют в качестве фотоприёмника кремниевый фототиристор и используется исключительно в ключевых режимах. Применяется для формирования импульсов, управления мощными тиристорами, управления и коммутации различных устройств с мощными нагрузками.
Параметры
В системе параметров можно выделить четыре группы:
– входные параметры (излучателя);
– выходные параметры (фотоприёмника);
– передаточные параметры (параметры передачи сигнала со входа на
– параметры изоляции.
Входные параметры
1. Номинальный входной ток I вх.ном –значение тока, рекомендуемое для оптимальной эксплуатации оптопары и используемое при измерении её основных параметров .
2. Входное напряжение U вх - падение напряжения на излучающем диоде в прямом направлении при заданном значении прямого тока (обычно при I вх.ном).
3. Входная ёмкость С вх – ёмкость между входными выводами оптопары в заданном режиме.
Выходные параметры
1. U ВЫХ.ОБР – максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое допускается прикладывать к выходу оптопары.
2. I ВЫХ –максимальное значение тока, который допускается пропускать через фотоприёмник во включённом состоянии оптопары.
3. I УТ – ток утечки на выходе оптопары при I вх =0 и заданном значении полярности U вых.
4. U ОСТ – выходное остаточное напряжение на включённом фототиристоре или фоторезисторе в режиме насыщения.
5. С ВЫХ – выходная ёмкость фотоприёмника.
Передаточные параметры – характеризуют эффективность передачи электрического сигнала с входа оптопары на выход.
Коэффициент передачи по току – характеризует передачу сигнала со входа оптопары на выход для всех типов оптопар (кроме тиристорных) .
 |
Временные параметры – характеризуют быстродействие или скорость передачи сигнала.
1. t НАР – время нарастания выходного тока от уровня (0,1-0,9) I вых,max
2. t ЗАД – время задержки при включении, т.е. время от момента подачи t 0 импульса входного тока до момента нарастания выходного тока до уровня0,1 I ВЫХ MAX .
3. t ВКЛ = t НАР + t ЗАД – время включения оптопары.
4. t ПЕР = t ВКЛ + t ВЫКЛ – время переключения.
Параметры изоляции
1. U ИЗ.ПИК. – максимально допустимое пиковое напряжение изоляции определяет возможности оптопары как элемента электрической изоляции.
2. U ИЗ –статическое напряжение изоляции между входом и выходом .
3. R ИЗ –сопротивление изоляции (R из » 10 12 Ом).
Параметры определяющие стойкость оптопары к скачкам напряжения:
4. С ПР – проходная ёмкость (ёмкость между входом и выходом).
5. – максимально допустимая скорость нарастания выходного напр.
Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.
Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик.
Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами.
По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной техники выделяют две группы приборов. Оптопара (говорят также "элементарный оптрон") представляет собой оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлектронная интегральная микросхема представляет собой микросхему, состоящую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.
Таким образом, в электронной цепи такой прибор выполняет функцию элемента связи, в котором в то же время осуществлена электрическая (гальваническая) развязка входа и выхода.
В структурной схеме на рис. 1 входное устройство служит для оптимизации рабочего режима излучателя (например, смещения светодиода на линейный участок ватт-амперной характеристики) и преобразования (усиления) внешнего сигнала. Входной блок должен обладать высоким КПД преобразования, высоким быстродействием, широким динамическим диапазоном допустимых входных токов (для линейных систем), малым значением "порогового" входного тока, при котором обеспечивается надежная передача информации по цепи.
Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона
Назначение оптической среды - передача энергии оптического сигнала от излучателя к фотоприемнику, а также во многих случаях обеспечение механической целостности конструкции.
Принципиальная возможность управления оптическими свойствами среды, например, с помощью использования электрооптических или магнитооптических эффектов, отражена введением в схему устройства управления, В этом случае мы получаем оптрон с управляемым оптическим каналом, функционально отличающийся от "обычного" оптрона: изменение выходного сигнала может осуществляться как по входу, так и по цепи управления.
В фотоприемнике происходит "восстановление" информационного сигнала из оптического в электрический; при этом стремятся иметь высокую чувствительность и высокое быстродействие.
Наконец, выходное устройство призвано преобразовать сигнал фотоприемника в стандартную форму, удобную для воздействия на последующие за оптроном каскады. Практически обязательной функцией выходного устройства является усиление сигнала, так как потери после двойного преобразования очень значительны. Нередко функцию усиления выполняет и сам фотоприемник (например, фототранзистор).
Электрические схемы и выходные характеристики оптронов с фоторезистором (а), фотодиодом (б) и фототиристором (в): 1 - полупроводниковый светоизлучающий диод; 2 - фоторезистор; 3 - фотодиод; 4- фототиристор; U и I - напряжение и ток в выходной цепи оптрона. Пунктирные кривые соответствуют отсутствию тока во входной цепи оптрона, сплошные - двум разным значениям входных токов.
