Οπτικοί σύνδεσμοι και οι εφαρμογές τους
Ένας οπτικός συζευκτήρας (ή οπτοζεύκτης, όπως άρχισε να λέγεται πρόσφατα) αποτελείται δομικά από δύο στοιχεία: έναν πομπό και έναν φωτοανιχνευτή, ενωμένα, κατά κανόνα, σε ένα κοινό σφραγισμένο περίβλημα.
Υπάρχουν πολλοί τύποι οπτικών συζευκτών: αντίσταση, δίοδος, τρανζίστορ, θυρίστορ. Αυτά τα ονόματα υποδεικνύουν τον τύπο του φωτοανιχνευτή. Ως πομπός, χρησιμοποιείται συνήθως ένα υπέρυθρο LED ημιαγωγού με μήκος κύματος στην περιοχή 0,9 … 1,2 microns. Χρησιμοποιούνται επίσης κόκκινα LED, ηλεκτροφωταυγείς πομποί και μικροσκοπικοί λαμπτήρες πυρακτώσεως.
Ο κύριος σκοπός των οπτικών συζεύξεων είναι να παρέχουν γαλβανική απομόνωση μεταξύ των κυκλωμάτων σήματος. Με βάση αυτό, η γενική αρχή λειτουργίας αυτών των συσκευών, παρά τη διαφορά στους φωτοανιχνευτές, μπορεί να θεωρηθεί η ίδια: το ηλεκτρικό σήμα εισόδου που φτάνει στον πομπό μετατρέπεται σε ροή φωτός, η οποία, ενεργώντας στον φωτοανιχνευτή, αλλάζει την αγωγιμότητά του .
Εάν ο φωτοανιχνευτής είναι φωτοαντίσταση, τότε η αντίστασή του στο φως γίνεται χιλιάδες φορές μικρότερη από την αρχική (σκοτεινή) αντίσταση εάν το φωτοτρανζίστορ — η ακτινοβολία της βάσης του παράγει το ίδιο αποτέλεσμα όπως όταν εφαρμόζεται ρεύμα στη βάση συμβατικό τρανζίστορκαι ανοίγει.
Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα σήμα στην έξοδο του οπτικού συζεύκτη, το οποίο γενικά μπορεί να μην είναι πανομοιότυπο με το σχήμα της εισόδου και τα κυκλώματα εισόδου και εξόδου δεν συνδέονται γαλβανικά. Μια ηλεκτρικά ισχυρή διαφανής διηλεκτρική μάζα (συνήθως ένα οργανικό πολυμερές) τοποθετείται μεταξύ των κυκλωμάτων εισόδου και εξόδου του οπτικού συζεύκτη, η αντίσταση του οποίου φτάνει τα 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Οι οπτικοί συζεύκτες που παράγονται στη βιομηχανία ονομάζονται με βάση το τρέχον σύστημα ονομασίας συσκευών ημιαγωγών.
Το πρώτο γράμμα της ονομασίας του οπτικού συζεύκτη (A) υποδηλώνει την πρώτη ύλη του εκπομπού — αρσενίδιο γαλλίου ή στερεό διάλυμα γαλλίου-αλουμινίου-αρσενικού, το δεύτερο (O) σημαίνει την υποκατηγορία — οπτοζεύκτη. Το τρίτο δείχνει σε ποιον τύπο ανήκει η συσκευή: P — αντίσταση, D — δίοδος, T — τρανζίστορ, Y — θυρίστορ. Ακολουθούν αριθμοί, που σημαίνουν τον αριθμό της ανάπτυξης, και ένα γράμμα - αυτή ή εκείνη την ομάδα τύπων.
Συσκευή οπτικού συζεύκτη
Ο πομπός - ένα μη τυλιγμένο LED - τοποθετείται συνήθως στο πάνω μέρος της μεταλλικής θήκης και στο κάτω μέρος, σε μια θήκη κρυστάλλου, είναι ένας φωτοανιχνευτής ενισχυμένου πυριτίου, για παράδειγμα, ένα φωτοθυρίστορ. Ολόκληρος ο χώρος μεταξύ του LED και του φωτοθυρίστορ είναι γεμάτος με μια στερεοποιούμενη διαφανή μάζα. Αυτή η γέμιση καλύπτεται με ένα στρώμα που αντανακλά τις ακτίνες φωτός προς τα μέσα, το οποίο εμποδίζει τη διασπορά του φωτός έξω από την περιοχή εργασίας.
Ελαφρώς διαφορετικός σχεδιασμός από τον περιγραφόμενο οπτικό συζεύκτη αντιστάσεων... Εδώ μια μινιατούρα λαμπτήρα με νήμα πυρακτώσεως είναι τοποθετημένη στο επάνω μέρος του μεταλλικού σώματος και μια φωτοαντίσταση με βάση το σελήνιο καδμίου είναι τοποθετημένη στο κάτω μέρος.
Η φωτοαντίσταση κατασκευάζεται χωριστά, σε λεπτή τοπική βάση. Ένα φιλμ από ένα ημιαγώγιμο υλικό, το σεληνίδιο του καδμίου, ψεκάζεται πάνω του, μετά από το οποίο σχηματίζονται ηλεκτρόδια από ένα αγώγιμο υλικό (π.χ. αλουμίνιο). Τα καλώδια εξόδου συγκολλούνται στα ηλεκτρόδια. Η άκαμπτη σύνδεση μεταξύ του λαμπτήρα και της βάσης παρέχεται από μια σκληρυμένη διαφανή μάζα.
Οι οπές στο περίβλημα για τα καλώδια του οπτικού συζεύκτη είναι γεμάτες με γυαλί. Η σφιχτή σύνδεση του καλύμματος και της βάσης του σώματος εξασφαλίζεται με συγκόλληση.
Το χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης (CVC) ενός οπτοζεύκτη θυρίστορ είναι περίπου το ίδιο με αυτό ενός απλού θυρίστορ… Ελλείψει ρεύματος εισόδου (I = 0 — σκοτεινό χαρακτηριστικό), το φωτοθυρίστορ μπορεί να ενεργοποιηθεί μόνο σε πολύ υψηλή τιμή της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό (800 … 1000 V). Δεδομένου ότι η εφαρμογή μιας τέτοιας υψηλής τάσης είναι πρακτικά απαράδεκτη, αυτή η καμπύλη έχει καθαρά θεωρητικό νόημα.
Εάν εφαρμοστεί μια τάση άμεσης λειτουργίας (από 50 έως 400 V, ανάλογα με τον τύπο του οπτοζεύκτη) στο φωτοθυρίστορ, η συσκευή μπορεί να ενεργοποιηθεί μόνο όταν παρέχεται ρεύμα εισόδου, το οποίο είναι τώρα το κινητήριο.
Η ταχύτητα μεταγωγής του οπτικού συζεύκτη εξαρτάται από την τιμή του ρεύματος εισόδου. Οι τυπικοί χρόνοι μεταγωγής είναι t = 5 … 10 μs. Ο χρόνος απενεργοποίησης του οπτικού συζεύκτη σχετίζεται με τη διαδικασία απορρόφησης των μειοψηφικών φορέων ρεύματος στις συνδέσεις του φωτοθυρίστορ και εξαρτάται μόνο από την τιμή του ρεύματος εξόδου που ρέει.Η πραγματική τιμή του χρόνου ενεργοποίησης είναι στην περιοχή των 10 … 50 μs.
Το μέγιστο ρεύμα εξόδου και το ρεύμα εξόδου λειτουργίας του οπτοζεύκτη φωτοαντίστασης μειώνεται απότομα όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος ανέβει πάνω από 40 βαθμούς Κελσίου. Η αντίσταση εξόδου αυτού του οπτικού συζεύκτη παραμένει σταθερή μέχρι την τιμή του ρεύματος εισόδου των 4 mA και με περαιτέρω αύξηση του ρεύματος εισόδου (όταν αρχίζει να αυξάνεται η φωτεινότητα της λάμπας πυρακτώσεως) μειώνεται απότομα.
Εκτός από αυτούς που περιγράφηκαν παραπάνω, υπάρχουν οπτοζεύκτες με το λεγόμενο ανοιχτό οπτικό κανάλι... Εδώ ο φωτιστής είναι υπέρυθρη λυχνία LED και ο φωτοανιχνευτής μπορεί να είναι φωτοαντίσταση, φωτοδίοδος ή φωτοτρανζίστορ. Η διαφορά αυτού του οπτικού συζεύκτη είναι ότι η ακτινοβολία του σβήνει, ανακλάται από κάποιο εξωτερικό αντικείμενο και επιστρέφει στον οπτικό συζευκτήρα, στον φωτοανιχνευτή. Σε έναν τέτοιο οπτικό συζεύκτη, το ρεύμα εξόδου μπορεί να ελεγχθεί όχι μόνο από το ρεύμα εισόδου αλλά και αλλάζοντας τη θέση της εξωτερικής ανακλαστικής επιφάνειας.
Στους οπτικούς συζεύκτες ανοιχτού οπτικού καναλιού, οι οπτικοί άξονες του πομπού και του δέκτη είναι παράλληλοι ή σε μικρή γωνία. Υπάρχουν σχέδια τέτοιων οπτικών συζεύξεων με ομοαξονικούς οπτικούς άξονες. Τέτοιες συσκευές ονομάζονται οπτικοί συζεύκτες.
Εφαρμογή otrons
Επί του παρόντος, οι οπτικοί συζεύκτες χρησιμοποιούνται ευρέως, ειδικά για τον συνδυασμό μικροηλεκτρονικών λογικών μπλοκ που περιέχουν ισχυρά διακριτά στοιχεία με ενεργοποιητές (ρελέ, ηλεκτρικούς κινητήρες, επαφές κ.λπ.), καθώς και για επικοινωνία μεταξύ λογικών μπλοκ που απαιτούν γαλβανική απομόνωση, διαμόρφωση σταθερών και αργά μεταβαλλόμενων τάσεις, μετατροπή ορθογώνιους παλμούς σε ημιτονοειδείς ταλαντώσεις, έλεγχος ισχυρών λαμπτήρων και ενδείξεων υψηλής τάσης.