Optiske kontakter og deres applikasjoner
En optokobler (eller optokobler, som den begynte å bli kalt nylig) består strukturelt sett av to elementer: en emitter og en fotodetektor, som regel samlet i et felles forseglet hus.
Det finnes mange typer optokoblere: motstand, diode, transistor, tyristor. Disse navnene indikerer typen fotodetektor. Som emitter brukes vanligvis en halvleder infrarød LED med en bølgelengde i området 0,9 … 1,2 mikron. Røde lysdioder, elektroluminescerende emittere og miniatyrglødelamper brukes også.
Hovedformålet med optokoblere er å gi galvanisk isolasjon mellom signalkretser. Basert på dette kan det generelle prinsippet for drift av disse enhetene, til tross for forskjellen i fotodetektorer, betraktes som det samme: det elektriske inngangssignalet som kommer til emitteren omdannes til en lysstrøm, som, som virker på fotodetektoren, endrer dens ledningsevne .
Hvis fotodetektoren er fotomotstand, da blir lysmotstanden tusenvis av ganger mindre enn den opprinnelige (mørke) motstanden hvis fototransistoren - bestråling av basen gir samme effekt som når strøm påføres basen konvensjonell transistorog åpner.
Som et resultat dannes et signal ved utgangen til optokobleren, som generelt sett ikke er identisk med formen på inngangen, og inngangs- og utgangskretsene er ikke galvanisk koblet. En elektrisk sterk gjennomsiktig dielektrisk masse (vanligvis en organisk polymer) er plassert mellom inngangs- og utgangskretsene til optokobleren, hvis motstand når 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Industriproduserte optokoblere er navngitt basert på det gjeldende betegnelsessystemet for halvlederenheter.
Den første bokstaven i betegnelsen til optokobleren (A) indikerer utgangsmaterialet til emitteren - galliumarsenid eller en fast løsning av gallium-aluminium-arsen, den andre (O) betyr underklassen - optokobler; den tredje viser hvilken type enheten tilhører: P — motstand, D — diode, T — transistor, Y — tyristor. Neste er tall, som betyr nummeret på utviklingen, og en bokstav - denne eller den type gruppe.
Optokobler enhet
Emitteren - en uinnpakket LED - er vanligvis plassert i den øvre delen av metallhuset, og i den nedre delen, på en krystallholder, er en forsterket silisiumfotodetektor, for eksempel en fototyristor. Hele rommet mellom lysdioden og fototyristoren er fylt med en stivnende gjennomsiktig masse. Denne fyllingen er dekket med et lag som reflekterer lysstråler innover, noe som hindrer lys i å spre seg utenfor arbeidsområdet.
En litt annen utforming fra den beskrevne motstandsoptiske koblingen... Her er det installert en miniatyrlampe med glødetråd i den øvre delen av metallkroppen, og en fotomotstand basert på kadmiumselen er installert i den nedre delen.
Fotomotstanden er produsert separat, på en tynn sital base. En film av et halvledende materiale, kadmiumselenid, sprayes på den, hvoretter elektroder laget av et ledende materiale (f.eks. aluminium) dannes. Utgangsledningene er sveiset til elektrodene. Den stive forbindelsen mellom lampen og sokkelen er gitt av en herdet gjennomsiktig masse.
Hullene i huset for optokoblerledningene er fylt med glass. Den tette forbindelsen av dekselet og bunnen av kroppen sikres ved sveising.
Strøm-spenningskarakteristikken (CVC) til en tyristor optokobler er omtrent den samme som for en enkelt tyristor… I fravær av inngangsstrøm (I = 0 — mørk karakteristikk), kan fototyristoren bare slå seg på ved en svært høy verdi av spenningen som påføres den (800 … 1000 V). Siden påføringen av en så høy spenning er praktisk talt uakseptabel, gir denne kurven rent teoretisk mening.
Hvis en direkte driftsspenning (fra 50 til 400 V, avhengig av typen optokobler) påføres fototyristoren, kan enheten bare slås på når en inngangsstrøm tilføres, som nå er den som driver.
Koblingshastigheten til optokobleren avhenger av verdien på inngangsstrømmen. Typiske koblingstider er t = 5 … 10 μs. Utkoblingstiden til optokobleren er relatert til prosessen med resorpsjon av minoritetsstrømbærere i knutepunktene til fototyristoren og avhenger bare av verdien av den flytende utgangsstrømmen.Den faktiske verdien av utløsningstiden er i området 10 … 50 μs.
Den maksimale og operasjonelle utgangsstrømmen til fotomotstandens optokobler avtar kraftig når omgivelsestemperaturen stiger over 40 grader Celsius. Utgangsmotstanden til denne optokobleren forblir konstant opp til verdien av inngangsstrømmen på 4 mA, og med en ytterligere økning i inngangsstrømmen (når lysstyrken til glødelampen begynner å øke) reduseres den kraftig.
I tillegg til de som er beskrevet ovenfor, finnes det optokoblere med såkalt åpen optisk kanal... Her er illuminatoren en infrarød LED, og fotodetektoren kan være en fotomotstand, fotodiode eller fototransistor. Forskjellen mellom denne optokobleren er at strålingen går ut, reflekteres av et eksternt objekt og går tilbake til optokobleren, til fotodetektoren. I en slik optokobler kan utgangsstrømmen styres ikke bare av inngangsstrømmen, men også ved å endre posisjonen til den ytre reflekterende overflaten.
I optokoblere med åpne optiske kanaler er de optiske aksene til senderen og mottakeren parallelle eller i en liten vinkel. Det finnes utforminger av slike optokoblere med koaksiale optiske akser. Slike enheter kalles optokoblere.
Påføring av otroner
For tiden er optokoblere mye brukt, spesielt for å kombinere mikroelektroniske logiske blokker som inneholder kraftige diskrete elementer med aktuatorer (releer, elektriske motorer, kontaktorer, etc.), samt for kommunikasjon mellom logiske blokker som krever galvanisk isolasjon, modulering av konstant og sakte skiftende spenninger, konvertering rektangulære pulser i sinusformede svingninger, kontroll av kraftige lamper og indikatorer for høy spenning.