Optiska kontakter och deras tillämpningar
En optokopplare (eller optokopplare, som den började kallas nyligen) består strukturellt av två element: en sändare och en fotodetektor, förenade, som regel, i ett gemensamt tätat hus.
Det finns många typer av optokopplare: motstånd, diod, transistor, tyristor. Dessa namn indikerar typen av fotodetektor. Som sändare används vanligtvis en halvledarinfraröd LED med en våglängd i intervallet 0,9 … 1,2 mikron. Röda lysdioder, elektroluminiscerande sändare och miniatyrglödlampor används också.
Huvudsyftet med optokopplare är att ge galvanisk isolering mellan signalkretsar. Baserat på detta kan den allmänna principen för driften av dessa enheter, trots skillnaden i fotodetektorer, anses vara densamma: den elektriska ingångssignalen som anländer till sändaren omvandlas till ett ljusflöde, som, som verkar på fotodetektorn, ändrar dess ledningsförmåga .
Om fotodetektorn är fotoresistor, då blir dess ljusresistans tusentals gånger mindre än den ursprungliga (mörka) resistansen om fototransistorn — bestrålning av dess bas ger samma effekt som när ström appliceras på basen konventionell transistoroch öppnas.
Som ett resultat bildas en signal vid utgången av optokopplaren, som i allmänhet inte är identisk med formen på ingången, och ingångs- och utgångskretsarna är inte galvaniskt anslutna. En elektriskt stark transparent dielektrisk massa (vanligtvis en organisk polymer) placeras mellan ingångs- och utgångskretsarna på optokopplaren, vars resistans når 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Industritillverkade optokopplare är namngivna baserat på det nuvarande beteckningssystemet för halvledarenheter.
Den första bokstaven i beteckningen för optokopplaren (A) anger utgångsmaterialet för emittern - galliumarsenid eller en fast lösning av gallium-aluminium-arsenik, den andra (O) betyder underklassen - optokopplare; den tredje visar vilken typ enheten tillhör: P — motstånd, D — diod, T — transistor, Y — tyristor. Nästa är siffror, vilket betyder numret på utvecklingen, och en bokstav - den här eller den typgruppen.
Optokopplare
Strålaren - en olindad lysdiod - placeras vanligtvis i den övre delen av metallhöljet, och i den nedre delen, på en kristallhållare, finns en förstärkt kiselfotodetektor, till exempel en fototyristor. Hela utrymmet mellan lysdioden och fototyristorn är fyllt med en stelnande transparent massa. Denna fyllning är täckt med ett lager som reflekterar ljusstrålar inåt, vilket förhindrar ljus från att spridas utanför arbetsområdet.
En något annorlunda design från den beskrivna optiska resistorkopplaren... Här installeras en miniatyrlampa med glödtråd i metallkroppens övre del, och i den nedre delen installeras ett fotomotstånd baserat på kadmiumselen.
Fotoresistorn tillverkas separat, på en tunn sital bas. En film av ett halvledande material, kadmiumselenid, sprayas på den, varefter elektroder gjorda av ett ledande material (t.ex. aluminium) bildas. Utgångstrådarna är svetsade till elektroderna. Den styva anslutningen mellan lampan och sockeln tillhandahålls av en härdad transparent massa.
Hålen i huset för optokopplartrådarna är fyllda med glas. Den täta anslutningen av locket och basen av kroppen säkerställs genom svetsning.
Ström-spänningskarakteristiken (CVC) för en tyristoroptokopplare är ungefär densamma som för en enkel tyristor… I frånvaro av ingångsström (I = 0 — mörk karakteristik) kan fototyristorn slås på endast vid ett mycket högt värde av spänningen som appliceras på den (800 … 1000 V). Eftersom appliceringen av en så hög spänning är praktiskt taget oacceptabel, är denna kurva rent teoretiskt meningsfull.
Om en direkt driftspänning (från 50 till 400 V, beroende på typen av optokopplare) appliceras på fototyristorn, kan enheten slås på endast när en ingångsström tillförs, som nu är den som driver.
Omkopplingshastigheten för optokopplaren beror på värdet på inströmmen. Typiska kopplingstider är t = 5 … 10 μs. Optokopplarens avstängningstid är relaterad till processen för resorption av minoritetsströmbärare i fototyristorns förbindelser och beror endast på värdet av den strömmande utströmmen.Det faktiska värdet för utlösningstiden ligger inom intervallet 10 … 50 μs.
Den maximala och fungerande utströmmen från fotomotståndsoptokopplaren minskar kraftigt när omgivningstemperaturen stiger över 40 grader Celsius. Utgångsresistansen för denna optokopplare förblir konstant upp till värdet på ingångsströmmen på 4 mA, och med en ytterligare ökning av ingångsströmmen (när glödlampans ljusstyrka börjar öka) minskar den kraftigt.
Utöver de ovan beskrivna finns optokopplare med den så kallade öppna optiska kanalen... Här är belysningen en infraröd LED, och fotodetektorn kan vara en fotoresistor, fotodiod eller fototransistor. Skillnaden mellan denna optokopplare är att dess strålning går ut, reflekteras av något externt föremål och återgår till optokopplaren, till fotodetektorn. I en sådan optokopplare kan utströmmen styras inte bara av ingångsströmmen utan också genom att ändra läget för den yttre reflekterande ytan.
I optokopplare med öppna optiska kanaler är de optiska axlarna för sändaren och mottagaren parallella eller i en liten vinkel. Det finns konstruktioner av sådana optokopplare med koaxiala optiska axlar. Sådana enheter kallas optokopplare.
Applicering av otroner
För närvarande används optokopplare i stor utsträckning, särskilt för att kombinera mikroelektroniska logiska block som innehåller kraftfulla diskreta element med ställdon (reläer, elmotorer, kontaktorer, etc.), såväl som för kommunikation mellan logiska block som kräver galvanisk isolering, modulering av konstant och långsamt växlande spänningar, omvandling rektangulära pulser i sinusformade svängningar, styrning av kraftfulla lampor och högspänningsindikatorer.