Conectori optici și aplicațiile acestora
Un optocupler (sau optocupler, așa cum a început să fie numit recent) constă structural din două elemente: un emițător și un fotodetector, unite, de regulă, într-o carcasă etanșă comună.
Există multe tipuri de optocuple: rezistență, diodă, tranzistor, tiristor. Aceste nume indică tipul de fotodetector. Ca emițător, se utilizează de obicei un LED infraroșu semiconductor cu o lungime de undă în intervalul 0,9 … 1,2 microni. De asemenea, sunt utilizate LED-uri roșii, emițătoare electroluminiscente și lămpi cu incandescență în miniatură.
Scopul principal al optocuplelor este de a asigura izolarea galvanică între circuitele de semnal. Pe baza acestui fapt, principiul general de funcționare al acestor dispozitive, în ciuda diferenței dintre fotodetectoare, poate fi considerat același: semnalul electric de intrare care ajunge la emițător este transformat într-un flux luminos, care, acționând asupra fotodetectorului, își modifică conductibilitatea. .
Dacă fotodetectorul este fotorezistor, atunci rezistența sa la lumină devine de mii de ori mai mică decât rezistența originală (întunecată) dacă fototranzistorul — iradierea bazei sale produce același efect ca atunci când se aplică curent pe bază tranzistor convenționalsi se deschide.
Ca urmare, se formează un semnal la ieșirea optocuplerului, care, în general, poate să nu fie identic cu forma de intrare, iar circuitele de intrare și de ieșire nu sunt conectate galvanic. Între circuitele de intrare și ieșire ale optocuplerului este plasată o masă dielectrică transparentă puternică din punct de vedere electric (de obicei un polimer organic), a cărei rezistență ajunge la 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Optocuplele produse în industrie sunt denumite pe baza sistemului actual de desemnare a dispozitivelor semiconductoare.
Prima literă a denumirii optocuplerului (A) indică materialul de pornire al emițătorului - arseniură de galiu sau o soluție solidă de galiu-aluminiu-arsen, a doua (O) înseamnă subclasa - optocupler; al treilea arată cărui tip aparține dispozitivul: P — rezistor, D — diodă, T — tranzistor, Y — tiristor. Urmează cifrele, care înseamnă numărul dezvoltării și o literă - acest grup de tipuri sau acela.
Dispozitiv optocupler
Emițătorul - un LED neînvelit - este de obicei plasat în partea superioară a carcasei metalice, iar în partea inferioară, pe un suport de cristal, este un fotodetector de siliciu armat, de exemplu, un fototiristor. Întregul spațiu dintre LED și fototiristor este umplut cu o masă transparentă care se solidifică. Această umplutură este acoperită cu un strat care reflectă razele de lumină spre interior, ceea ce împiedică împrăștierea luminii în afara zonei de lucru.
Un design ușor diferit față de cuplul optic cu rezistență descris... Aici este instalată o lampă miniaturală cu filament incandescent în partea superioară a corpului metalic, iar în partea inferioară este instalată un fotorezistor pe bază de seleniu cadmiu.
Fotorezistorul este fabricat separat, pe o bază sital subțire. Pe acesta este pulverizată o peliculă dintr-un material semiconductor, seleniura de cadmiu, după care se formează electrozi dintr-un material conductor (de exemplu, aluminiu). Firele de ieșire sunt sudate la electrozi. Legătura rigidă dintre lampă și bază este asigurată de o masă transparentă întărită.
Găurile din carcasă pentru firele optocuplerului sunt umplute cu sticlă. Legatura etansa a capacului si a bazei caroseriei este asigurata prin sudura.
Caracteristica curent-tensiune (CVC) a unui optocupler tiristor este aproximativ aceeași cu cea a unui singur tiristor… În absența curentului de intrare (I = 0 — caracteristică întunecată), fototiristorul se poate porni numai la o valoare foarte mare a tensiunii aplicate acestuia (800 … 1000 V). Deoarece aplicarea unei astfel de tensiuni înalte este practic inacceptabilă, această curbă are sens pur teoretic.
Dacă fototiristorului i se aplică o tensiune de operare directă (de la 50 la 400 V, în funcție de tipul optocuplerului), dispozitivul poate fi pornit numai atunci când este furnizat un curent de intrare, care este acum cel de antrenare.
Viteza de comutare a optocuplerului depinde de valoarea curentului de intrare. Timpii tipici de comutare sunt t = 5 … 10 μs. Timpul de oprire al optocuplerului este legat de procesul de resorbție a purtătorilor de curent minoritari în joncțiunile fototiristorului și depinde doar de valoarea curentului de ieșire care curge.Valoarea reală a timpului de declanșare este în intervalul 10 … 50 μs.
Curentul de ieșire maxim și de funcționare al optocuplerului fotorezistor scade brusc atunci când temperatura ambientală crește peste 40 de grade Celsius. Rezistența de ieșire a acestui optocupler rămâne constantă până la valoarea curentului de intrare de 4 mA, iar odată cu o creștere suplimentară a curentului de intrare (când luminozitatea lămpii incandescente începe să crească) scade brusc.
Pe lângă cele descrise mai sus, există optocuple cu așa-numitul canal optic deschis... Aici, iluminatorul este un LED cu infraroșu, iar fotodetectorul poate fi un fotorezistor, fotodiodă sau fototranzistor. Diferența dintre acest optocupler este că radiația sa se stinge, este reflectată de un obiect extern și revine la optocupler, la fotodetector. Într-un astfel de optocupler, curentul de ieșire poate fi controlat nu numai de curentul de intrare, ci și prin schimbarea poziției suprafeței reflectorizante exterioare.
În optocuptoarele cu canal optic deschis, axele optice ale emițătorului și receptorului sunt paralele sau sub un unghi ușor. Există modele de astfel de optocuple cu axe optice coaxiale. Astfel de dispozitive se numesc optocuple.
Aplicarea otronilor
În prezent, optocuplele sunt utilizate pe scară largă, în special pentru a combina blocuri logice microelectronice care conțin elemente discrete puternice cu actuatoare (relee, motoare electrice, contactoare etc.), precum și pentru comunicarea între blocurile logice care necesită izolarea galvanică, modularea constantă și în schimbare lent. tensiuni, conversie impulsuri dreptunghiulare în oscilații sinusoidale, control de lămpi puternice și indicatoare de înaltă tensiune.