Optički konektori i njihova primjena
Optocoupler (ili optocoupler, kako se nedavno počeo zvati) strukturno se sastoji od dva elementa: emitera i fotodetektora, ujedinjenih, u pravilu, u zajedničkom zatvorenom kućištu.
Postoje mnoge vrste optokaplera: otpornik, dioda, tranzistor, tiristor. Ovi nazivi označavaju vrstu fotodetektora. Kao odašiljač obično se koristi poluvodički infracrveni LED s valnom duljinom u rasponu od 0,9 do 1,2 mikrona. Također se koriste crvene LED diode, elektroluminiscentni emiteri i minijaturne žarulje sa žarnom niti.
Glavna svrha optokaplera je osigurati galvansku izolaciju između signalnih krugova. Na temelju toga, opći princip rada ovih uređaja, unatoč razlici u fotodetektorima, može se smatrati istim: ulazni električni signal koji dolazi do emitera pretvara se u svjetlosni tok, koji, djelujući na fotodetektor, mijenja njegovu vodljivost. .
Ako je fotodetektor fotootpornik, tada njegov svjetlosni otpor postaje tisućama puta manji od izvornog (tamnog) otpora ako fototranzistor — zračenje njegove baze proizvodi isti učinak kao kada se struja dovede na bazu konvencionalni tranzistori otvara se.
Zbog toga se na izlazu optokaplera formira signal koji općenito ne mora biti identičan obliku ulaza, a ulazni i izlazni krugovi nisu galvanski povezani. Električni jaka prozirna dielektrična masa (obično organski polimer) postavljena je između ulaznog i izlaznog kruga optokaplera, čiji otpor doseže 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohma.
Optokapleri proizvedeni u industriji nazivaju se na temelju trenutnog sustava označavanja poluvodičkih uređaja.
Prvo slovo oznake optokaplera (A) označava početni materijal odašiljača - galijev arsenid ili čvrstu otopinu galij-aluminij-arsena, drugo (O) označava potklasu - optokapler; treći pokazuje kojoj vrsti pripada uređaj: P — otpornik, D — dioda, T — tranzistor, Y — tiristor. Sljedeći su brojevi, koji označavaju broj razvoja, i slovo - ova ili ona vrsta grupe.
Optocoupler uređaj
Emiter - nezamotana LED dioda - obično se nalazi u gornjem dijelu metalnog kućišta, au donjem dijelu, na držaču kristala, nalazi se pojačani silicijski fotodetektor, na primjer, fototiristor. Cijeli prostor između LED-a i fototiristora ispunjen je prozirnom masom koja se skrućuje. Ovo punjenje prekriveno je slojem koji reflektira svjetlosne zrake prema unutra, što sprječava raspršivanje svjetlosti izvan radnog područja.
Malo drugačiji dizajn od opisanog optičkog sprežnika otpornika... Ovdje je minijaturna svjetiljka sa žarnom niti ugrađena u gornji dio metalnog tijela, a fotootpornik na bazi kadmij selena ugrađen je u donji dio.
Fotootpornik se izrađuje posebno, na tankoj podlozi od sitala. Na njega se raspršuje film poluvodičkog materijala, kadmijevog selenida, nakon čega se formiraju elektrode od vodljivog materijala (npr. aluminija). Izlazne žice su zavarene na elektrode. Čvrstu vezu između svjetiljke i baze osigurava stvrdnuta prozirna masa.
Rupe u kućištu za žice optokaplera ispunjene su staklom. Čvrsta veza poklopca i baze tijela osigurana je zavarivanjem.
Strujno-naponska karakteristika (CVC) tiristorskog optokaplera približno je ista kao kod jednog tiristor… U nedostatku ulazne struje (I = 0 — tamna karakteristika), fototiristor se može uključiti samo pri vrlo visokoj vrijednosti napona koji se na njega primjenjuje (800 … 1000 V). Budući da je primjena tako visokog napona praktički neprihvatljiva, ova krivulja ima čisto teoretski smisao.
Ako se na fototiristor dovede istosmjerni radni napon (od 50 do 400 V, ovisno o tipu optokaplera), uređaj se može uključiti tek kada se dovede ulazna struja, koja je sada pogonska.
Brzina preklapanja optokaplera ovisi o vrijednosti ulazne struje. Tipična vremena preklapanja su t = 5 … 10 μs. Vrijeme isključivanja optokaplera povezano je s procesom resorpcije manjinskih nositelja struje u spojevima fototiristora i ovisi samo o vrijednosti izlazne struje koja teče.Stvarna vrijednost vremena okidanja je u rasponu od 10 … 50 μs.
Maksimalna i radna izlazna struja fotootporničkog optokaplera naglo se smanjuje kada temperatura okoline poraste iznad 40 stupnjeva Celzijusa. Izlazni otpor ovog optokaplera ostaje konstantan do vrijednosti ulazne struje od 4 mA, a s daljnjim povećanjem ulazne struje (kada svjetlina žarulje sa žarnom niti počne rasti) naglo opada.
Osim gore opisanih, postoje optokapleri s tzv. otvorenim optičkim kanalom... Ovdje je iluminator infracrvena LED dioda, a fotodetektor može biti fotootpornik, fotodioda ili fototranzistor. Razlika između ovog optocouplera je u tome što njegovo zračenje izlazi van, reflektira se od nekog vanjskog objekta i vraća se u optocoupler, u fotodetektor. U takvom optokapleru, izlazna struja se može kontrolirati ne samo ulaznom strujom, već i promjenom položaja vanjske reflektirajuće površine.
Kod optokaplera s otvorenim optičkim kanalom, optičke osi emitera i prijamnika su paralelne ili pod blagim kutom. Postoje izvedbe takvih optokaplera s koaksijalnim optičkim osima. Takvi uređaji nazivaju se optokapleri.
Primjena otrona
Trenutno se optokapleri široko koriste, posebno za kombiniranje mikroelektroničkih logičkih blokova koji sadrže moćne diskretne elemente s aktuatorima (releji, elektromotori, kontaktori itd.), kao i za komunikaciju između logičkih blokova koji zahtijevaju galvansku izolaciju, modulaciju konstantnih i sporo promjenjivih naponi, pretvorba pravokutni impulsi u sinusoidnim oscilacijama, upravljanje snažnim svjetiljkama i indikatorima visokog napona.