Оптопарой (иначе – оптроном) называют электронные прибора предназначенные для преобразования электрических сигналов в световые, их передачи через оптические каналы и повторного преобразования сигнала вновь в электрический. Конструкция оптрона подразумевает наличие специального светового излучателя (в современных устройствах для этого применяются световые диоды, прежние модели оснащались малогабаритными лампами накаливания) и устройства, отвечающего за преобразование полученного оптического сигнала (фотоприёмника). Обе эти составляющие объединяются при помощи оптического канала и общего корпуса.

Классификация разновидностей оптопар

Существует несколько характеристик, в соответствии с которыми можно разделить модели оптопар на несколько групп.

В зависимости от степени интеграции:

• элементарный оптрон – включает в себя 2 и более элемента объединённых общим корпусом;
• оптронная интегральная схема – конструкция состоит из одной и более оптопар и, помимо этого, ещё может быть оснащена дополняющими элементами (например, усилителем).

В зависимости от разновидности оптического канала:

• Оптический канал открытого типа;
• Оптический канал закрытого типа.

В зависимости от типа фотоприёмника:

• Фоторезисторные (или просто резисторные оптопары);
• Фотодиодные оптопары;
• Фототранзисторные (используется обычный или составной биполярный фототранзистор) оптопары;
• , либо фотосимисторные оптопары;
• Оптопары функционирующие с помощью фотогальванического генератора (солнечная батарейка).

Конструкция устройств последнего вида зачастую дополняются полевыми транзисторами, за управление затвором которого отвечает тот же генератор.

Фотосимисторные оптроны или те, которые оснащены полевыми транзисторами, могут называться «оптореле», либо « ».

Рис.1: Устройство оптрона

Оптоэлектронные устройства работают по-разному в зависимости от того, к какому из двух видов направлений они относятся:

• Электронно-оптическое.

Работа прибора базируется на принципе, в соответствии с которым происходит преобразование световой энергии в электрическую. Причём, переход осуществляется посредством твёрдого тела и происходящих в нём процессов внутреннего фотоэлектрического эффекта (выражающегося в испускании веществом электронов под воздействием фотонов) и эффекта свечения под действием электрического поля.

• Оптическое.

Прибор функционирует благодаря тонкому взаимодействию твёрдого тела и электромагнитного излучения, а также используя лазерные, голографические и фотохимические устройства.

Фотонные электронно-вычислительные машины компонуются с использованием одной из двух категорий оптических элементов:

• Оптронов;
• Кванто-оптических элементов.

Они являются моделями устройств соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Будет ли оптрон передавать сигнал линейно, определяется теми характеристиками, которыми обладает вмонтированный в конструкцию фотоприёмник. Наибольшую линейность передачи можно ожидать от резисторных оптронов. Как следствие, процесс эксплуатации подобных устройств отличается наибольшим удобством. Ступенью ниже стоят модели с фотодиодами и одиночными биполярными транзисторами.

Для обеспечения работы импульсных приборов применяют оптроны на биполярных, либо полевых транзисторах, поскольку там нет необходимости в линейной передаче сигнала.

Наконец, фототиристорные оптроны монтируют, чтобы обеспечить гальваническую изоляцию и безопасность эксплуатации устройства.

Применение

Существует множество сфер, в которых необходимо использование оптронов. Такая широта применения обусловлена тем, что они являются элементами, обладающими множеством различных свойств и на каждое их качество приходится отдельная сфера применения.

• Фиксация механического воздействия (применяются устройства, оснащённые оптическим каналом открытого типа, который можно перекрыть (оказать механическое воздействие), а значит, само устройство можно использовать как сенсор):
  • Детекторы наличия (выявление наличия/отсутствия бумажных листов в принтере);
  • Детекторы конечной (начальной) точки;
  • Счётчики;
  • Дискретные спидометры.
• Гальваническая изоляция (использование оптронов позволяет передавать сигнал не связанный с напряжением, также с их помощью обеспечивается бесконтактное управление и защита), которая может обеспечиваться:
  • Оптопарой (в большинстве случаев применяется как информационный передатчик);
  • Оптореле (более прочего подходит для управления сигнальными и силовыми цепями).

Оптопары

Использование транзисторных, либо интегральных оптопар особенно актуально, если требуется обеспечить гальваническую изоляцию в сигнальной цепи или цепи с незначительным управляющим током. Роль элемента управления могут выполнять трёхэлектродные полупроводниковые приборы, схемы, управляющие дискретными сигналами, а также цепи с особой специализацией.

Рис2: Оптопары 5000 Vrms 50mA.

Параметры и особенности работы оптопар

Опираясь на точную конструкцию прибора, можно определить его электрическую прочность. Под этим термином понимается значение напряжения, возникающего между цепями входа и выхода.Так, производители оптопар, обеспечивающих гальваническую изоляцию, демонстрируют целый ряд моделей с различными корпусами:

• SSOP;
• Miniflat-lead.

В зависимости от типа корпуса у оптопары формируется то или иное напряжение изоляции. Чтобы создать условия, в которых уровень напряжения достаточный для пробоя изоляции был достаточно велик, следует сконструировать оптопару таким образом, чтобы следующие детали были расположены достаточно далеко друг от друга:

• и оптический регистратор;
• Внутренняя и внешняя сторона корпуса.

В отдельных случаях можно обнаружить оптопары специализированной группы, изготавливаемые в соответствии с международным стандартом безопасности. Уровень электрической прочности у этих моделей на порядок выше.

Другой значимый параметр транзисторной оптопары носит название «коэффициента передачи тока». Согласно значению этого коэффициента устройство относят к той или иной категории, что и отображается в названии модели.

Относительно уровня нижней рабочей частоты оптронов никаких ограничений нет: они хорошо функционируют в цепи с постоянным током. А верхняя граница рабочей частоты этих приборов, задействованных в передаче сигналов цифрового происхождения, исчисляется в сотнях мегагерц. Для оптронов линейного типа этот показатель ограничивается десятками мегагерц. Для самых медленных конструкций, включающих в себя лампу накаливания, наиболее характерна роль низкочастотных фильтров, работающих на частотах, не достигающих 10 Герц

Транзисторная оптопара и производимые ею шумы

Существует две основные причины тому, что работа транзисторной пары сопровождается шумовыми эффектами:

Чтобы побороть первую причину, понадобится вмонтировать особый экран. Вторая же устраняется через верно подобранный рабочий режим.

Оптореле

Оптореле, иначе называемое твердотельным реле, обычно используется для регуляции работы цепи с большими управляющими токами. Роль управляющего элемента здесь обычно выполняют два MOSFET транзистора со встречным подключением, подобная конфигурация обеспечивает возможность функционирования в условиях переменного тока.

Рис.3: Оптореле КР293 КП2В

Классификация видов оптореле

Для оптореле определено три типа топологий:

1. Нормально разомкнутые .Предполагается, что управляющая цепь будет замыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
2. Нормально замкнутые .Предполагается, что управляющая цепь будет размыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
3. Переключающая .Третья топология предполагает сочетание каналов нормально-замкнутого и нормально разомкнутого типа.

Оптореле подобно оптопаре имеет характеристику по электрической прочности.

Разновидности оптореле

• Модели стандартного типа;
• Модели, имеющие малое сопротивление;
• Модели, имеющие малое СxR;
• Модели, имеющие малое напряжение смещения;
• Модели, имеющие высокое напряжение изоляции.

Сферы применения оптореле

• Модем;
• Измерительное устройство;
• Сопряжение с исполнительным устройством;
• Автоматические телефонные станции;
• Электрический, тепловой, газовый счётчик;
• Коммутатор сигналов.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Инструкция

Если оптрон, исправность которого поставлена под , впаян в плату, необходимо отключить ее , разрядить на ней электролитические конденсаторы, а затем выпаять оптопару, запоминая, как она была впаяна.

Оптроны имеют разные излучатели (лампы накаливания, неоновые лампы, светодиоды, светоизлучающие конденсаторы) и разные приемники излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотосимисторы). Также они цоколевкой. Поэтому необходимо найти данные о типе и цоколевке оптопары либо в справочнике или даташите, либо в схеме того прибора, где он был установлен. Нередко цоколевки оптрона нанесена прямо на плату этого прибора.Если прибор современный, можно почти наверняка быть уверенным, что излучателем в нем светодиод.

Если приемником излучения является фотодиод, к нему подключите элемент оптрона включите, соблюдая полярность, в цепочку, состоящую из источника постоянного напряжения в несколько вольт, резистора, рассчитанного таким образом, чтобы ток через приемник излучения не превысил допустимого, и мультиметра, работающего в режиме измерения тока на соответствующем пределе.

Теперь введите излучатель оптопары в рабочий режим. Для включения светодиода пропустите через него в прямой полярности постоянный ток, равный номинальному. На лампу накаливания подайте номинальное напряжение. Неоновую лампу или светоизлучающий конденсатор, соблюдая осторожность, подключите к сети через резистор сопротивлением от 500 кОм до 1 МОм и мощностью не менее 0,5 Вт.

Фотоприемник должен среагировать на включение излучателя резким изменением режима. Попробуйте теперь несколько раз выключить и включить излучатель. Фототиристор и фоторезистор останутся открытыми и после снятия управляющего воздействия вплоть до отключения их питания. Остальные типы фотоприемников будут реагировать на каждое изменение управляющего сигнала.Если оптрон имеет открытый оптический канал, убедитесь в изменении реакции приемника излучения при перекрытии этого канала.

Сделав вывод о состоянии оптрона, экспериментальную установку обесточьте и разберите. После этого впаяйте оптопару обратно в плату либо замените на другую. Продолжите ремонт устройства, в состав которого входит оптрон.

Оптопара или оптрон состоит из излучателя и фотоприемника, отделенных друг от друга слоем воздуха или прозрачного изолирующего вещества. Они не связаны между собой электрически, что позволяет использовать прибор для гальванической развязки цепей.

Инструкция

К фотоприемнику оптопары присоедините измерительную цепь в соответствии с его типом. Если приемником является фоторезистор, используйте обычный омметр, причем, полярность неважна. При использовании в качестве приемника фотодиода подключите микроамперметр без источника питания (плюсом к аноду). Если сигнал принимается фототранзистором структуры n-p-n, подключите цепь из резистора на 2 килоома, батарейки на 3 вольта и миллиамперметра, причем, батарейку присоедините плюсом к коллектору транзистора. В случае, если фототранзистор имеет структуру p-n-p, поменяйте полярность подключения батарейки на обратную. Для проверки фотодинистора составьте цепь из батарейки на 3 В и лампочки на 6 В, 20 мА, подключив ее плюсом к аноду динистора.

В большинстве оптронов излучателем является светодиод либо лампочка накаливания. На лампочку накаливания подайте ее номинальное напряжение в любой полярности. Можно также подать переменное напряжение, действующее значение которого равно рабочему напряжению лампы. Если же излучателем является светодиод, подайте на него напряжение 3 В через резистор на 1 кОм (плюсом к аноду).

Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора; для распространённых отечественных DIP-корпусов предельное напряжение между цепями нормируется на 500 или 1000 В, при этом сопротивление изоляции нормируется на уровне 10 11 Ом . Реальное напряжение электрического пробоя такого прибора - порядка нескольких киловольт.

Нижняя рабочая частота оптрона не ограничена - оптроны могут работать в цепях постоянного тока. Верхняя рабочая частота оптронов, оптимизированных под высокочастотную передачу цифровых сигналов, достигает сотен МГц . Верхние рабочие частоты линейных оптронов существенно ниже (единицы-сотни кГц). Наиболее медленные оптроны, использующие лампы накаливания, фактически являются эффективными фильтрами низких частот с граничной полосой порядка единиц Гц.

Классификация

По степени интеграции

• оптопары (или элементарные оптроны ) - состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
• оптоэлектронные интегральные схемы , содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала

• с открытым оптическим каналом
• с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника

• с биполярным (обычным или составным) фототранзистором
• с полевым фототранзистором

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

1. Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренным фотоэффектом и электролюминесценцией.
2. Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.

Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:

• Оптроны
• Квантооптические элементы.

Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем - оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.

Использование

Оптроны имеют несколько областей применения, использующих их различные свойства:

Механическое воздействие

Оптронный координатный счётчик в механической мыши

Оптроны с открытым оптическим каналом, доступным для механического воздействия (перекрытия) используются как датчики во всевозможных детекторах наличия (например, детектор бумаги в принтере), датчиках конца (или начала), счётчиках и дискретных спидометрах на их базе (например, координатные счётчики в механической мыши , ареометры).

Гальваническая развязка

Смотреть что такое "Оптопара" в других словарях:

Оптрон Словарь русских синонимов. оптопара сущ., кол во синонимов: 1 оптрон (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Оптрон — это функциональное устройство, которое состоит из фотоизлучателя, фотоприемника и световода и осуществляет при работе преобразования оптических сигналов в электрические, а электрических в оптические.

Назначения. В электрической схеме оптрон выполняет функцию элемента связи, в одном из звеньев которого информация передается оптически. Это основное назначения оптрона. Если между элементами оптрона обеспечить обратную связь, то оптрон становится оптическим прибором, пригодным для усиления и генерирования электрических и оптических сигналов.

Класификация. Оптроны чаще всего классифицируют по виду оптической связи. Различают оптроны с внутренней и внешней оптической связью. Оптроны с внутренней оптической связью еще разделяют по виду внутренней связи. Различают оптроны с внутренной прямой оптической связью и оптроны с внутренной обратной оптической связью. Еще их классифицируют по виду обратной связи. Бывают оптроны с внутренной положительной обратным оптической связью и оптроны с внутренной отрицательной обратной оптической связью. Как будет показано ниже, основным элементом, который определяет функциональные возможности оптрона, является фотоприемник. Поэтому оптроны еще классифицируют по виду фотоприемников. Различают резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные и комбинированные оптроны.

Рис. 1. Условные изображения оптронов: а — транзисторный; б — диодный; в — резисторный; г — с составным транзистором; д — тиристорный; е — дифференциальный; ж- диодно-транзисторный

Условные изображения и обозначения. Условные изображения оптронов на схемах приведены на рис. 1. Условные обозначения оптронов в текстах объединяют семь символов, обозначающих
материал, класс и подкласс устройства, частотный диапазон работы, порядковый номер разработки, разделение на параметрические группы. Например, обозначение АОД130А означает: арсенидгалиевый оптрон диодный, частотный диапазон работы 1, порядковый номер разработки 30, параметрическая группа А.

Рис. 2. Основные элементы оптронов с внутренним (а) и внешним (б) оптическими связями

Строение. Оптрон с внутренной оптической связью представляет собой четырехполюсник (рис. 2, а), который состоит из трех основных элементов: фотоизлучателя (источники света) 1, световода 2 и приемника света (фотоприемника) 3, помещенных в общий герметичный светонепроницаемый корпус. Оптрон с внешней оптической связью представляет собой двухполюсник, который имеет один оптический вход и один оптический выход (рис. 2, б). Он состоит из фотоприемника 3, усилителя 4, фотоизлучателя 1 и не имеет световода. В современных оптронах как фотоизлучатели преимущественно используют инжекционные диоды (светодиоды), реже — люминесцентные конденсаторы, а как фотоприемники-фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Для достижения высоких
значений параметров недостаточно использовать высокоэффективные фотоизлучатели и фотоприемники. Необходимо обеспечить их согласование по спектральным характеристикам, быстродействием,
габаритами, температурными характеристиками. Согласованными опттронными парами есть элементы, приведенные в табл. 3.4. Световод оптрона (оптическая среда) имеет тройное назначение: свести к минимуму потери при передаче энергии от фотоизлучателя к фотоприемнику, обеспечить высокие значения параметров гальванической развязки, создать конструктивно целостный прибор. Как оптическая среда преимущественно используют полимерные оптические клеи и лаки, которые имеют высокую адгезию до полупроводниковых кристаллов, добрые диэлектрические свойства, высокую эластичность, низкую стоимость. Одновременно они имеют существенные недостатки: коэффициенты преломления этих материалов (n ≈ 1,5) существенно отличаются от коэффициентов преломления кремния и арсенида галлия (n ≈ 3,2-3,4) спектральные характеристики полимеров имеют в ближней ИК-области много провалов, обусловленных резонансным поглощением групп ОН, СH 3 , СH 2 , NН, что при значительных размерах световода может влиять на светоотдачу; для полимерных световодов характерно старение.

Таблица 3.4. Согласованные пары «фотоизлучатель-фотоприемник»

Если жесткость оптрона обеспечивается элементами конструкции, то как оптическая среда могут использовать вазелиноподобные силиконовые смазки, которые не засыхают. Перспективными с точки зрения улучшения оптической связи между фотоизлучателем и фотоприемником, является халькогенидное стекло (n ≈ 1,8..3,0). Его недостатком является низкая адгезия к полупроводникам, высокая хрупкость, плохие изолирующие свойства (p = 10 9 … 10 11 Ом см), низкая устойчивость к термоциклов. Реальные конструкции оптронов (рис.3) призваны не только обеспечить предельно высокие значения определяющих параметров, но и расширить функциональные возможности этих приборов.

Робота. Работу оптрона с внутренной прямой оптической связью можно проиллюстрировать с помощью его электрической схемы (рис. 4, а), с которой видно, что входной и выходной сигналы оптрона являются электрическими. Между его элементами отсутствует электрический, но имеющийся оптическая связь. При подаче на вход оптрона электрического сигнала возбуждается фотоизлучитель, световой поток которого по световоду попадает в фотоприемник. На его выходе формируется электрический сигнал, который свидетельствует о том, что в оптроне состоялось преобразования по схеме электрический сигнал — оптический — электрический.

Рис. 3. Разновидности оптронов: оптрон в DIP-корпусе (а), высоковольтный (б), энергетический (в), оптрон с пластмассовой полусферой (г), оптоперыватель (д), отражающий оптрон (е): 1 -фотоизлучатель; 2 — фотоприемник; 3 — световод; 4 — корпус; 5 — внешние выводы; Ме — металлические электроды

Рис. 4. Электрическая схема (а) и передаточная характеристика (б) оптрона с внутренной прямой оптической связью

В оптроне с внутренним обратной положительной связью фотоприемник и источник света соединены последовательно (рис. 5, а). В нем два входа (оптический и электрический) и два аналогичных выхода.

Рис. 5. Электрическая схема (а) и вольт-амперная характеристика (б) оптрона с внутренной обратной положительной оптической связью

Между его элементами являются электрическая связь. Конструктивно оптрон выполнен так, что часть исходного светового потока попадает обратно в фотоприемник. Это приводит к уменьшению сопротивления, увеличение яркости свечение, дальнейшего уменьшения сопротивления. Этот процесс имеет нарастающий характер и продолжается до тех пор, пока изменение сопротивления не будет существенно влиять на величину тока или напряжения, которые подводятся к источнику света. Для этого достаточно, чтобы выполнялось условие:

когда,

где, и — минимальное сопротивление фотодиода и сопротивление источника света; и — входной и входной максимальный токи оптрона; и — исходная и
выходная максимальная яркость свечения.
На практике такой режим работы оптрона называется состоянием «Включен». Состоянию «выключено» соответствует условие:

Переход оптрона из состояния «выключено» в положение «вкл» происходит скачком и сопровождается лавинообразным изменением тока и яркости в электрическом и оптическом кругах.
В оптроне с внутренной обратной отрицательной оптической связью фотоприемник и источник света соединены параллельно (рис. 6, а). Он тоже имеет два входа (электрический и оптический) и два аналогичных выхода. Между его элементами тоже есть электрическая связь. Конструктивно оптрон выполнено так, что часть исходного светового потока падает обратно в фотоприемник. Это приводит к уменьшению сопротивления фотоприемника и все большего шунтирование ним источники света, в результате этого начинает слабее светить.

В оптроне с внешной оптической связью входной и выходной сигналы являются оптическими. Его элементы соединены между собой электрической связью.

Рис. 7. Электрическая схема (а) и передаточная характеристика (б) оптрона с внешной оптической связью

При подаче на вход оптрона оптического сигнала уменьшается сопротивление фотоприемника, вследствие чего возрастает ток через фотоизлучатель и соответственно растет яркость его свечения.

Свойства. Свойства оптронов определяют их характеристики и параметры. Различают входящие, исходящие, вольт-амперные и передаточные характеристики, их вид в значительной степени определяется электрической схеме оптрона и характером имеющихся оптических связей. Для оптронов с внутренной прямой оптической связью информативным является передаточная характеристика, выражающая
зависимость выходного электрического сигнала от входного. Для них любое изменение тока или напряжения фотоизлучения сопровождается соответствующими изменениями яркости его свечения, сопротивления фотоприемника и выходного тока оптрона. Поэтому его передаточная характеристика, выражающая зависимость выходного тока от входного, имеет вид, изображенный на рис. 4, б. Видно, что оптрон с внутренной прямой оптической связью можно рассматривать как элемент переменного сопротивления, величина которого определяется входным током или входным напряжением. Для оптронов с внутренной обратной положительной оптической связью основной является входная вольт-амперная характеристика, ее специфическая особенность заключается в наличии участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением, на которой напряжение падает, а ток возрастает. По внешнему виду она напоминает вольт амперные характеристики, электромагнитного реле или триггера (рис. 5, б).
Для оптронов с внутренной обратной отрицательной оптической связью основной тоже есть входная вольт-амперная характеристика. Ее вид приведен на рис. 6, б. Анализ формы кривой показывает, что при одинаковом спектральном составе входного и выходного излучений наблюдается монохроматическое усиления светового потока. Если же спектральный состав входного и выходного излучений разный, то наблюдается преобразования излучения. Оптрон с внешной оптической связью играет роль усилителя оптических сигналов (рис. 7).

Система параметров оптронов содержит параметры четырех групп:
1. Параметры, описывающие входную характеристику оптронов.
2. Параметры, которые описывают исходную характеристику оптронов.
3. Параметры, описывающие передающую характеристику оптронов.
4. Параметры, описывающие гальваническую развязку оптронов.

Поскольку на входе оптронов являются светодиоды или электролюминесцентные конденсаторы, а на выходе — фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы, фототиристоры, то специфическим для оптронов есть только параметры двух последних групп. Степень влияния фотоизлучателя на фотоприемник (передающая характеристика) определяется:
— коэффициентом передачи тока применяемый для диодных и транзисторных оптронов;

— отношением темнового сопротивления к световому: или величиной светового сопротивления , которые применяют для резисторных оптронов;
— минимальным входным током, который обеспечивает выпрямлены входные характеристики , что применяют для тиристорных оптронов.

К ним относятся и параметры, характеризующие инерционность оптрона в импульсном режиме (время включения и выключения и ) и в высокочастотном (предельная частота ). Качество гальванической развязки в статике и динамике определяется заданием напряжения и сопротивления гальванической развязки (связи) и и проходной емкости (емкости связи).
Транзисторные оптроны характеризуются наибольшей схемотехнической гибкостью, имеют высокое значение коэффициента передачи тока, но по сравнению небольшое быстродействие (). Особенно большие значения , (до 600 … 800%) достигают в оптроне с составным транзистором. Диодные оптроны, производящих преимущественно с использованием р- и n -фотоприемников, отмечаются большим быстродействием , но значение для них составляет единицы процентов, поэтому необходимо усиление видеоизображений.
Диодные интегрированные оптроны, которые изготавливают по планарной технологии с применением GaAs -свитлодиодив и Si — p — i — n -фотодиодов, разделенных иммерсионной средой из стекла (n = 2,7), подобно диодных неинтегрированных оптронов, имеют высокое быстродействие и малый коэффициент передачи тока (единицы процентов). Расположение их передающих характеристик на координатной плоскости, которыми определяют коэффициент передачи тока, существенно зависит от температуры (рис. 8). Сопротивление изоляции между выходом и входом, которым определяется степень развязки по постоянному току, составляет 10 8 … 10 12 Ом. Качество решения по переменным током зависит от проходной емкости, составляет единицы nФ .

Рис. 8. Температурная зависимость передающих характеристик диодного оптрона с внутренной оптической связью

Рис. 9. Выходная характеристика оптрона в фотовентильном режиме (— точка выделения mах мощности)

Одна из важных особенностей диодных оптронов — способность работать в фотовентильном режиме без подачи внешнего напряжения на фотоприемник (Рис. 9). Оптрон выступает как управляющий изолированный источник питания. Серийные оптроны в фотовентильном режиме имеют, как правило, невысокий КПД (<0,5 … 1%), но достижения на лабораторных образцах КПД 10 … 15% и
возможность батарейного соединения оптронов служат основой для создания специфической группы маломощных (U ≈ 0,5 … 5 В, I ≈ 0,5..50 мА ) вторичных источников питания. Резисторные оптроны характеризуются линейностью и симметричностью исходной вольтамперной характеристики, отсутствием внутренних ЭДС, высокой кратностью отношение . Поэтому, несмотря на свою очень большую инертность и широкое развитие диодных и транзисторных оптронов, резисторные оптроны сохраняют важное самостоятельное значение. Тиристорные оптроны очень удобны в «силовой» оптоэлектронике. Они с одинаковым успехом пригодны для коммутации сильноточных цепей радиотехнического и электротехнического назначения. Управляя настолько большими мощностями в нагрузке, тиристорные оптроны за входом практически совместимы с ИМС (Значение Iвх составляет десятки миллиампер). Кроме рассмотренных разновидностей оптронов, которые распространены в промышленности, определенный интерес представляют и такие, в которых как фотоприемники используют МОН — варикапы, полевые транзисторы с диэлектрической затвором и с управляющим p-n -переходом, однопереходные транзисторы, лавинные диоды и транзисторы, диоды с барьером Шоттки.
Очень перспективными для аналоговой техники является дифференциальные оптроны, в которых один фотоизлучатель работает на два идентичных фотоприемника (Рис. 1, е). К элементарным относятся и многоканальные оптроны, которые представляют собой набор одинаковых оптронов в одном корпусе.

Применение. Оптроны с внутренним оптической связью широко применяются в различных отраслях радиотехники и электроники, вычислительной техники, автоматики, электротехники. В цифровых устройствах их используют для связи устройств, изготовленных на различной основе (например, для сопряжения биполярных ИМС с униполярными, туннельно-диодных и транзисторных схем и т.д.), их используют для управления силовыми цепями двигателей и реле постоянного и переменного токов от низковольтных маломощных логических схем; для связи логических схем с периферийным оборудованием ЭВМ; как элементы развязки от земли в источниках питания; как маломощные реле в электролюминесцентных системах отображения информации; в контрольно-измерительных устройствах,
непосредственно подключаются к сильноточным цепям переменного тока.

Оптроны, которые пригодны для передачи аналоговых сигналов, применяют как коммутирующие элементы в линиях телефонной связи; в кругах связи различных датчиков с ЭВМ; в медицинской электронике.
Оптроны с гибким световодом применяют для контроля высоковольтных линий электропередач; в измерительных системах, предназначенных для работы в условиях сильных помех (СВЧ-помехи, искрение) в устройствах управления и контроля высоковольтных электровакуумных приборов (клистронов, ЭЛТ, ЭОП, тому подобное); в технике физического эксперимента. Оптроны с открытым оптическим каналом (оптоперерывающий и отражающий оптроны) незаменимы в устройствах считывания информации с перфоносителей как индикаторы положения объектов и состояния их поверхностей в качестве датчиков вибрации, заполнения объемов жидкостью и т.д.

Оптрон (или оптопара , как его стали называть в последнее время) конструктивно состоит из двух элементов: излучателя и фотоприемника, объединенных, как правило, в общем герметичном корпусе.

Существует много разновидностей оптронов: резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные. Эти названия указывают на тип фотоприемника. В качестве излучателя обычно применяют полупроводниковый светодиод инфракрасного излучения с длиной волны в пределах 0,9...1,2 мкм. Используют также светодиоды красного свечения, электролюминесцентные излучатели и сверхминиатюрные лампы накаливания.

Основное назначение оптронов - обеспечение гальванической развязки между сигнальными цепями. Исходя из этого общий принцип действия этих приборов, несмотря на различие фотоприемников, можно считать одинаковым: входной электрический сигнал, поступающий на излучатель, преобразуется в световой поток, который, воздействуя на фотоприемник, изменяет его проводимость.

Если фотоприемником служит , то его световое сопротивление становится в тысячи раз меньше первоначального (темнового), если фототранзистор - облучение его базы создает такой же эффект, что и при подаче тока в базу , и он открывается.

В результате на выходе оптрона формируется сигнал, который в общем случае может быть и не идентичен входному по форме, а входная и выходная цепи оказываются гальванически не связанными. Между входной и выходной цепями оптрона помещена электропрочная прозрачная диэлектрическая масса (обычно органический полимер), сопротивление которой достигает 10^9...10^12 Ом.

Выпускаемым промышленностью оптронами присваивают наименование исходя из действующей системы обозначений полупроводниковых приборов.

Первая буква обозначения оптрона (А) указывает на исходный материал излучателя - арсенид галлия или твердый раствор галлий-алюминий-мышьяк, вторая (О) означает подкласс - оптроны; третья указывает, к какой разновидности относится прибор: Р - резисторный, Д - диодный, Т - транзисторный, У - тиристорный. Далее следуют цифры, которые означают номер разработки, и буква - ту или иную группу типа.

Устройство оптронов

Излучатель - бескорпусный светодиод, - как правило, помещают в верхней части металлического корпуса, а в нижней - на кристаллодержателе - укрепляют кристалл кремниевого фотоприемника, например фототиристора. Все пространство между светодиодом и фототиристором заливают твердеющей прозрачной массой. Эту заливку покрывают отражающим внутрь световые лучи слоем, который препятствует рассеянию света за пределы рабочей зоны.

Мало отличается от описанной конструкция резисторного оптрона . Здесь в верхней части металлического корпуса укреплена сверхминиатюрная лампа накаливания, а в нижней - фоторезистор на основе селенистого кадмия.

Фоторезистор изготавливают отдельно, на тонкой подложке из ситалла. На нее напыляют пленку из полупроводникового материала - селенида кадмия, а затем - формообразующие электроды из токопроводящего материала (например алюминия). К электродам приваривают выходные выводы. Жесткое соединение лампы и подложки между собой обеспечивается затвердевшей прозрачной массой.

Отверстия в корпусе для выводов оптрона залиты стеклом. Герметичное соединение крышки и основания корпуса обеспечено сваркой.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристорного оптрона примерно такая же, что и у одиночного . При отсутствии входного тока (I=0 - темновая характеристика) фототиристор может включиться только при очень высоком значении приложенного к нему прямого напряжения (800...1000 В). Так как практически приложение столь большого напряжения недопустимо, то эта кривая имеет чисто теоретический смысл.

Если приложить к фототиристору прямое рабочее напряжение (от 50 до 400 В, в зависимости от типа оптрона), включение прибора возможно только при подаче входного тока, который теперь является управляющим.

Скорость включения оптрона зависит от значения входного тока. Типичные значения времени включения t=5...10 мкс. Время выключения оптрона связано с процессом рассасывания неосновных носителей тока в переходах фототиристора и зависит только от значения протекающего выходного тока. Реальное значение времени выключения находится в пределах 10...50 мкс.

Максимальный и рабочий выходной ток фоторезисторного оптрона резко уменьшается при увеличении температуры окружающей среды выше 40 градусов по цельсия. Выходное сопротивление этого оптрона до значения входного тока 4 мА остается постоянным, а при дальнейшем увеличении входного тока (когда яркость свечения лампы накаливания начинает возрастать) резко уменьшается.

Кроме описанных выше, существуют оптроны с так называемым открытым оптическим каналом . Здесь осветителем служит светодиод инфракрасного излучения, а фотоприемником могут быть фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Отличие этого оптрона в том, что его излучение выходит наружу, отражается от какого-либо внешнего предмета и возвращается в оптрон, к фотоприемнику. В таком оптроне выходным током может управлять не только входной ток, но также изменение положения внешней отражающей поверхности.

У оптронов с открытым оптическим каналом оптические оси излучателя и приемника расположены либо параллельно, либо под небольшим углом. Существует конструкции подобных оптронов с соосным расположением оптических осей. Такие приборы называют оптопрерывателями.

Применение отронов

В настоящее время оптроны получили широкое применение, особенно в целях согласования микроэлектронных логических блоков, содержащих мощные дискретные элементы, с исполнительными устройствами (реле, электродвигателями, контакторами и др.), а также для связи между логическими блоками, требующими гальванической развязки, модуляции постоянных и медленно изменяющихся напряжений, преобразования в синусоидальные колебания, управления мощными лампами и высоковольтными индикаторами.