Optiske stik og deres anvendelser
En optokobler (eller optokobler, som den begyndte at blive kaldt for nylig) består strukturelt af to elementer: en emitter og en fotodetektor, forenet som regel i et fælles forseglet hus.
Der er mange typer optokoblere: modstand, diode, transistor, tyristor. Disse navne angiver typen af fotodetektor. Som emitter bruges normalt en halvleder infrarød LED med en bølgelængde i området 0,9 … 1,2 mikron. Røde LED'er, elektroluminescerende emittere og miniature glødelamper bruges også.
Hovedformålet med optokoblere er at give galvanisk isolation mellem signalkredsløb. Baseret på dette kan det generelle princip for drift af disse enheder, på trods af forskellen i fotodetektorer, betragtes som det samme: det elektriske inputsignal, der ankommer til emitteren, omdannes til en lysflux, som, der virker på fotodetektoren, ændrer dens ledningsevne .
Hvis fotodetektoren er fotomodstand, så bliver dens lysmodstand tusindvis af gange mindre end den oprindelige (mørke) modstand, hvis fototransistoren - bestråling af dens base frembringer den samme effekt, som når der tilføres strøm til basen konventionel transistorog åbner.
Som følge heraf dannes et signal ved udgangen af optokobleren, som generelt ikke er identisk med formen af input, og indgangs- og udgangskredsløbene er ikke galvanisk forbundet. En elektrisk stærk gennemsigtig dielektrisk masse (normalt en organisk polymer) er placeret mellem indgangs- og udgangskredsløbene på optokobleren, hvis modstand når 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Industriproducerede optokoblere er navngivet baseret på det nuværende betegnelsessystem for halvlederenheder.
Det første bogstav i betegnelsen for optokobleren (A) angiver udgangsmaterialet for emitteren - galliumarsenid eller en fast opløsning af gallium-aluminium-arsen, det andet (O) betyder underklassen - optokobler; den tredje viser, hvilken type enheden tilhører: P — modstand, D — diode, T — transistor, Y — tyristor. Dernæst er tal, som betyder udviklingens nummer, og et bogstav - denne eller hin typegruppe.
Optokobler enhed
Emitteren - en uindpakket LED - er normalt placeret i den øverste del af metalhuset, og i den nederste del, på en krystalholder, er en forstærket siliciumfotodetektor, for eksempel en fototyristor. Hele rummet mellem LED'en og fotothyristoren er fyldt med en størknende transparent masse. Denne fyldning er dækket af et lag, der reflekterer lysstråler indad, hvilket forhindrer lys i at spredes uden for arbejdsområdet.
Et lidt anderledes design end den beskrevne modstandsoptiske kobling... Her er der installeret en miniaturelampe med glødetråd i den øverste del af metallegemet, og en fotomodstand baseret på cadmiumselen er installeret i den nederste del.
Fotomodstanden er fremstillet separat, på en tynd sital base. En film af et halvledende materiale, cadmiumselenid, sprøjtes på den, hvorefter der dannes elektroder af et ledende materiale (f.eks. aluminium). Udgangsledningerne svejses til elektroderne. Den stive forbindelse mellem lampen og soklen er tilvejebragt af en hærdet gennemsigtig masse.
Hullerne i huset til optokoblerens ledninger er fyldt med glas. Den tætte forbindelse af dækslet og bunden af kroppen sikres ved svejsning.
Strømspændingskarakteristikken (CVC) for en tyristor optokobler er omtrent den samme som for en enkelt tyristor… I fravær af indgangsstrøm (I = 0 — mørk karakteristik) kan fototyristoren kun tænde ved en meget høj værdi af den påførte spænding (800 … 1000 V). Da anvendelsen af en så høj spænding er praktisk talt uacceptabel, giver denne kurve rent teoretisk mening.
Hvis en direkte driftsspænding (fra 50 til 400 V, afhængigt af typen af optokobler) påføres fototyristoren, kan enheden kun tændes, når der tilføres en indgangsstrøm, som nu er den drivende.
Optokoblerens koblingshastighed afhænger af værdien af indgangsstrømmen. Typiske koblingstider er t = 5 … 10 μs. Slukningstiden for optokobleren er relateret til processen med resorption af minoritetsstrømbærere i fotothyristorens kryds og afhænger kun af værdien af den strømmende udgangsstrøm.Den faktiske værdi af udløsningstiden ligger i området 10 … 50 μs.
Den maksimale og driftsmæssige udgangsstrøm for fotomodstandsoptokobleren falder kraftigt, når den omgivende temperatur stiger over 40 grader Celsius. Udgangsmodstanden for denne optokobler forbliver konstant op til værdien af indgangsstrømmen på 4 mA, og med en yderligere stigning i indgangsstrømmen (når glødelampens lysstyrke begynder at stige) falder den kraftigt.
Udover de ovenfor beskrevne findes der optokoblere med den såkaldte åbne optiske kanal... Her er illuminatoren en infrarød LED, og fotodetektoren kan være en fotomodstand, fotodiode eller fototransistor. Forskellen mellem denne optokobler er, at dens stråling går ud, reflekteres af et eksternt objekt og vender tilbage til optokobleren, til fotodetektoren. I en sådan optokobler kan udgangsstrømmen styres ikke kun af indgangsstrømmen, men også ved at ændre positionen af den ydre reflekterende overflade.
I optokoblere med åbne optiske kanaler er de optiske akser for senderen og modtageren parallelle eller i en lille vinkel. Der er design af sådanne optokoblere med koaksiale optiske akser. Sådanne enheder kaldes optokoblere.
Anvendelse af otroner
I øjeblikket bruges optokoblere i vid udstrækning, især til at kombinere mikroelektroniske logiske blokke indeholdende kraftige diskrete elementer med aktuatorer (relæer, elektriske motorer, kontaktorer osv.), samt til kommunikation mellem logiske blokke, der kræver galvanisk isolation, modulering af konstant og langsomt skiftende spændinger, konvertering rektangulære impulser i sinusformede svingninger, styring af kraftige lamper og indikatorer for højspænding.