Режимы эксплуатации транзисторных оптопар


СОДЕРЖАНИЕ:

Транзисторные оптроны в корпусе DIP. Параметры, цоколевка

Прибор представляет собой светодиод и фототранзистор, совмещенные в одном корпусе и имеющие между собой оптическую связь. Основное отличие от диодных оптронов – большая чувствительность (меньший управляющий ток) за счет внутреннего усиления и зачастую больший нагрузочный ток. Инерционность транзисторных оптронов несколько выше, чем диодных, но в большинстве случаев она бывает вполне допустимой.

Некоторые транзисторные приборы имеют отдельный вывод базы, что позволяет управлять транзисторным ключом как оптически (током через светодиод), так и электрически. Схемы включения транзисторных оптронов обычно применяются с общим коллектором или общим эмиттером. Приборы разделяются на низковольтные и высоковольтные. Первые рассчитаны на максимальное напряжение коллектор-эмиттер до 30 В (в открытом состоянии на них падает около 0.25…0.5 В), вторые – до 80 В и выше. На них падение напряжения в открытом состоянии может достигать 1…5 В.

Основные параметры распространенных транзисторных оптопар

4N25 4N25A 20 50 30 1.2/1.3 20 3,75 DIP-6 1 4N26 20 50 30 1.2/1.3 20 3,75 DIP-6 1 4N27 10 50 30 1.2/1.3 20 3,75 DIP-6 1 4N28 10 50 30 1.2/1.3 20 3,75 DIP-6 1 4N29 60 50 30 5/40 100 2,5 DIP-6 3 4N32 60 50 30 5/100 500 2,5 DIP-6 3 4N33 80 50 30 5/100 500 1,5 DIP-6 3 4N35 60 50 30 10/10 100 5,3 DIP-6 1 4N36 100 50 30 10/10 100 5,3 DIP-6 1 4N37 100 50 30 10/10 100 5,3 DIP-6 1 4N38 4N38A 20 100 80 3/3 10 5,3 DIP-6 1 6N135 25 8 15 1,5/1,5 7 2,5 DIP-8 7 6N136 25 8 15 0,8/0,8 19 2,5 DIP-8 7 МОС8101 100 20 30 2/3 50 5,3 DIP-6 2 МОС8102 100 20 30 2/3 73 5,3 DIP-6 2 МОС8103 100 20 30 2/3 108 5,3 DIP-6 2 МОС 8104 100 20 30 2/3 160 5,3 DIP-6 2 МОС8105 100 20 30 2/3 65 5,3 DIP-6 2 МОС8106 100 20 70 2/3 50 5,3 DIP-6 2 МОС8107 100 20 70 2/3 100 5,3 DIP-6 2 МОС8108 100 20 70 2/3 250 5,3 DIP-6 2 МОС8111 90 50 70 6/5,5 20 5,3 DIP-6 2 МОС8112 90 50 70 6/5,5 50 5,3 DIP-6 2 МОС8113 90 50 70 6/5,5 100 5,3 DIP-6 2 МОС8204 60 2 400 5/5 20 7,5 DIP-6 1 МОС8205 60 2 400 5/5 20 7,5 DIP-6 1 МОС8206 60 2 400 5/5 20 7,5 DIP-6 1 РС813 РС814 ±50 50 35 4/4 20 5,0 DIP-4 5 РС815 50 80 35 80/70 600 5,0 DIP-4 6 РС816 50 50 70 4/4 50 5,0 DIP-4 4 РС817 50 50 35 4/4 50 5,0 DIP-4 4 РС824 ±50 50 35 4/4 20 5,0 DIP-8 8 РС825 50 80 35 4/4 600 5,0 DIP-8 9 РС826 50 50 70 4/4 50 5,0 DIP-8 9 РС827 50 50 35 4/4 50 5,0 DIP-8 9 PC844 ±50 50 80 5/4 20 5,0 DIP-16 10 PC845 50 50 35 80/70 600 5,0 DIP-16 11 PC846 50 50 70 4/4 50 5,0 DIP-16 12 PC847 50 50 35 4/4 50 5,0 DIP-16 12 PC8601 25 8 35 0,5/0,3 15 5,0 DIP-8 7 KB814 ±50 50 35 4/3 20 5,0 DIP-4 5 KB815 50 80 35 60/53 600 5,0 DIP-4 6 KB816 50 50 70 4/3 50 5,0 DIP-4 4 KB817 50 50 35 4/3 50 5,0 DIP-4 4 KB824 ±50 50 35 4/3 20 5,0 DIP-8 8 KB844 ±50 50 35 4/3 20 5,0 DIP-16 10 KB846 50 50 70 4/3 50 5,0 DIP-16 12 KB847 50 50 35 4/3 50 5,0 DIP-16 12 CNY17F-1 100 20 70 2/3 40 5,3 DIP-6 2 CNY17F-2 100 20 70 2/3 63 5,3 DIP-6 2 CNY17F-3 100 20 70 2/3 100 5,3 DIP-6 2 CNY17F-4 100 20 70 2/3 160 5,3 DIP-6 2 HCPL2503 25 8 20 0,45/1 15 5,0 DIP-8 7 HCPL4502 25 8 20 0,45/1 19 5,0 DIP-8 7 OPTO161 50 50 80 4/3 100 5,0 DIP-16 12 OPTO162 50 80 35 80/72 600 5,0 DIP-16 11 OPTO164 ±50 50 80 5/4 60 5,0 DIP-16 10 OPTO410 50 50 80 4/3 50 5,0 DIP-4 4 OPTO610 50 50 80 5/4 40 5,0 DIP-6 2 ОРТО611 20 50 80 5/4 100 5,0 DIP-6 1

If – максимальный ток входной
Ic – максимальный ток выходной
Uce – максимальное напряжение
Ki – коэффициент передачи по току
Urms – напряжение изоляции

Оптроны и их применение

Введение

История

Идея создания и применения оптронов относится к 1955 г., когда в работе Loebner E. E. «Optoelectronic devices network» была предложена целая серия приборов с оптическими и электрическими связями между элементами, что позволяло осуществлять усиление и спектральное преобразование световых сигналов, создавать приборы с двумя устойчивыми состояниями — бистабильные оптроны, оптоэлектронные устройства накопления и хранения информации логические схемы, регистры сдвига. Там же был предложен и термин «оптрон», образованный как сокращение от английского «optical-electronic device».

Описанные в этой работе оптроны, отлично иллюстрируя принципы, оказались непригодными для промышленной реализации, так как основывались на несовершенной элементарной базе — неэффективных и инерционных порошковых электролюминесцентных конденсаторах (излучатель) и фоторезисторах (приемник). Несовершенны были и важнейшие эксплуатационные характеристики приборов: низкотемпературная и временная стабильность параметров, недостаточная устойчивость к механическим воздействиям. Поэтому. на первых порах оптрон оставался лишь интересным научным достижением не находящим применения в технике.

Лишь в середине 60-х годов развития полупроводниковых светоизлучающих диодов и технологически совершенных высокоэффективных быстродействующих кремниевых фотоприемников с р — n-переходами (фотодиоды и фототранзисторы) начала создаваться элементарная база современной оптронной техники. К началу 70-х годов производство оптронов в ведущих странах мира превратилось в важную и быстро развивающуюся отрасль электронной техники, успешно дополняющую традиционную микроэлектронику.

Основные определения

Оптронами называют такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.

Принцип действия оптронов любого вида основан на следующем. В излучателе энергия электрического сигнала преобразуется в световую, в фотоприемнике, наоборот, световой сигнал вызывает электрический отклик.

Практически распространение получили лишь оптроны, у которых имеется прямая оптическая связь от излучателя к фотоприемнику и, как правило, исключены все виды электрической связи между этими элементами.

По степени сложности структурной схемы среди изделий оптронной техники выделяют две группы приборов. Оптопара (говорят также «элементарный оптрон») представляет собой оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего и фотоприемного элементов, между которыми имеется оптическая связь, обеспечивающая электрическую изоляцию между входом и выходом. Оптоэлектронная интегральная микросхема представляет собой микросхему, состоящую из одной или нескольких оптопар и электрически соединенных с ними одного или нескольких согласующих или усилительных устройств.

Таким образом, в электронной цепи такой прибор выполняет функцию элемента связи, в котором в то же время осуществлена электрическая (гальваническая) развязка входа и выхода.

Отличительные особенности оптронов

Достоинства этих приборов базируются на общем оптоэлектронном принципе использования электрически нейтральных фотонов для переноса информации. Основные из них следующие:

  • возможность обеспечения идеальной электрической (гальванической) развязки между входом и выходом; для оптронов не существует каких-либо принципиальных физических или конструктивных ограничений по достижению сколь угодно высоких напряжений и сопротивлений развязки и сколь угодно малой проходной емкости;
  • возможность реализации бесконтактного оптического управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управляющих цепей;
  • однонаправленность распространения информации по оптическому каналу, отсутствие обратной реакции приемника на излучатель;
  • широкая частотная полоса пропускания оптрона, отсутствие ограничения со стороны низких частот (что свойственно импульсным трансформаторам); возможность передачи по оптронной цепи, как импульсного сигнала, так и постоянной составляющей;
  • возможность управления выходным сигналом оптрона путем воздействия (в том числе и неэлектрического) на материал оптического канала и вытекающая отсюда возможность создания разнообразных датчиков, а также разнообразных приборов для передачи информации;
  • возможность создания функциональных микроэлектронных устройств с фотоприемниками, характеристики которых при освещении изменяются по сложному заданному закону;
  • невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, что в случае «длинных» оптронов (с протяженным волоконно-оптическим световодом между излучателем и приемником) обусловливает их защищенность от помех и утечки информации, а также исключает взаимные наводки ;
  • физическая и конструктивно-технологическая совместимость с другими полупроводниковыми и микроэлектронными приборами.

Оптронам присущи и определенные недостатки:

  • значительная потребляемая мощность, обусловленная необходимостью двойного преобразования энергии (электричество — свет — электричество) и невысокими КПД этих переходов;
  • повышенная чувствительность параметров и характеристик к воздействию повышенной температуры и проникающей ядерной радиации;
  • более или менее заметная временная деградация (ухудшение) параметров;
  • относительно высокий уровень собственных шумов, обусловленный, как и два предыдущих недостатка, особенностями физики светодиодов;
  • сложность реализации обратных связей, вызванная электрической разобщенностью входной и выходной цепей;
  • конструктивно-технологическое несовершенство, связанное с использованием гибридной непланарной технологии, (с необходимостью объединения в одном приборе нескольких — отдельных кристаллов из различных полупроводников, располагаемых в разных плоскостях).

Перечисленные недостатки оптронов по мере совершенствования материалов, технологии, схемотехники частично устраняются, но, тем не менее, еще длительное время будут носить достаточно принципиальный характер. Однако их достоинства столь высоки, что обеспечивают уверенную внеконкурентность оптронов среди других приборов микроэлектроники.

Обобщенная структурная схема

Как элемент связи оптрон характеризуется коэффициентом передачи Кi , определяемым отношением выходного и входного сигналов, и максимальной скоростью передачи информации F. Практически вместо F измеряют длительности нарастания и спада передаваемых импульсов tнар(сп) или граничную частоту. Возможности оптрона как элемента гальванической развязки характеризуются максимальным напряжением и сопротивлением развязки Uразв и Rразв и проходной емкостью Cразв.

В структурной схеме на рис. 1 входное устройство служит для оптимизации рабочего режима излучателя (например, смещения светодиода на линейный участок ватт-амперной характеристики) и преобразования (усиления) внешнего сигнала. Входной блок должен обладать высоким КПД преобразования, высоким быстродействием, широким динамическим диапазоном допустимых входных токов (для линейных систем), малым значением «порогового» входного тока, при котором обеспечивается надежная передача информации по цепи.

Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона

Назначение оптической среды — передача энергии оптического сигнала от излучателя к фотоприемнику, а также во многих случаях обеспечение механической целостности конструкции.

Принципиальная возможность управления оптическими свойствами среды, например, с помощью использования электрооптических или магнитооптических эффектов, отражена введением в схему устройства управления, В этом случае мы получаем оптрон с управляемым оптическим каналом, функционально отличающийся от «обычного» оптрона: изменение выходного сигнала может осуществляться как по входу, так и по цепи управления.

В фотоприемнике происходит «восстановление» информационного сигнала из оптического в электрический; при этом стремятся иметь высокую чувствительность и высокое быстродействие.

Наконец, выходное устройство призвано преобразовать сигнал фотоприемника в стандартную форму, удобную для воздействия на последующие за оптроном каскады. Практически обязательной функцией выходного устройства является усиление сигнала, так как потери после двойного преобразования очень значительны. Нередко функцию усиления выполняет и сам фотоприемник (например, фототранзистор).

Общая структурная схема рис. 1 реализуется в каждом конкретном приборе лишь частью блоков. В соответствии с этим выделяют три основные группы приборов оптронной техники; ранее названные оптопары (элементарные оптроны), использующие блоки светоизлучатель — оптическая среда — фотоприемник; оптоэлектронные (оптронные) микросхемы (оптопары с добавлением выходного, а иногда и входного устройства); специальные виды оптронов — приборы, функционально и конструктивно существенно отличающиеся от элементарных оптронов и оптоэлектронных ИС.

Реальный оптрон может быть устроен и сложнее, чем схема на рис. 1; каждый из указанных блоков может включать в себя не один, а несколько одинаковых или подобных друг другу элементов, связанных электрически и оптически, однако это не изменяет существенно основ физики и электроники оптрона.

Применение

В качестве элементов гальванической развязки оптроны применяются: для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок и т.д.

Другая важнейшая область применения оптронов — оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск мощных тиристоров, триаков, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами.

Специфическую группу управляющих оптронов составляют резисторные оптроны, предназначенные для слаботочных схем коммутации в сложных устройствах визуального отображения информации, выполненных на электролюминесцентных (порошковых) индикаторах, мнемосхемах, экранах.

Создание «длинных» оптронов (приборов с протяженным гибким волоконно-оптическим световодом) открыло совершенно новое направление применения изделий оптронной техники — связь на коротких расстояниях.

Различные оптроны (диодные, резисторные, транзисторные) находят применение и в чисто радиотехнических схемах модуляции, автоматической регулировки усиления и др. Воздействие по оптическому каналу используется здесь для вывода схемы в оптимальный рабочий режим, для бесконтактной перестройки режима и т. п.

Возможность изменения свойств оптического канала при различных внешних воздействиях на него позволяет создать целую серию оптронных датчиков: таковы датчики влажности и загазованности, датчика наличия в объеме той или иной жидкости, датчики чистоты обработки поверхности предмета, скорости его перемещения и т. п.

Достаточно специфическим является использование оптронов в энергетических целях, т. е. работа диодного оптрона в фотовентильном режиме. В таком режиме фотодиод генерирует электрическую мощность в нагрузку и оптрон до определенной степени подобен маломощному вторичному источнику питания, полностью развязанному от первичной цепи.

Создание оптронов с фоторезисторами, свойства которых при освещении меняются по заданному сложному закону, позволяет моделировать математические функции, является шагом на пути создания функциональной оптоэлектроники.

Универсальность оптронов как элементов гальванической развязки и бесконтактного управления, разнообразие и уникальность многих других функций являются причиной того, что сферами применения этих приборов стали вычислительная техника, автоматика, связная и радиотехническая аппаратура, автоматизированные системы управления, измерительная техника, системы контроля и регулирования, медицинская электроника, устройства визуального отображения информации.

Физические основы оптронной техники

Элементная база и устройство оптронов

Элементную основу оптронов составляют фотоприемники и излучатели, а также оптическая среда между ними. Ко всем этим элементам предъявляются такие общие требования, как малые габариты и масса, высокая долговечность и надежность, устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, технологичность, низкая стоимость. Желательно также чтобы элементы прошли достаточно широкую и длительную промышленную апробацию.

Функционально (как элемент схемы) оптрон характеризуется в первую очередь тем, какой вид фотоприемника в нем используется.

Успешное использование фотоприемника в оптроне определяется выполнением следующих основных требований: эффективность преобразования энергии квантов излучения в энергию подвижных электрических; наличие и эффективность внутреннего встроенного усиления; высокое быстродействие; широта функциональных возможностей.

В оптронах используются фотоприемники различных структур, чувствительные в видимой и ближней инфракрасной области, так как именно в этом диапазоне спектра имеются интенсивные источники излучения и возможна работа фотоприемников без охлаждения.

Наиболее универсальными являются фотоприемники с р — n-переходами (диоды, транзисторы и т, п.), в подавляющем большинстве случаев они изготовляются на основе кремния и область их максимальной спектральной чувствительности находится вблизи l=0,7. 0,9 мкм.

Многочисленные требования предъявляются и к излучателям оптронов. Основные из них: спектральное согласование с выбранным фотоприемником; высокая эффективность преобразования энергии электрического тока в энергию излучения; преимущественная направленность излучения; высокое быстродействие; простота и удобство возбуждения и модуляции излучения.

Для использования в оптронах пригодны и доступны несколько разновидностей излучателей:

  • Миниатюрные лампочки накаливания.
  • Неоновые лампочки, в которых используется свечение электрического разряда газовой смеси неон-аргон.
    Этим видам излучателей свойственны невысокая светоотдача, низкая устойчивость к механическим воздействиям, ограниченная долговечность, большие габариты, полная несовместимость с интегральной технологией. Тем не менее, в отдельных видах оптронов они могут находить применение.
  • Порошковая электролюминесцентная ячейка использует в качестве светящегося тела мелкокристаллические зерна сульфида цинка (активированного медью, марганцем или другими присадками), взвешенные в полимеризующемся диэлектрике. При приложении достаточно высоких напряжений переменного тока идет процесс предпробойной люминесценции.
  • Тонкопленочные электролюминесцентные ячейки. Свечение здесь связано с возбуждением атомов марганца «горячими» электронами.

И порошковые, и пленочные электролюминесцентные ячейки имеют невысокую эффективность преобразования электрической энергии в световую, низкую долговечность (особенно — тонкопленочные ), сложны в управлении (например, оптимальный режим для порошковых люминофоров

220 В при f =400 . 800Гц). Основное достоинство этих излучателей — конструктивно-технологическая совместимость с фоторезисторами, возможность создания на этой основе многофункциональных, многоэлементных оптронных структур.

Основным наиболее универсальным видом излучателя, используемым в оптронах, является полупроводниковый инжекционный светоизлучающий диод — светодиод. Это обусловлено следующими его достоинствами: высокое значение КПД преобразования электрической энергии в оптическую; узкий спектр излучения (квазимонохроматичность); широта спектрального диапазона, перекрываемого различными светодиодами; направленность излучения; высокое быстродействие; малые значения питающих напряжений и токов; совместимость с транзисторами и интегральными схемами; простота модуляции мощности излучения путем изменения прямого тока; возможность работы, как в импульсном, так и в непрерывном режиме; линейность ватт-амперной характеристики в более или менее широком диапазоне входных токов; высокая надежность и долговечность; малые габариты; технологическая совместимость с изделиями микроэлектроники.

Общие требования, предъявляемые к оптической иммерсионной среде оптрона, следующие: высокое значение показателя преломления nим; высокое значение удельного сопротивления r им; высокая критическая напряженность поля Еим кр, достаточная теплостойкость D q им раб; хорошая адгезия с кристаллами кремния и арсенида галлия; эластичность (это необходимо, так как не удается обеспечить согласование элементов оптрона по коэффициентам термического расширения); механическая прочность, так как иммерсионная среда в оптопаре выполняет не только светопередающие, но и конструкционные функции; технологичность (удобство использования, воспроизводимость свойств, дешевизна и т. п.).

Основным видом иммерсионной среды, используемой в оптронах, являются полимерные оптические клеи. Для них типично nим =1,4. 1,6, r им > 10 12 . 10 14 Ом см, Еим кр =80 кВ/мм, D q им раб = — 60 . 120 C. Клеи обладают хорошей адгезией к кремнию и арсениду галлия, сочетают высокую механическую прочность и устойчивость к термоциклированию. Используются также незатвердевающие вазелиноподобные и каучукоподобные оптические среды.

Физика преобразования энергии в диодном оптроне

Рассмотрение процессов преобразования энергии в оптроне требует учитывать квантовую природу света. Известно, что электромагнитное излучение может быть представлено в виде потока частиц — квантов (фотонов), энергия. каждого из которых определяется соотношением:

Каждый электрик должен знать:  Светодиодные лампы для дома отзывы и особенности

Eф = hn = hc / n l (2.1)

где h — постоянная Планка ;
с — скорость света в вакууме ;
n — показатель преломления полупроводника ;
n, l — частота колебаний и длина волны оптического излучения.

Если плотность потока квантов (т. е. число квантов, пролетающих через единицу площади в единицу времени) равна Nф, то полная удельная мощность излучения составит:

Pф = Nф * Eф (2.2)

и, как видно из (2.1), при заданном Nф она тем больше, чем короче длина волны излучения. Поскольку на практике заданной бывает Pф (энергетическая облученность фотоприемника), то представляется полезным следующее соотношение

Nф = Pф / Eф = 5 * 10 15 l Pф (2.3)

где Nф, см -2 с -1 ; l , мкм; Pф, мВт/см.

Рис. 2. Энергетическая диаграмма прямозонного полупроводника (на примере тройного соединения GaAsP)

Механизм инжекционной люминесценции в светодиоде состоит из трех основных процессов: излучательная (и безызлучательная) рекомбинация в полупроводниках, инжекция избыточных неосновных носителей заряда в базу светодиода и вывод излучения из области генерации.

Рекомбинация носителей заряда в полупроводнике определяется, прежде всего, его зонной диаграммой, наличием и природой примесей и дефектов, степенью нарушения равновесного состояния. Основные материалы оптронных излучателей (GaAs и тройные соединения на его основе GaA1As и GaAsP) относятся к прямозонным полупроводникам, т.е. к таким, в которых разрешенными являются прямые оптические переходы зона-зона (рис. 2). Каждый акт рекомбинации носителя заряда по этой схеме сопровождается излучением кванта, длина волны которого в соответствии с законом сохранения энергии определяется соотношением:

l изл [мкм] = 1,23 / Eф [эB] (2.4)

Следует отметить, Что имеются и конкурирующие безызлучательные — механизмы рекомбинации. К числу важнейших из них относятся:

  1. Рекомбинация на глубоких центрах. Электрон может переходить в валентную зону не прямо, а через те или иные центры рекомбинации, образующие разрешенные энергетические уровни в запрещенной зоне (уровень Et на рисунке 2).
  2. Оже-рекомбинация (или ударная). При очень высоких концентрациях свободных носителей заряда в полупроводнике растет вероятность столкновения трех тел, энергия рекомбинирующей электронно-дырочной пары при этом отдается третьему свободному носителю в форме кинетической энергии, которую он постепенно растрачивает при соударениях с решеткой.

Pис. 3. Электрическая (a) и оптическая (b) модели светодиода. A — оптически «прозрачная» часть кристалла; B — активная часть кристалла; C -«непрозрачная» часть кристалла; D — омические контакты; E — область объемного заряда

Относительная роль различных механизмов рекомбинации описывается введением понятия внутреннего квантового выхода излучения h int, определяемого отношением вероятности излучательной рекомбинации к полной (излучательной и безызлучательной) вероятности рекомбинации (или, иначе, отношением числа генерированных квантов к числу инжектированных за то же время неосновных носителей заряда). Значение h int является важнейшей характеристикой материала, используемого в светодиоде; очевидно, что 0 h int 100%.

Создание избыточной концентрации свободных носителей в активной (излучающей) области кристалла светодиода осуществляется путем инжекции их р-n-переходом, смещенным в прямом направлении.

«Полезной» компонентной тока, поддерживающей излучательную рекомбинацию в активной области диода, является ток электронов In (рис. 3,а), инжектируемых р-n-переходом. К «бесполезным» компонентам прямого тока относятся:

  1. Дырочная составляющая Ip, обусловленная инжекцией дырок в n-область и отражающая тот факт, что р — n-переходов с односторонней инжекцией не бывает, Доля этого тока тем меньше чем сильнее легирована n-область по сравнению с р-областью.
  2. Ток рекомбинации (безызлучательной) в области объемного заряда р — n-перехода Iрек. В полупроводниках с большой шириной запрещенной зоны при малых прямых смещениях доля этого тока может быть заметной.
  3. Туннельный ток Iтун , обусловленный «просачиванием» носителей заряда через потенциальный барьер. Ток переносится основными носителями и вклада в излучательную рекомбинацию не дает. Туннельный ток тем больше, чем уже р — n-переход, он заметен при сильной степени легирования базовой области и при больших прямых смещениях.
  4. Ток поверхностных утечек Iпов, обусловленный отличием свойств поверхности полупроводника от свойств объема и наличием тех или иных закорачивающих включений.

Эффективность р — n-перехода характеризуется коэффициентом инжекции:

Очевидно, что пределы возможного изменения g те же, что и у h int, т. е. 0 g 100%.

При выводе излучения из области генерации имеют место следующие виды потерь энергии (рис. 3, б):

  1. Потери на самопоглощение (лучи 1). Если длина волны генерируемых квантов в точности соответствует формуле (2.4), то она совпадает с «красной границей» поглощения (см. ниже), и такое излучение быстро поглощается в толще полупроводника (самопоглощение). В действительности, излучение в прямозонных полупроводниках идет не по приведенной выше идеальной, схеме. Поэтому длина волны генерируемых квантов несколько больше, чем по (2.4):
  2. Потери на полное внутреннее отражение (лучи 2). Известно, что при падении лучей света на границу раздела оптически плотной среды (полупроводник) с оптически менее плотной (воздух) для части этих лучей выполняется условие полного внутреннего отражения такие лучи, отразившиеся внутрь кристалла, в конечном счете, теряются за счет самопоглощения.
  3. Потери на обратное и торцевое излучение (луч 3 и 4).

Количественно эффективность вывода оптической энергии из кристалла характеризуется коэффициентом вывода Копт определяемым отношением мощности излучения, выходящего в нужном направлении, к мощности излучения, генерируемой внутри кристалла. Так же, как и для коэффициентов h int и g , всегда выполняется условие 0 Копт 100%.
g . Интегральным показателем излучательной способности светодиода является величина внешнего квантового выхода h ext. Из сказанного ясно, что h ext = h int g Копт.

Перейдем к приемному блоку. Принцип действия используемых в оптронах фотприемников основан на внутреннем фотоэффекте, заключающемся в отрыве электронов от атомов внутри тела под действием электромагнитного (оптического) излучения.

Кванты света, поглощаясь в кристалле, могут вызывать отрыв электронов от атомов, как самого полупроводника, так и примеси. В соответствии с этим говорят о собственном (беспримесном) и примесном поглощении (фотоэффекте). Поскольку концентрация примесных атомов мала, фотоэлектрические эффекты, основанные на собственном поглощении, всегда существеннее, чем основанные на примесном. Все используемые в оптронах фотоприемники «работают» на беспримесном фотоэффекте. Для того чтобы квант света вызывал отрыв электрона от атома, необходимо выполнение очевидных энергетических соотношений:

Eф1 = hn1 Ec — Ev (2.6)

Eф2 = hn2 Ec — Et (2.7)

Таким образом, собственный фотоэффект может иметь место лишь при воздействии на полупроводник излучения с длиной волны, меньшей некоторого значения l гр:

l гр = hc / ( Ec — Ev) 1.23/ Eg (2.8)

Второе равенство в (2.8) справедливо, если l гр выражено в микрометрах, а ширина запрещенной зоны полупроводника Eg — в электроновольтах. Величину l гр называют длинноволновой или «красной» границей спектральной чувствительности материала.

Интенсивность протекания фотоэффекта (в той спектральной области, где он может существовать) зависит от квантового выхода, определяемого отношением числа генерированных пар электрон-дырка к числу поглощенных фотонов. Анализ экспериментальных зависимостей от показывает, что в интересной для оптронов спектральной области b = 1.

Образование свободных носителей заряда под действием облучения проявляется в полупроводнике в виде двух фотоэлектрических эффектов: фотопроводимости (возрастание проводимости образца при засветке) и фотовольтаического (возникновение фото-ЭДС на р — n-переходе или другом виде потенциального барьера в полупроводнике при освещении). Оба эффекта используются в практике конструирования фотоприемников; для оптронов предпочтительным и доминирующим является использование фото-ЭДС-эффекта.

Основные параметры и характеристики фотоприемников (безотносительно к физической природе и конструкции этих приборов) можно подразделить на несколько групп , К оптическим характеристикам относятся площадь фоточувствительной поверхности, материал, размеры и конфигурация оптического окна; максимальный и минимальный уровни мощности излучения. К электрооптическим — фоточувствительность, степень однородности распределения чувствительности по фотоприемной площадке; спектральная плотность чувствительности (зависимость параметра, характеризующего чувствительность, от длины волны); собственные шумы фотоприемника и их зависимость от уровня засветки и диапазона рабочих частот; разрешающее время (быстродействие); коэффициент качества (комбинированный показатель, позволяющий сопоставлять различные фотоприемники друг с другом); показатель линейности; динамический диапазон. Как элемент электрической цепи фотоприемник характеризуется, прежде всего, параметрами его эквивалентной схемы, требованиями к рабочим режимам, наличием (или отсутствием) встроенного механизма усиления, видом и формой выходного сигнала. Прочие характеристики: эксплуатационные, надежностные, габаритные, технологические — ничего специфически «фотоприемного» не содержат.

В зависимости от характера выходного сигнала (напряжение, ток) говорят о вольтовой или токовой фоточувствительности приемника S, измеряемых соответственно в В/Вт или А/Вт. Линейность (или нелинейность) фотоприемника определяется значением показателя степени n в уравнении, связывающем выходной сигнал с входным: Uвых( или Iвых)

Pф. При n 1 фотоприемник линеен; область значений Pф(от Pф max до Pф min), в которой это выполняется, определяет динамический диапазон линейности фотоприемника D , выражаемый обычно в децибелах: D = 10 lg (Pф max / Pф min).

Важнейшим параметром фотоприемника, определяющим порог его чувствительности, является удельная обнаружительная способность D, измеряемая в Вт -1 м Гц 1/2 . При известном значении D порог чувствительности (минимальная фиксируемая мощность излучения) определяется как

Pф min = / D (2.9)

где А — площадь фоточувствительной площадки; D f- диапазон рабочих частот усилителя фотосигналов. Иными словами, параметр D играет роль коэффициента качества фотоприемника.

Рис. 4. Схемы измерения и семейства вольт-амперных характеристик в фотодиодном (а) и фотовентильном (б) режимах работы диода

В применении к оптронам не все перечисленные характеристики оказываются одинаково важными. Как правило, фотоприемники в оптронах работают при облученностях, очень далеких от пороговых, поэтому использование параметров Pф min и D оказывается практически бесполезным. Конструктивно фотоприемник в оптроне обычно, «утоплен» в иммерсионную. среду, соединяющую его с излучателем, поэтому знание оптических характеристик входного окна теряет смысл (как правило, специально такого окна нет). Не очень важно знать и распределение чувствительности по фоточувствительной площадке, так как интерес представляют интегральные эффекты.

Механизм работы фотоприемников, базирующихся на фотовольтаическом эффекте, рассмотрим на примере планарно-эпитаксиальных фотодиодов с р-n-переходом и с р-i-n-структурой, в которых можно выделить n + — подложку, базу n- или i-типа (слабая проводимость n-типа) и тонкий р + -слой. При работе в фотодиодном режиме (рис. 4,а) приложенное извне напряжение заставляет подвижные дырки и электроны уходить от р — n(р — i)-перехода; при этом картина распределения поля в кристалле оказывается резко различной для двух рассматриваемых структур.

Световое излучение, поглощаясь в базовой области диода, генерирует электронно-дырочные пары, которые диффундируют к р — n-переходу, разделяются им и вызывают появление дополнительного тока во внешней цепи. В р — i — n-диодах это разделение происходит в поле i-o6лaсти и вместо процесса диффузии имеет место дрейф носителей заряда под влиянием электрического поля. Каждая генерированная электронно-дырочная пара, прошедшая через р — n-переход, вызывает прохождение во внешней цепи заряда, равного заряду электрона. Чем больше облученность диода, тем больше фототок. Фототок протекает и при смещении диода в прямом направлении (рис. 4, а), однако уже при небольших напряжениях он оказывается намного меньше прямого тока, поэтому его выделение оказывается затруднительным.

Рабочей областью вольт-амперных характеристик фотодиода является III квадрант на рис. 4,а; соответственно этому в качестве важнейшего параметра выступает токовая чувствительность

Второе равенство в (2.10) получено в предположении линейной зависимости Iф = f(Pф), а третье — при условии пренебрежения темновым током (IT 2 — с составным фототранзистором, ДТ — диодно-транзисторная, 2Д (2Т) — диодная (транзисторная) дифференциальная.

Система параметров изделий оптронной техники базируется на системе параметров оптопар, которая формируется из четырех групп параметров и режимов.

Первая группа характеризует входную цепь оптопары (входные параметры), вторая — ее выходную цепь (выходные параметры), третья — объединяет параметры, характеризующие степень воздействия излучателя на фотоприемник и связанные с этим особенности прохождения сигнала через оптопару как элемент связи (параметры передаточной характеристики), наконец, четвертая группа объединяет параметры гальванической развязки, значения которых показывают, насколько приближается оптопара к идеальному элементу развязки. Из четырех перечисленных групп определяющими, специфически «оптронными» являются параметры передаточной характеристики и параметры гальванической развязки.

Важнейшим параметром диодной и транзисторной оптопар является коэффициент передачи тока. Определение импульсных параметров оптронов ясно из (рис. 5). Отсчетными уровнями при измерении параметров tнар(сп), tзд, и tвкл(выкл) обычно служат уровни 0.1 и 0.9, полное время логической задержки сигнала определяется по уровню 0,5 амплитуды импульса.

Параметрами гальванической развязки. Оптопар являются: максимально допустимое пиковое напряжение между входом и выходом Uразв п max; максимально допустимое напряжение между входом и выходом Uразв max; сопротивление гальванической развязки Rразв; проходная емкость Cразв; максимально допустимая скорость изменения напряжения между входом в выходом (dU разв /dt)max. Важнейшим является параметр Uразв п max. Именно он определяет электрическую прочность оптопары и ее возможности как элемента гальванической развязки.

Рассмотренные параметры оптопар полностью или с некоторыми изменениями используются и для описания оптоэлектронных интегральных микросхем.

Диодные оптопары

Рис. 6. Условные обозначения оптопар

Диодные оптопары (рис. 6,а) в большой степени, чем какие-либо: другие приборы, характеризуют уровень оптронной техники. По величине Кi можно судить о достигнутых КПД преобразования энергии в оптроне; значения временных параметров позволяют определить предельные скорости распространения информации. Подключение к диодной оптопаре тех или иных усилительных элементов, весьма полезное и удобное, не может тем не менее дать выигрыша ни по энергетике, ни по предельным частотам.

Транзисторные и тиристорные оптопары

Транзисторные оптопары (рис. 6, c) рядом своих свойств выгодно отличаются от других видов оптронов. Это прежде всего схемотехническая гибкость, проявляющаяся в том, что коллекторным током можно управлять как по цепи светодиода (оптически), так и по базовой цепи (электрически), а также в том, что выходная цепь может работать и в линейном и в ключевом режиме. Механизм внутреннего усиления обеспечивает получение больших значений коэффициента передачи тока Кi, так что последующие усилительные каскады не всегда необходимы. Важно, что при этом инерционность оптопары не очень велика и для многих случаев вполне допустима. Выходные токи фототранзисторов значительно выше, чем, например, у фотодиодов, что делает их пригодными для коммутации широкого круга электрических цепей. Наконец, следует отметить, что все это достигается при относительной технологической простоте транзисторных оптопар.

Тиристорные оптопары (рис. 6, b) наиболее перспективны для коммутации сильноточных высоковольтных цепей: по сочетанию мощности, коммутируемой в нагрузке, и быстродействию они явно предпочтительнее Т 2 -оптопар. Оптопары типа АОУ103 предназначены для использования в качестве бесконтактных ключевых элементов в различных радиоэлектронных схемах: в цепях управления, усилителях мощности, формирователях импульсов и т. п.

Резисторные оптопары

Резисторные оптопары (рис. 6, d) принципиально отличаются от всех других видов оптопар физическими и конструктивно-технологическими особенностями, а также составом и значениями параметров.

В основе принципа действия фоторезистора лежит эффект фотопроводимости, т. е. изменения сопротивления полупроводника при освещении.

Дифференциальные оптопары для передачи аналогового сигнала

Весь изложенный выше материал касается вопросов передачи цифровой информации по гальванически развязанной цепи. Во всех случаях, когда говорилось о линейности, об аналоговых сигналах, речь шла о виде выходной характеристики оптопары. Во всех случаях управление по каналу излучатель — фотоприемник не описывалось линейной зависимостью. Важную задачу представляет собой передача аналоговой информации с помощью оптопары, т.е., обеспечение линейности передаточной характеристики вход — выход [36]. Лишь при наличии таких оптопар становится возможным непосредственное распространение аналоговой информации по гальванически развязанным цепям без преобразования ее к цифровой форме (последовательности импульсов).

Сопоставление свойств различных оптопар по параметрам, важным с точки зрения передачи аналоговых сигналов приводит к заключению, что если эта задача и может быть решена, то только с помощью диодных оптопар, обладающих хорошими частотными и шумовыми характеристиками. Сложность проблемы заключается прежде всего в узком диапазоне линейности передаточной характеристики и степени этой линейности у диодных оптопар.

Следует отметить, что в создании приборов с гальванической развязкой, пригодных для передачи аналоговых сигналов, сделаны лишь первые шаги, и можно ожидать дальнейшего прогресса.

Оптоэлектронные микросхемы и другие приборы оптронного типа

Оптоэлектронные микросхемы представляют собой один из наиболее широко применяемых, развивающихся, перспективных классов изделий оптронной техники. Это обусловлено полной электрической и конструктивной совместимостью оптоэлектронных микросхем с традиционными микросхемами, а также их более широкими по сравнению с элементарными оптронами функциональными возможностями. Как и среди обычных микросхем, наиболее широкое распространение получили переключательные оптоэлектронные микросхемы.

Специальные виды оптронов резко отличаются от традиционных оптопар и оптоэлектронных микросхем. К ним относятся, прежде всего, оптроны с открытым оптическим каналом. В конструкции этих приборов между излучателем и фотоприемником имеется воздушный зазор, так что, помещая в него те или иные механические преграды, можно управлять световым потоком и тем самым выходным сигналом оптрона. Таким образом, оптроны с открытым оптическим каналом выступают в качестве оптоэлектронных датчиков, фиксирующих наличие (или отсутствие) предметов, состояние их поверхности, скорость перемещения или поворота и т. п.

Сферы применения оптронов и оптронных микросхем

Перспективные направления развития и применения оптронной техники в значительной степени определились. Оптроны и оптронные микросхемы эффективно применяются для передачи информации между устройствами, не имеющими замкнутых электрических связей. Традиционно сильными остаются позиции оптоэлектронных приборов в технике получения и отображения информации. Самостоятельное значение в этом направлении имеют оптронные датчики, предназначенные для контроля процессов и объектов, весьма различных по природе и назначении. Заметно прогрессирует функциональная оптронная микросхемотехника, ориентированная на выполнение разнообразных операций, связанных с преобразованием, накоплением и хранением информации. Эффективной и полезной оказывается замена громоздких, недолговечных и нетехнологичных (с позиций микроэлектроники) электромеханических изделий (трансформаторов, потенциометров, реле) оптоэлектронными приборами и устройствами. Достаточно специфическим, но во многих случаях оправданным и полезным является использование оптронных элементов в энергетических целях.

Передача информации

При передаче информации оптроны используются в качестве элементов связи, и, как правило, не несут самостоятельной функциональной нагрузки. Их применение позволяет осуществить весьма эффективную гальваническую развязку устройств управления и нагрузки (рис. 7), действующих в различных электрических условиях и режимах. С введением оптронов резко повышается помехоустойчивость каналов связи; практически устраняются «паразитные» взаимодействия по цепям «земли» и питания. Интерес представляет также рациональное и надежное согласование цифровых интегральных устройств с разнородной элементной базой (ТТЛ, ЭСЛ, И2Л, КМОП и т. п).

Рис. 7. Схема межблочной гальванической развязки

Схема согласования элемента транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) с интегральным устройством на МДП-транзисторах построена на транзисторном оптроне (рис. 8). В конкретном варианте: E1 = Е2 = 5 В, Е3 = 15 В, R1 = 820 Ом, R2 = 24 кОм — светодиод оптрона возбуждается током (5 мА), достаточным для насыщения транзистора и уверенного управления устройством на МДП-транзисторах.

Рис. 8. Схема сопряжения ТТЛ и МДП элементов по оптическому каналу

Активно используются оптические связи в телефонных устройствах и системах. С помощью оптронов технически несложными средствами удается подключать к телефонным линиям микроэлектронные устройства, предназначенные для вызова, индикации, контроля и других целей.

Введение оптических связей в электронную измерительную аппаратуру, кроме полезной во многих отношениях гальванической развязки исследуемого объекта и измерительного прибора, позволяет также резко уменьшить влияние помех, действующих по цепям заземления и питания.

Значительный интерес представляют возможности и опыт использования оптоэлектронных приборов и устройств в биомедицинской аппаратуре. Оптроны позволяют надежно изолировать больного от действия высоких напряжений, имеющихся, например, в электрокардиографических приборах.

Бесконтактное управление мощными, высоковольтными цепями по оптическим каналам весьма удобно и безопасно в сложных технических режимах, характерных для многих устройств и комплексов промышленной электроники. В этой области сильны позиции тиристорных оптронов (рис. 9).

Рис. 9. Схема коммутации нагрузки переменного тока

Получение и отображение информации

Оптроны и оптронные микросхемы занимают прочные позиции в бесконтактной дистанционной технике оперативного получения и точного отображения информации о характеристиках и свойствах весьма различных (по природе и назначению) процессов и объектов. Уникальными возможностями в этом плане обладают оптроны с открытыми оптическими каналами. Среди них оптоэлектронные прерыватели, реагирующие на пересечение оптического канала непрозрачными объектами (рис. 10), и отражательные оптроны, у которых воздействие светоизлучателей на фотоприемники всецело связано с отражением излучаемого потока от внешних объектов.

Каждый электрик должен знать:  Соединение кабеля в коробке на улице безопасно или нет

Рис. 10. Оптоэлектронный датчик

Круг применений оптронов с открытыми оптическими каналами обширен и разнообразен. Уже в 60-е годы оптроны подобного типа эффективно использовались для регистрации предметов и объектов. При такой регистрации, характерной в первую очередь для устройств автоматического контроля и счета объектов, а также для обнаружения и индикации различного рода дефектов и отказов, важно четко определить местонахождение объекта или отразить факт его существования. Функции регистрации оптроны выполняют надежно и оперативно.

Контроль электрических процессов

Мощность излучения, генерируемого светодиодом, и уровень фототока, возникающего в линейных цепях с фотоприемниками, прямо пропорциональны току электрической проводимости излучателя. Таким образом, по оптическим (бесконтактным, дистанционным) каналам можно получить вполне определенную, информацию о процессах в электрических цепях, гальванически связанных с излучателем. Особенно эффективным оказывается использование светоизлучателей оптронов в качестве датчиков электрических изменений в сильноточных, высоковольтных цепях. Четкая информация о подобных изменениях важна для оперативной защиты источников и потребителей энергии от электрических перегрузок.

Рис. 11. Стабилизатор напряжения с контролирующим оптроном

Оптроны успешно действуют в высоковольтных стабилизаторах напряжения, где они создают оптические каналы отрицательных обратных связей. Рассматриваемый стабилизатор (рис. 11) относятся к устройству последовательного типа, причем регулирующим элементом является биполярный транзистор, а кремниевый стабилитрон действует как источник, опорного (эталонного) напряжения. Сравнивающим элементом служит светодиод.

Если выходное напряжение в схеме рис. 11 возрастает, то увеличивается и ток проводимости светодиода. Фототранзистор оптрона воздействует на транзистор, подавляя возможную нестабильность выходного напряжения.

Замена электромеханических изделий

В комплексе технических решений, ориентированных на повышение эффективности и качества устройств автоматики, радиотехники, электросвязи, промышленной и бытовой электроники, целесообразной и полезной мерой является замена электромеханических изделий (трансформаторов, реле, потенциометров, реостатов, кнопочных и клавишных переключателей) более компактными, долговечными, быстродействующими аналогами. Ведущая роль в этом направлении отводится оптоэлектронным приборам и устройствам. Дело в том, что весьма важные технические достоинства трансформаторов и электромагнитных реле (гальваническая развязка цепей управления и нагрузки, уверенное функционирование в мощных, высоковольтных, сильноточных системах) свойственны и оптронам. Вместе с тем оптоэлектронные изделия существенно превосходят электромагнитные аналоги по надежности, долговечности, переходным и частотным характеристикам. Управление компактными и быстродействующими оптоэлектронными трансформаторами, переключателями, реле уверенно осуществляется с помощью интегральных микросхем цифровой техники без специальных средств электрического согласования.

Пример замены импульсного трансформатора приведен на рис. 12.

Рис. 12. Схема оптоэлектронного трансформатора

Энергетические функции

В энергетическом режиме оптроны используются в качестве вторичных источников ЭДС и тока. КПД оптронных преобразователей энергии невелик. Однако возможность введения дополнительного источника напряжения или тока в любую цепь устройства без гальванической связи с первичным источником питания дает разработчику новую степень свободы, особенно полезную при решении нестандартных технических задач.

Volkswagen Passat Variant В-3 Черный PG-syncro › Бортжурнал › Транзисторная оптопара SOP-4.

Разобью к празднику свою же интригу.
Смысла держать в неведении большинство… нет.
Что же за мелюзга была так давно приобоетена?
Посмотрим…

В чеке написано — транзисторная оптопара SOP-4

Так и есть. Цена не велика…поэтому на всякий случай заказал две.

Как с ней работать без линзы — ума не приложу…

Поэтому лежала аж с декабря месяца… до 20 февраля…
Два месяца прошло…
Но руки у меня до неё дошли.
Натолкнул на неё меня своим советом Tita-8v
За что ему большое спасибо.
Схема с подключением реле у меня не сработала.
Поэтому пришлось мудрить.

Вот сайт продавца, где описан принцип действия и характеристики.
Итак приобрёл я две вот таких штуковины.
Позади виден квадратный упаковочный контейнер.
Он отрезан от ленты… поскольку оптопары эти продаются не поштучно а в лентах…

Сама оптопара очень маленькая.
Вот ещё фото для сравнения.

И хотя линза у киндеровской собачки игрушечная…
Но увеличение она всё же даёт.

Дальше мне нужно произвести подключение к ножкам…
Для этого я решил припаять совсем тоненькие проводки.
Ну а для облегчения процесса пайки я посадил оптопару в термоусадку.

А её ножки выпрямил.
К прямым ножкам легче было подпаятья короткие проводки.

И вот половина работы сделана.

Точно так же выровнял и оставшиеся две ноги и подпаял проводки ко второй паре…

Всё замечательно.
Но куда и как я размещу такое тонкое создание ?
А находиться оно должно за блоком реле в гуще проводов.
Ну или за приборкой…

Естественно что бы избежать облома ножек или отрыва проводов решил упаковать оптопару в термоусадку.

Залезла она туда легко и после прогрева термоусадки всё стало выглядеть вот так:

Теперь соединениям ничего не страшно.
Можно дальше собирать всё по схеме.
Катод оптопары я пометил на проводке узелком.
А провод напротив него просто сделал подлинней.
Это что бы не запутаться в выводах ножек.
Ну а дальше всё по схеме.

Если вы ещё не поняли что это и для чего…
Напомню.
Я вывел показание датчика на приборку.
Но поскольку сам датчик в новом бачке у меня был уже от Г4 и В5, то всё оказалось сложней, чем с обычным.
Датчик от В-5 мне достался с фишкой нахаляву.
И менять его на тот который попроще и который стоял у меня раньше — уже не хотелось, да и не было возможности.
Поскольку отверстие под датчик от В5 чуть больше чем под датчик от опеля.
А к тому моменту я его уже врезал в бачок.
Поэтому свой старый 9 литровый бачок я продал вместе с опелевским датчиком.
А себе оставил от В-5.

Но работал он с точностью до наоборот опелевскому.
То есть.
Бачок полный — сигнал через жидкость идёт. Он есть.
Диод горит.
Жидкость кончилась — сигнал пропал.
Диод погас.
А хотелось иметь принцип работы — наоборот.
Вот для этого и была куплена такая оптопара.
Осталось подпаять резистор к одному из проводков и произвести все подключения проводов, которые давно имеются за блоком реле и заведены в щиток приборов.
Так что присматривайтесь…

Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Оптроны (оптопары) — электронные приборы, служащие для преобразования сигнала электрического тока в световой поток. Их световой сигнал передается через каналы оптики, а также происходит обратная передача и преобразование света в электрический сигнал.

Устройство оптрона состоит из излучателя света и преобразователя светового луча (фотоприемника). В качестве излучателя в современных приборах используют светодиоды. В старых моделях применялись маленькие лампочки накаливания. Две составные части оптопары объединены общим корпусом и оптическим каналом.

Виды и устройство оптронов

Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать оптопары по группам. При разделении на классы оптронных изделий необходимо учитывать два фактора: тип фотоприемника и особенности общей конструкции прибора.

Первый признак классификации оптронов обуславливается тем, что у всех оптопар на входе расположен светодиод, поэтому возможности функционирования определяются свойствами устройства фотоприемника. Вторым признаком является исполнение конструкции, определяющее особенности использования оптрона.

Применяя такой смешанный принцип разделения, можно выделить три группы оптронных устройств:
  • Элементарные оптопары.
  • Оптоэлектронные микросхемы.
  • Специальные оптопары.
Группы содержат в себе множество видов приборов. Для популярных оптопар применяются некоторые обозначения:
  • Д – диодная.
  • Т – транзисторная.
  • R – резисторная.
  • У – тиристорная.
  • Т 2 – со сложным фототранзистором.
  • ДТ – диодно-транзисторная.
  • 2Д (2Т) – диодная дифференциальная, либо транзисторная.
Система свойств оптронных устройств основывается на системе свойств оптопар. Эта система создается из четырех групп свойств и режимов:
  • Характеризует цепь входа оптопары.
  • Характеризует выходные параметры.
  • Объединяет степень действия излучателя на приемник света, и особенности прохода сигнала по оптопаре в качестве компонента связи.
  • Объединяет свойства гальванической развязки.

Основными оптронными параметрами считаются свойства передачи и гальванической развязки. Важной величиной транзисторных и диодных оптронов считается коэффициент передачи тока.

Показателями гальванической развязки оптронов являются:
  • Допустимое пиковое напряжение выхода и входа.
  • Допустимое наибольшее напряжение выхода и входа.
  • Сопротивление развязки.
  • Проходная емкость.
  • Допустимая наибольшая скорость изменения напряжения выхода и входа.

Первый параметр является наиболее важным. По нему определяют электрическую прочность оптрона, а также его способности применения в качестве гальванической развязки.

Эти параметры оптронов применимы и для интегральных микросхем на основе оптопар.

Обозначения оптопар на схемах
Диодные оптопары

Оптроны на диодах (рис. а) больше других устройств показывают уровень развития оптронной технологии. По значению коэффициента передачи определяют полезное действие преобразования энергии в оптопаре. Величины временных значений свойств дают возможность определить наибольшие скорости передачи информации. Соединение с диодным оптроном усилителей позволяет создать эффективные устройства передачи информации.

Транзисторные оптроны

Эти приборы (рис. с) отличаются некоторыми свойствами от других видов оптопар. Одним из таких свойств является возможность оптического управления по цепи светодиода, и по основной электрической цепи. Цепь выхода может также действовать в режиме ключа и линейном режиме.

Принцип внутреннего усиления дает возможность получения больших величин коэффициента передачи тока. Поэтому дополнительные усилители не всегда нужны. Важным моментом является небольшая инерционность оптопары, что допускается для многих режимов. Фототранзисторы имеют выходные токи намного больше, чем фотодиоды. Поэтому они применяются для коммутации различных электрических цепей. Все это достигается простой технологией транзисторных оптронов.

Тиристорные оптроны

Такие оптопары (рис. b) имеют большую перспективу для коммутации мощных силовых цепей высокого напряжения: по мощности, нагрузке, скорости они более подходящие, чем Т 2 оптопары. Оптроны марки АОУ 103 служат для применения в качестве бесконтактных выключателей в разных электронных схемах: усилителях, управляющих цепях, источниках импульсов и т.д.

Резисторные оптроны

Такие устройства (рис. d) называют фоторезисторами. Они значительно различаются от других типов оптронов своими особенностями конструкции и технологией изготовления. Основным принципом работы фоторезистора является эффект фотопроводности, то есть, изменения величины сопротивления при воздействии светового потока.

Дифференциальные

Рассмотренные выше оптопары способны передавать цифровые данные по гальванической развязке цепи. Важной проблемой является передача аналогового сигнала при помощи оптронов, то есть, создание линейности свойств передачи «вход-выход». Только при наличии таких свойств оптопар можно передавать аналоговые данные по гальванической развязке цепи без цифрового вида и импульсной передачи.

Такая задача решается диодными оптопарами, имеющими качественные шумовые и частотные характеристики. Трудность в решении этой задачи заключается в узком интервале линейности передающей характеристики и линейности диодных оптопар. Такие приборы только начинают прогрессировать в развитии, но за ними большое будущее.

Оптронные микросхемы

Эти микросхемы являются наиболее популярными классами моделей оптронных устройств, благодаря конструктивной и электрической совместимости оптронных микросхем с простыми видами, а также намного большей функциональности. Широкое применение получили коммутационные оптронные микросхемы.

Специальные оптроны

Такие образцы имеют значительные отличия от стандартных моделей приборов. Они выполнены в виде оптопар с оптическим каналом открытого вида. В устройстве таких моделей между фотоприемником и излучателем находится воздушный промежуток. Поэтому, при размещении в нем механических препятствий можно управлять светом и сигналом выхода. Оптроны с открытым каналом оптики используются вместо оптических датчиков, которые фиксируют наличие предметов, их поверхность, поворот, перемещение и т.д.

Применение оптронных устройств
  • Подобные устройства используются для передачи данных между устройствами, которые не соединены электрическими проводами.
  • Также оптопары используются для отображения и получения информации в технике. Отдельно необходимо отметить оптронные датчики, служащие для контроля объектов и процессов, отличающихся по назначению и природе.
  • Заметен прогресс оптронной функциональной микросхемотехники, которая ориентирована на решение различных задач по преобразованию и накоплению данных.
  • Полезной эффективностью стала замена больших недолговечных устройств электромеханического типа приборами оптоэлектронного принципа действия.
  • Иногда оптронные компоненты применяются в энергетике, хотя это довольно специфические решения.
Контроль электрических процессов

Мощность светового потока от светодиода и величина фототока, который образуется в линейных цепях фотоприемников, напрямую зависит от тока проводимости излучателя. Поэтому по бесконтактным оптическим каналам можно передать информацию о процессах в цепях электрического тока, связанных проводами с излучателем. Наиболее эффективным стало применение излучателей света оптопар в датчиках, электрических изменений в силовых цепях высокого напряжения. Точная информация об аналогичных изменениях имеет важность для своевременной защиты источников и потребителей электроэнергии от чрезмерных нагрузок.

Стабилизатор с контрольным оптроном

Оптроны эффективно работают в стабилизаторах высокого напряжения. В них они образуют оптические каналы обратных связей отрицательной величины. Стабилизатор, изображенный на схеме, является прибором последовательного вида. При этом элемент регулировки выполнен на биполярном транзисторе, а стабилитрон на основе кремния работает в качестве источника эталонного опорного напряжения. Компонентом сравнения является светодиод.

При возрастании выходного напряжения, повышается и проводимость светодиода. На транзистор оптрона оказывает действие фототранзистор, при этом стабилизирует напряжение на выходе.

Достоинства оптронов
  • Бесконтактное управление объектами, гибкость и разнообразие видов управления.
  • Устойчивость каналов связи к электромагнитным полям, что позволяет создать защиту от помех и взаимных наводок.
  • Создание микроэлектронных устройств с приемниками света, свойства которых могут изменяться по определенным сложным законам.
  • Увеличение перечня функций управления сигналом выхода оптронов с помощью воздействия на материал канала оптики, создание приборов и датчиков для передачи данных.
Недостатки оптронов
  • Малый КПД, вследствие двойного преобразования энергии, большой расход электроэнергии.
  • Значительная зависимость работы от температуры.
  • Большой собственный шумовой уровень.
  • Технология и конструкция недостаточно совершенны, так как применяется гибридная технология.

Такие отрицательные моменты оптронов постепенно устраняются по мере развития технологии схемотехники и создания материалов. Большая популярность оптронов вызвана, прежде всего, уникальными свойствами этих устройств.

Исследование интегральных оптопар

Изучить особенности работы и методику измерения параметров интегральных диодных оптопар.

4.2 Подготовка к работе.

4.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендованной литературе:

-входные и выходные параметры оптопар;

-передаточные параметры и параметры изоляции оптопар;

-режимы эксплуатации диодных оптопар;

-режимы эксплуатации транзисторных оптопар;

-системы обозначения оптопар.

4.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

-объясните устройство диодного оптрона;

-для каких цепей используются диодные оптроны;

-объясните причины инерционности диодных оптронов;

-объясните передаточную характеристику оптрона;

-приведите условное графическое обозначение различных типов оптопар;

-приведите и расшифруйте систему обозначений различных типов оптопар.

Тугов Н.Н., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для студентов Вузов — М.: Энергоатомиздат, 1990 — с. 429-446.

Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Учебное пособие для Вузов. Издание 2-ое, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа,1987 — с. 374-383.

Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник для Вузов — 2-ое издание, переработанное и дополненное — М.: Высшая школа, 1980. -с. 365-371.

Голомедов А.В. Справочник. Полупроводниковые приборы — М.: Радио и связь, 1989.

4.3 Самостоятельная подготовка к работе

При изучении литературы следует иметь в виду, что оптопары являются основными структурными элементами оптоэлектроники — одного из современных направлений функциональной микроэлектроники.

Простейшим диодный оптрон состоит из трех элементов (рисунок 1): светоизлучателя 1, световода 2 и фотоприемника 3, заключенных в светонепроницаемый герметический корпус. При подаче на вход электрического сигнала возбуждается светоизлучатель. Световой поток по световоду попадает в фотоприемник, в котором вырабатывается выходной электрический сигнал.

Существенной особенностью оптрона является то, что его элементы связаны оптически, а электрический вход и выход изолированы друг от друга. Благодаря этому легко обеспечивается соединение высоковольтных и низковольтных, а так же высокочастотных и низкочастотных цепей. Условное обозначение диодного оптрона приведено на рисунке 4.2, а его конструкция на рисунке 3, где 1, 2 – p- и n-области фотодиода, 3, 4 – n- и p-области светодиода, 5 — световод на основе селенового стекла, 6, 7- контакты светодиода, 8, 9 — контакты фотодиода.

Рисунок 1 — Простейший диодный оптрон Рисунок 2- Условное обозначение диодного оптрона

В качестве светоизлучателей оптронов получили распространение инжекционные светодиоды, в которых испускание света определяется механизмом рекомбинации электронов и дырок.

Рисунок 3 — Конструкция диодного оптрона

Физическое явление, лежащее в основе принципа действия светодиода, называется электролюминесценцией. Его сущность заключается в том, что в некоторых полупроводниковых материалах процесс рекомбинации электронов и дырок сопровождается излучением квантов света. Для преобразования световых сигналов в электрические в основном используются фотодиоды (а так же фоторезисторы, фототранзисторы и фототиристоры). Фотодиод представляет собой обычный n-p переход, чаще всего на основе кремния или германия, обратный ток которого определяется скоростью генерации носителей заряда, порождаемых действие падающего света. Данное явление называется внутренним фотоэффектом.

Следует понимать, что существует два режима использования диодных оптронов: с преобразованием световой энергии излучателя в электрическую (фотогенераторный режим) и с внешним питанием. Величина фото-ЭДС зависит от степени облучения фотодиода (она пропорциональна величине входного сигнала). Типичные выходные (нагрузочные) характеристики диодных оптопар в фотогенераторном режиме показаны на рисунке 4. Необходимо иметь в виду, что в фотодиодном режиме на фотодиод оптрона падают внешнее обратное смещение. При подаче на оптрон входного сигнала светодиод облучает фотодиод и через p-n переход начинает протекать фототок. Характеристика, отражающая зависимость выходного тока от входного, называется передаточной. Типичная передаточная характеристика диодного оптрона приведена на рисунке 5. Здесь же показана и характеристика зависимости коэффициента передачи по току КI от Iвх. Коэффициент передачи по току КI — отношение приращения выходного тока ко входному.

Рисунок 4 — Выходные характеристики диодных оптопар Рисунок 5 — Простейшая характеристика диодного оптрона

4.4 Лабораторное задание

Перед выполнением работ выписать из таблице 1 предельные значения параметров исследуемой оптопары, а во время эксперимента не допускать напряжений, превышающих допустимые значения. Особое внимание обратите на то, что светодиоды имеют малые допустимые прямые и обратные напряжения 1,5 -2 В.

Таблица 1 — Электрические параметры.

Тип Uвх. обр. max, В Iвх. пр. max, мА Iвых. обр. max, мкА Uвых. обр. max, В
А0Д101А 3,5

4.4.1 Собрать схему в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 — Схема исследования диодной оптопары

4.4.2 Исследовать зависимость входного тока диодного оптрона от входного напряжения (в области прямых напряжений). Входной ток и напряжение измеряются приборами PА1 и PV1, соответственно. Входная характеристика Iвх=f(Uвх)/Uвых=0 снимается при токах, не превышающих 15мА.

4.4.3 Снять семейство нагрузочных передаточных характеристик для трех значений сопротивления нагрузки Uвых.обр.=f(Iвх) при Rн=1 кОм, 24кОм, 51кОм.

4.4.4. Снять передаточную характеристику оптрона Iвых=f(Iвх) при U вых.обр.= -10 B, Rн=0. Определить коэффициент передачи по току при Iвх=6мА.

4.4.5 Снять семейство нагрузочных выходных характеристик оптрона при обратном напряжении на фотодиоде для трех значений входного тока

4.4.6 Снять семейство нагрузочных выходных характеристик при прямом напряжении на фотодиоде для трех значений входного тока

Для прямого включения фотодиода необходимо изменить полярность источника питания G2.

4.5 Содержание отчета

-схему измерительной установки;

-таблицы и графики полученных зависимостей;

Включение и применение оптопар

Оптопары обеспечивают полную электрическую изоляцию между частями схемы, получающими питание от разных источников. Как и транзисторы, они применяются в устройствах коммутации (в частности, при передаче данных с использованием оптоэлектронных систем) или в аналоговых схемах (например, в стабилизаторах напряжения).

Каждый электрик должен знать:  Сходство и различия УЗО и дифференциального автоматического выключателя

Отличительной особенностью оптопар является значительный разброд параметров от одного экземпляра к другому. Для проверки их характеристик достаточно построить небольшую схему, показанную на рис. 1.

Рис. 1. Схема включения оптопары

Уровень входного напряжения, нужного для переключения выходного транзистора в режим насыщения (низкоомное состояние), может изменяться на несколько вольт для разных экземпляров прибора одного типа. В цифровой электронике

этот разброс не играет существенной роли при правильном выборе входного напряжения Uвх и сопротивления в цепи светодиода (чтобы переключение на выходе осуществлялось одинаково для всех приборов). В аналоговых схемах дело обстоит иначе, поэтому для обеспечения надежной работы необходимо предусмотреть ручную регулировку входного напряжения Uвх в достаточно широких пределах.

Наиболее распространенные оптопары имеют корпус DIP6. Два вывода относятся к светодиоду, а три — к транзистору, один вывод не задействован. Имеющийся вывод базы транзистора используется очень редко. Если этот вывод остается свободным, он, подобно антенне, может принимать сигналы различного рода помех, возникающие, например, в импульсных источниках питания. Не всегда легко определить, с какой точкой схемы допустимо соединить этот вывод, не нарушив работу транзистора. В этом случае необходимо провести несколько тестов, не забывая о том, что неправильное подключение может иметь неприятные последствия для каскада, соединенного с выходом транзистора.

Проблемы такого рода не возникают при использовании более простой оптопары в корпусе DIP4, не имеющем вывода базы фототранзистора или включающем фотодиод. Следует иметь в виду, что для таких корпусов предусмотрены различные варианты расположения выводов. Некоторые типы оптопар исполняются в двух вариантах, единственное различие между которыми заключается в инверсном расположении выводов, соответствующих коллектору и эмиттеру фототранзистора.

Стабилизация режимов работы транзисторов

Читайте также:

  1. I. КУРСОВЫЕ РАБОТЫ
  2. II. ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ
  3. P-N- переход как основа полупроводниковых диодов и транзисторов P-n-переход в отсутствие внешнего напряжения
  4. VII. Принципы работы вычислительной системы
  5. АВАРИЙНЫЕ РАБОТЫ.
  6. Автоэмиссионный метод определения работы выхода
  7. Анализ ритмичности работы предприятия
  8. Анализ состояния рационализаторской изобретательской работы на предприятии
  9. Аналитическая деятельность на пр. Эк анализ работы пр
  10. Аппроксимационные коррелометры. Принцип работы
  11. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭВМ
  12. Безопасность работы с персональными компьютерами

Процессы, происходящие внутри усилительных элементов, в значительной степени зависят от температуры. А значительное изменение температуры приводит к изменению параметров и характеристик транзистора, повлечь за собой смещение точки покоя, потери работоспособности схемы. Помимо температуры окружающей среды, причиной нагрева устройств является мощность, рассеиваемая транзисторов в коллекторном переходе при протекании коллекторного тока. Таким образом каскады на биполярных транзисторах требуют температурной стабилизации, чтобы снизить влияние температуры на точку покоя.

Кроме того, на изменение положения точки покоя влияют и сами схемы включения биполярных транзисторов. Так в схеме с ОБ изменение тока коллектора составляет десятки – сотни микроампер и практически не сказывается на положении точки покоя.

В схеме с ОЭ изменение тока коллектора составляет несколько миллиампер, что приводит к значительному смещению точки покоя.

Таким образом схема с ОЭ требует обязательной стабилизации точки покоя, для чего используют внешнюю отрицательную обратную связь.

Различают следующие способы стабилизации точки покоя:

Стабилизация точки покоя отрицательной обратной связью по напряжению – это такая коллекторная стабилизация, при которой смещение на базу осуществляют включение Rб между коллектором и базой. Тогда при увеличении тока коллектора уменьшается напряжение коллектора, что приводит к уменьшению тока базы. И тогда смещение точки покоя будет меньше. Стабилизация рабочей точки тем выше, чем меньше сопротивление коллектора.

Стабилизация точки покоя ООС по току, это такая стабилизация называется эмиттерной и осуществляется за счет включения Rэ в цепь эмиттера. При этом на базу транзистора подается фиксированное напряжение с помощью делителя Rд1, Rд2.

При увеличении тока коллектора, происходит увеличение и тока эмиттера, а , следовательно, и падение напряжения на эмиттерном сопротивлении. Уменьшает напряжение база – эмиттер, уменьшается ток коллектора. Резистор Rэ создает ООС по переменному току, поэтому шунтируется конденсатором большой емкости (порядка сотен пикофарад). В данной схеме Rк не влияет на стабильность точки покоя, поэтому наиболее используема.

Однако использование приемов стабилизации точки покоя, цепи стабилизации потребляют дополнительную мощность от источников питания и ухудшают усилительные свойства каскада. Такая потеря мощности составляет 20-100% мощности коллекторной цепи. Поэтому приходится применять специальные меры, особенно в выходных цепях, — термокомпенсацию

Термокомпенсация точки покоя.

Для организации такой стабилизации используют термочувствительные резисторы (терморезисторы, полупроводниковые диоды, смещенные в прямом или обратном направлении).

Схемы с термокомпенсацией хорошо работают при колебаниях напряжения источника питания и при низких рабочих температурах. С повышением температуры сопротивление терморезистора уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на базе транзистора., а ток коллектора остается неизменным.

Термосопротивления бывают с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом. Первые включаются вместо Rд2 или цепь коллектора, вторые – в цепь эмиттера.

Стабилизация точки покоя ООС по напряжению

Стабилизация точки покоя ООС по току

Стабилизация точки покоя ООС комбинированным способом

All-Audio.pro

Статьи, Схемы, Справочники

Оптопара линейная

Благодаря широкому распространению Интернета мы живем в быстро развивающемся информационном сообществе, в котором телефонные линии являются наиболее дешевым средством передачи данных. Основным компонентом этого способа передачи данных является модем; скорости передачи данных модемов постоянно увеличиваются, что также способствует популярности этого вида связи. Наиболее востребованные модемы для портативных устройств — это модемы для портативных компьютеров, как встроенные, так и в виде PCMCIA-карт. А так как портативные компьютеры становятся все меньше и тоньше, то и модемы требуются все более компактных размеров. Эта статья описывает основные преимущества и возможные применения линейной оптопары PS для портативных применений.

Поиск данных по Вашему запросу:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Перейти к результатам поиска >>>

Оптопара принцип работы, оптроны принцип работы

Если говорить о наиболее очевидном применении оптопары, не имеющем аналогов среди других приборов, так это элемент гальванической развязки. Не менее интересно применение оптопар в качестве элементов оптического бесконтактного управления сильноточными и высоковольтными устройствами.

На рис. Применение оптопары практически полностью устраняет передачу сигнала с выхода на вход усилителя. Оптопары удобны для межблочной гальванической развязки в радиоэлектронной аппаратуре. Например, в схеме гальванической развязки двух блоков рис. Гальваническая развязка аналогового сигнала: 01, 02 — оптроны, У1, У2 — операционные усилители. Применение оптопар существенно повышает помехоустойчивость каналов связи, устраняет нежелательные взаимодействия развязываемых устройств по цепям питания и общему проводу.

Цепи сопряжения с применением оптопар широко используют в вычислительной и измерительной технике, в устройствах автоматики, особенно когда датчики или другие приемные устройства работают в условиях, опасных или недоступных человеку.

Оптоэлектронным переключателем может служить микросхема КЛП1, в состав которой входят бескорпусная оптопара и стандартный вентиль. Входная и выходная ступени не имеют общих электрических цепей и могут работать в самых различных условиях и режимах. При неисправности измерительного блока может возникнуть опасность поражения человека электрическим током. Собственно датчик питается от отдельного низковольтного источника питания и подключается к измерительному блоку через развязывающую оптопару рис.

Примерами та. Например, в схеме сопряжения линии связи с дисплеем рис. Аналогично можно связать передающий пульт с линией связи рис. Усиленные сигналы фотоприемника удобно передавать на исполнительные механизмы например, электродвигатели, реле, источники света и т. Примерами такой развязки могут служить два варианта наиболее распространенных полупроводниковых реле, разомкнутых и замкнутых, рис.

Реле коммутирует сигналы постоянного тока. Наиболее высоким быстродействием обладают фотодиоды p — i — n -ст руктуры. Время нарастания и спада выходного импульса не превышает нескольких десятков наносекунд.

Использование оптопар для дистанционного управления. Режимы эксплуатации транзисторных оптопар. Вам также может понравиться.

Резисторная оптопара

Войти через. Гарантия возврата денег Возврат за 15 дней. Защита Покупателя. Помощь Служба поддержки Споры и жалобы Сообщить о нарушении авторских прав. Экономьте больше в приложении!

6.2. Применение оптопар

By Guest Антон, November 15, in Школьникам и студентам. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Вот файлы Proteus-а, переигрался всеми номиналами и никак не могу понять зависимость. А для чего такая развязка нужна , почему не зделать ШИМ или модулятор демодулятор вот здесь можно логарифмически и экспоненциально и линейно управлять сигналом Отправлено с моего Lenovo A через Tapatalk. Конденсаторы Panasonic. Часть 4. Полимеры — номенклатура. Главной конструктивной особенностью таких конденсаторов является полимерный материал, используемый в качестве проводящего слоя.

HCNR201-000E, Высоколинейная аналоговая опторазвязка [DIP-8]

Запросить склады. Перейти к новому. Линейная оптопара. Всем привет!

Применение линейной оптопары PS8741 для гальванической развязки

Если говорить о наиболее очевидном применении оптопары, не имеющем аналогов среди других приборов, так это элемент гальванической развязки. Не менее интересно применение оптопар в качестве элементов оптического бесконтактного управления сильноточными и высоковольтными устройствами. На рис. Применение оптопары практически полностью устраняет передачу сигнала с выхода на вход усилителя. Оптопары удобны для межблочной гальванической развязки в радиоэлектронной аппаратуре. Например, в схеме гальванической развязки двух блоков рис.

Измерение напряжения с гальванической развязкой

There seems to be a problem serving the request at this time. Перейти к основному контенту. Вы находитесь здесь eBay Бизнес и промышленность Электрическое оборудование и расходные материалы Электронные компоненты и полупроводники Полупроводники и активные материалы Интегральные схемы ICS Оптроны Линейные оптроном оптроны Перейти к навигации страницы. Фильтры 1. Все Аукцион Купить сейчас.

HCNR201-000E, Высоколинейная аналоговая опторазвязка [DIP-8]

Есть задача: измерить напряжение на нескольких входах устройства с обеспечением гальванической развязки. Конечно, есть варианты решения в лоб использовать компараторы или АЦП и разязывать уже по цифре но очень желательно это сделать подешевле, да и на проце разр. АЦП есть.

Оптопары являются электронными приборами, которые служат для гальванической развязки электрических цепей. Механизмом преобразования электрического сигнала в оптопаре служат отдельные компоненты. Светодиод в качестве излучателя, и фотоприемник, в лице фотодиода, фототранзистора, фоторезистора, фототиристора или фотодинистора. Именно оптические внутриструктурные элементы оптрона определяют его класс и рабочие возможности.

Оптрон — это прибор, содержащий источник и приемник излучения, которые оптически и конструктивно связаны друг с другом. Источниками света могут служить лампы накаливания, неоновые лампы, электролюминесцентные панели, однако в большинстве случаев ими являются светодиоды. В качестве приемника излучения используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Средой оптического канала, связывающего излучатель и приемник, могут служить воздух, стекло, пластмасса и другие прозрачные вещества. Элементарный оптрон, содержащий один источник и один приемник излучения, называют также оптопарой. Будучи объединенными в микросхему вместе с одним или несколькими согласующими или усиливающими устройствами, оптопары образуют оптоэлектронную интегральную микросхему. В оптронах происходит двойное преобразование энергии рис.

Что такое оптопара — электронно-оптический аппарат прибор , в котором присутствуют источник светового излучения и приемник того же излучения — фотоприемник, которые в свою очередь связаны конструктивно электрическими и оптическими связями. В практическом применении наибольшего распространения нашли оптроны в последнее время приобрели название оптопары , в которых нет электрических связей между приемником и излучателем, а есть только оптическая связь. По сложности составляющих структурных схем в оптронных изделиях различают 2 группы приборов:. Рисунок 1 — Общий вид оптопары в герметичном корпусе.

ru_radio_electr

Рождённый с паяльником

Для тех, кто ищет

Скорость работы оптопары.

Есть задача — считать предметы открытой оптопарой.
Устройство автономное, поэтому есть высокие требования к потреблению.

Если светить светодиодом постоянно, то слишком мало будет работать.
Я решил светить короткими импульсами с последующей апаратно-программной обработкой.
Импульс — 31,25мксек, частота повторения — 1кГц (экономия — 1/32 тока).

Оптопара на макете — GP1S55T, схема из даташита.

Но проблема в том, что сигнал с оптопары размазывается даже при импульсе 500мксек, что приводит к невозможности обработки.

Внешние ИС как решение не подходят, поскольку бюджет не резиновый.
МК — не Атмел и не PIC, поэтому решения на них также не подойдут.

Как посоветуете настроить токи/сопротивления в схеме подключения оптопары ?

Методическое указание по выполнению практики и лабораторной работы по Предмету: «Электронные приборы и основы микроэлектронике» Специальность: 1301000 «Электронные приборы и устройства» Тараз 2020 г. (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5

-входные и выходные параметры оптопар;

-передаточные параметры и параметры изоляции оптопар;

-режимы эксплуатации диодных оптопар;

-режимы эксплуатации транзисторных оптопар;

-системы обозначения оптопар.

.2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

-объясните устройство диодного оптрона;

-для каких цепей используются диодные оптроны;

-объясните причины инерционности диодных оптронов;

-объясните передаточную характеристику оптрона;

-приведите условное графическое обозначение различных типов оптопар;

-приведите и расшифруйте систему обозначений различных типов оптопар.

3 Самостоятельная подготовка к работе

При изучении литературы следует иметь в виду, что оптопары являются основными структурными элементами оптоэлектроники — одного из современных направлений функциональной микроэлектроники.Простейшим диодный оптрон состоит из трех элементов (рисунок 1): светоизлучателя 1, световода 2 и фотоприемника 3, заключенных в светонепроницаемый герметический корпус. При подаче на вход электрического сигнала возбуждается светоизлучатель. Световой поток по световоду попадает в фотоприемник, в котором вырабатывается выходной электрический сигнал.Существенной особенностью оптрона является то, что его элементы связаны оптически, а электрический вход и выход изолированы друг от друга. Благодаря этому легко обеспечивается соединение высоковольтных и низковольтных, а так же высокочастотных и низкочастотных цепей. Условное обозначение диодного оптрона приведено на рисунке 4.2, а его конструкция на рисунке 3, где 1, 2 – p- и n-области фотодиода, 3, 4 – n- и p-области светодиода, 5 — световод на основе селенового стекла, 6, 7- контакты светодиода, 8, 9 — контакты фотодиода.

Рисунок 1 — Простейший диодный оптрон

Рисунок 2- Условное обозначение диодного оптрона

Рисунок 3 — Конструкция диодного оптрона

В качестве светоизлучателей оптронов получили распространение инжекционные светодиоды, в которых испускание света определяется механизмом рекомбинации электронов и дырок. Фотодиод представляет собой обычный n-p переход, чаще всего на основе кремния или германия, обратный ток которого определяется скоростью генерации носителей заряда, порождаемых действие падающего света. Данное явление называется внутренним фотоэффектом.. Величина фото-ЭДС зависит от степени облучения фотодиода (она пропорциональна величине входного сигнала). Типичные выходные (нагрузочные) характеристики диодных оптопар в фотогенераторном режиме показаны на рисунке 4. Необходимо иметь в виду, что в фотодиодном режиме на фотодиод оптрона падают внешнее обратное смещение. При подаче на оптрон входного сигнала светодиод облучает фотодиод и через p-n переход начинает протекать фототок. Характеристика, отражающая зависимость выходного тока от входного, называется передаточной. Типичная передаточная характеристика диодного оптрона приведена на рисунке 5. Здесь же показана и характеристика зависимости коэффициента передачи по току КI от Iвх. Коэффициент передачи по току КI — отношение приращения выходного тока ко входному.

Рисунок 4 — Выходные характеристики диодных оптопар

Рисунок 5 — Простейшая характеристика диодного оптрона

.4 Лабораторное задание

Перед выполнением работ выписать из таблице 1 предельные значения параметров исследуемой оптопары, а во время эксперимента не допускать напряжений, превышающих допустимые значения. Особое внимание обратите на то, что светодиоды имеют малые допустимые прямые и обратные напряжения 1,5 -2 В.

Таблица 1 — Электрические параметры.

Iвых. обр. max, мкА

2 Исследовать зависимость входного тока диодного оптрона от входного напряжения (в области прямых напряжений). Входной ток и напряжение измеряются приборами PА1 и PV1, соответственно. Входная характеристика Iвх=f(Uвх)/Uвых=0 снимается при токах, не превышающих 15мА.

3 Снять семейство нагрузочных передаточных характеристик для трех значений сопротивления нагрузки Uвых.обр.=f(Iвх) при Rн=1 кОм, 24кОм, 51кОм.

4. Снять передаточную характеристику оптрона Iвых=f(Iвх) при U вых.обр.= -10 B, Rн=0. Определить коэффициент передачи по току при Iвх=6мА.

Лабораторная работа №8

Определение амплитудно-частотной характеристики транзисторного усилителя.

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципам работы усилителя напряжения, построить частотную и амплитудную характеристики, изучить причины возникновения линейных и нелинейных искажений усиливаемого сигнала.

Приборы и принадлежности: звуковой генератор Г3-33, усилитель низкой частоты УНЧ-3, ламповый вольтметр, соединительные провода.

Биоэлектрические потенциалы различных органов и тканей человека являются существенными диагностическими показателями многих заболеваний. Прямое, непосредственное измерение биоэлектрического сигнала является трудновыполняемой задачей, так как они весьма малы (милливольты и микровольты) и регистрирующие устройства при таких значениях потенциалов не срабатывают. Биопотенциалы, отводимые с поверхности тела электродами, должны быть предварительно усилены для их непосредственной регистрации. Для этой цели используются приборы, которые называются усилителями.

Усилитель – это электронное устройство, предназначенное для увеличения энергетических параметров электрического сигнала за счет энергии вспомогательного источника тока. Они широко используются для усиления слабых сигналов в технике, медицине, научной практике как основа любой радиоаппаратуры и измерительной техники высокой точности.

Основной характеристикой усилителя является коэффициент усиления, который равен отношению напряжения, силы тока или мощности на выходе к напряжению, силе тока или мощности на входе:

В зависимости от назначения усилители различают по напряжению, силе тока или мощности. Если усиливаемый сигнал синусоидальной формы, то в выражениях (1) используют амплитуды входных и выходных сигналов.

Для того чтобы форма синусоидального (гармонического) сигнала при усилении не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных напряжений в пределах изменения входного сигнала.

Если усиливаемый сигнал не синусоидальный, то он может состоять из отдельных гармонических составляющих с различными частотами. Учитывая, что индуктивные и емкостные сопротивления элементов усилителя зависят от частоты, следует отметить, что коэффициент усиления для разных гармоник сложного сигнала будет иметь различные значения, т.е. К = f(н). Эта зависимость называется

частотной характеристикой усилителя (рис.1).

Непостоянство коэффициента усиления для различных частот вызывает частотные или линейные искажения сигнала. На графике легко выделить почти прямолинейный участокавограниченный интервалом частот от н1до н2, на котором K примерно постоянен. В радиотехнике принято считать, что уменьшение его до 0,7Kmaxили K(н0) практически не искажает сигнала. Диапазон частот Дн = н2– н1называется полосой пропускания усилителя. Частотная характеристика имеет большое значение при

выборе усилителя для записи биопотенциалов с различным интервалом частот в их спектре. Поэтому усилитель, предназначенный для записи одних потенциалов, не может быть использован для записи других.

Кроме частотных искажений при усилении сигнала могут возникать нелинейные искажения. Они проявляются в том, что на выходе усилителя появляются новые гармоники (частоты), которых не было во входном сигнале. К нелинейным искажениям относятся амплитудные искажения, возникающие при больших амплитудах усиливаемого сигнала. При усилении синусоидального гармонического сигнала, чтобы форма его не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных напряжений в пределах изменения входного сигнала. Для оценки предельной амплитуды усиливаемого сигнала, при которой линейные искажения практически отсутствуют, строят амплитудную характеристику (АХ) усилителя. Она представляет график (рис.2) зависимости амплитуды напряжения на выходе к амплитуде напряжения на входе, т.е. U0вых =f(U0вх). Линейная зависимостьU0вых =KU0вх сохраняется в ограниченной области измерений (АВ). При выходе за пределы этой области линейная зависимость нарушается, и выходной сигнал уже не будет гармоническим, т.е. возникают линейные усиления.

Для негармонического сигнала амплитудная характеристика строится для частоты н0(см. рис.1), при которой коэффициент усиления максимален, поэтому в эксперименте построению АХ всегда представляют построение 4Х, по который определяют н0.

Добавить комментарий