Złącza optyczne i ich zastosowania
Transoptor (lub transoptor, jak zaczęto go ostatnio nazywać) konstrukcyjnie składa się z dwóch elementów: emitera i fotodetektora, połączonych z reguły we wspólnej szczelnej obudowie.
Istnieje wiele rodzajów transoptorów: rezystor, dioda, tranzystor, tyrystor. Nazwy te wskazują typ fotodetektora. Jako emiter zwykle stosuje się półprzewodnikową diodę podczerwieni o długości fali z zakresu 0,9…1,2 mikrona. Stosowane są również czerwone diody LED, emitery elektroluminescencyjne i miniaturowe żarówki.
Głównym celem transoptorów jest zapewnienie izolacji galwanicznej między obwodami sygnałowymi. Na tej podstawie ogólną zasadę działania tych urządzeń, pomimo różnicy w fotodetektorach, można uznać za taką samą: wejściowy sygnał elektryczny docierający do emitera jest przekształcany w strumień światła, który działając na fotodetektor zmienia jego przewodność .
Jeśli fotodetektor jest fotorezystor, to jego odporność na światło staje się tysiące razy mniejsza niż rezystancja pierwotna (ciemna), jeśli fototranzystor — napromieniowanie jego podstawy daje taki sam efekt, jak w przypadku przyłożenia prądu do podstawy Tradycyjny tranzystori otwiera się.
W efekcie na wyjściu transoptora powstaje sygnał, który generalnie może nie być identyczny z kształtem wejścia, a obwody wejściowe i wyjściowe nie są połączone galwanicznie. Pomiędzy obwodami wejściowymi i wyjściowymi transoptora umieszcza się elektrycznie mocną przezroczystą masę dielektryczną (zwykle polimer organiczny), której rezystancja sięga 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 omów.
Produkowane w przemyśle transoptory są nazywane na podstawie obecnego systemu oznaczania urządzeń półprzewodnikowych.
Pierwsza litera oznaczenia transoptora (A) wskazuje materiał wyjściowy emitera - arsenek galu lub stały roztwór galu-glinu-arsenu, druga (O) oznacza podklasę - transoptor; trzeci pokazuje, do jakiego typu należy urządzenie: P — rezystor, D — dioda, T — tranzystor, Y — tyrystor. Dalej są liczby, które oznaczają numer rozwoju, oraz litera - ta lub inna grupa typów.
Urządzenie transoptorowe
Emiter — nieopakowana dioda LED — jest zwykle umieszczony w górnej części metalowej obudowy, aw dolnej części, na kryształowym uchwycie, znajduje się wzmocniony fotodetektor krzemowy, na przykład fototyrystor. Cała przestrzeń między diodą a fototyrystorem jest wypełniona zastygającą przezroczystą masą. Wypełnienie to pokryte jest warstwą odbijającą promienie świetlne do wewnątrz, co zapobiega rozpraszaniu światła na zewnątrz obszaru roboczego.
Nieco inna konstrukcja niż opisany oporowy sprzęgacz optyczny... Tutaj w górnej części metalowego korpusu zamontowano miniaturową lampkę z żarnikiem, aw dolnej fotorezystor na bazie selenu kadmowego.
Fotorezystor jest produkowany oddzielnie, na cienkiej podstawie sitalowej. Natryskiwana jest na nią warstewka materiału półprzewodnikowego selenku kadmu, po czym formowane są elektrody wykonane z materiału przewodzącego (np. aluminium). Przewody wyjściowe są przyspawane do elektrod. Sztywne połączenie lampy z podstawą zapewnia utwardzona przeźroczysta masa.
Otwory w obudowie na przewody transoptora są wypełnione szkłem. Szczelne połączenie pokrywy i podstawy korpusu zapewnia spawanie.
Charakterystyka prądowo-napięciowa (CVC) transoptora tyrystorowego jest w przybliżeniu taka sama jak pojedynczego tyrystor… W przypadku braku prądu wejściowego (I = 0 — ciemna charakterystyka) fototyrystor może się załączyć tylko przy bardzo dużej wartości przyłożonego do niego napięcia (800…1000 V). Ponieważ zastosowanie tak wysokiego napięcia jest praktycznie niedopuszczalne, krzywa ta ma sens czysto teoretyczny.
Jeśli do fototyrystora zostanie przyłożone stałe napięcie robocze (od 50 do 400 V, w zależności od typu transoptora), urządzenie można włączyć tylko wtedy, gdy zostanie podany prąd wejściowy, który jest teraz prądem sterującym.
Szybkość przełączania transoptora zależy od wartości prądu wejściowego. Typowe czasy przełączania to t = 5 … 10 μs. Czas wyłączenia transoptora jest związany z procesem resorpcji mniejszościowych nośników prądu w złączach fototyrystora i zależy tylko od wartości przepływającego prądu wyjściowego.Rzeczywista wartość czasu wyzwalania mieści się w przedziale 10…50 μs.
Maksymalny i roboczy prąd wyjściowy transoptora fotorezystora gwałtownie spada, gdy temperatura otoczenia wzrasta powyżej 40 stopni Celsjusza. Rezystancja wyjściowa tego transoptora pozostaje stała do wartości prądu wejściowego 4 mA, a wraz z dalszym wzrostem prądu wejściowego (gdy jasność żarówki zaczyna rosnąć) gwałtownie spada.
Oprócz opisanych powyżej istnieją transoptory z tzw. otwarty kanał optyczny... Tutaj oświetlaczem jest dioda LED podczerwieni, a fotodetektorem może być fotorezystor, fotodioda lub fototranzystor. Różnica między tym transoptorem polega na tym, że jego promieniowanie gaśnie, odbija się od jakiegoś obiektu zewnętrznego i wraca do transoptora, do fotodetektora. W takim transoptorze prąd wyjściowy może być sterowany nie tylko prądem wejściowym, ale także poprzez zmianę położenia zewnętrznej powierzchni odbijającej.
W transoptorach z otwartym kanałem optycznym osie optyczne nadajnika i odbiornika są równoległe lub ustawione pod niewielkim kątem. Istnieją konstrukcje takich transoptorów ze współosiowymi osiami optycznymi. Takie urządzenia nazywane są transoptorami.
Zastosowanie otronów
Obecnie transoptory są szeroko stosowane, zwłaszcza do łączenia mikroelektronicznych bloków logicznych zawierających elementy dyskretne dużej mocy z elementami wykonawczymi (przekaźniki, silniki elektryczne, styczniki itp.), a także do komunikacji między blokami logicznymi, które wymagają izolacji galwanicznej, modulacji stałych i wolnozmiennych napięcia, konwersja prostokątne impulsy w oscylacjach sinusoidalnych, sterowanie lampami dużej mocy i wskaźnikami wysokiego napięcia.