Двойката оптичен предавател - оптичен приемник отдавна се използва в електрониката и електротехниката. Електронен компонент, при който приемникът и предавателятзположени в един и същи корпус и между тях има оптична връзка, серича оптодвойник или оптопара.
Дизайн Optron
Оптроните се състоят от оптичен предавател (излъчвател), оптиченнал и оптичен приемник. Светлинният предавател преобразува електрическия сигнал в оптичен сигнал. Предавателят в повечето случаи е светодиод (внните модели използвани крушки сжежаема жичка или неоновимпи). Използването светодиоди не е от решаващо значение, но те по-издръжливи идеждни.
Оптичният сигнал се предава по оптиченнал до приемника.налът може бъде затворен - когато светлината, излъчвана от предавателя, непуска тялото оптрона. След това сигналът, генериран от приемника, се синхронизира със сигнала входа предавателя. Тезинали могат бъдат запълнени с въздух или със специална оптична смес. Съществуват и "дълги" оптрони, при коитоналът е оптични влакна.
Ако оптронът е проектиранка, че генерираното лъчениепуска корпуса, преди достигне приемника, той серича отвореннал. Той може се използва за откриване препятствия по пътя светлинния лъч.
Фотодетекторът преобразува оптичния сигнал обратно в електрически сигнал.й-често използваните приемници:
- Фотодиоди. Обикновено се използва в цифрови комуникационни линии. Те иматлък линеен обхват.
- Фоторезистори. Тяхната особеност е двупосочната проводимост приемника. През резистора може протича ток и в двете посоки.
- Фототранзистори.рактерна особеност тези устройства е възможността се контролира токът транзистора през оптотранзистора,кто и през изходната верига. Те се използваткто в линеен,ка и в цифров режим. Отделен тип оптрони тези сралелно включени транзистори с полеви ефект. Тези устройства серичат Твърдотелни релета.
- Фототиристори. Тези оптрони серактеризират с повишена изходна мощност и скорост превключване и полезни за управление силовата електроника. Тези устройства сетегоризират ито полупроводникови релета.
Обикновено използваните оптронни микросхеми оптронни сглобки с оптронни връзки в един и същикет. Оптичните съединители се използватто комутационни устройства и за други цели.
Предимства и недостатъци
Първото предимство оптроните е, че те нямат механичнисти. Това означава, че по времебота няма триене, износване или искрене контактите,кто е при електромеханичните релета. Зазлика от други устройства залванична изолация сигнали (трансформатори и др.) оптроните могатботят при много ниски честоти, включително при постоянен ток.
Освен това предимството оптичните изолатори е много нискатапацитивна и индуктивна връзка между входа и изхода. Товамалява вероятността от предаване импулси и високочестотни смущения. Липсата механична и електрическа връзка между входа и изхода осигурява широк спектър от технически решения за безконтактни вериги за управление и превключване.
Въпреки че реалните проекти ограничени по отношениепрежението и тока входа и изхода, няма фундаментални теоретични пречки за увеличаване тезирактеристики. Товава възможност за проектиране оптрони за почти всяко приложение.
Един от недостатъците оптроните е еднопосочното предаване сигнали - не е възможно се предаде оптичен сигнал от фотодетектора обратно към предавателя. Това затруднява съгласуването обратната връзка приемната верига със сигнала предавателя.
Реакцията приемащатаст може бъде повлияна немо чрез промяна излъчването предавателя, но и чрез въздействие върху състояниетонала (поява чужди обекти, промени в оптичните свойства средатанала и т.н.). Това влияние може бъде и от неелектрическирактер. Товазширява възможностите за използване оптрони. Нечувствителността към външни електромагнитни полетава възможност за създаваненали занни с висока шумоустойчивост.
Основният недостатък оптроните е ниската енергийна ефективност, дължаща се загубите сигнал, свързани с двойното преобразуване сигнала.то недостатък се счита и високото ниво вътрешен шум. Товамалява чувствителността оптроните и ограничава приложението им, когато се изискват слаби сигнали.
При използването оптрони трябва се вземе предвид и влиянието температурата върху технитераметри - то е значително. Освен това недостатъците оптроните включват забележима деградация елементите по времебота и известна липса технология при производството, свързана с използванетозлични полупроводниковитериали в единкет.
Характеристики оптрона
Спецификациите оптронитезделени дветегории:
- Характеризиране свойствата устройството за предаване сигнал;
- характеризиращзединяването между входа и изхода.
Първататегория е коефициентът пренос ток. Тя зависи от излъчвателната способност светодиода, чувствителността приемника и свойствата оптичниянал. Това е отношението изходния ток към входния ток и за повечето видове оптрони е от 0,005 до 0,2. Транзисторните елементи могат имат коефициент усилване до 1.
Акозглеждаме един оптронто квадрупол, неговата входнарактеристика се определя изцяло от изходнатарактеристика оптоемитера (светодиода) и изходнатарактеристика приемника. Изходнатарактеристикато цяло е нелинейна, но някои видове оптрони имат линейни участъци.пример диодният оптрон има добра линейност, но това сечение не е много голямо.
Резисторните елементи се оценяват и чрез съотношението тъмното съпротивление (при входен ток,вен нула) към светлото съпротивление. За тиристорните оптронижнарактеристика е минималният ток задържане в отворено състояние.й-високатаботна честота също ежнарактеристика оптрона.
Качествотолваничната изолация серактеризира с:
- най-голямотопрежение, приложено към входа и изхода;
- най-високотопрежение между входа и изхода;
- изолационно съпротивление между входа и изхода;
- Пропускателенпацитет.
Последниятраметъррактеризира способността електрически високочестотен сигнал преминава от входа към изхода, заобикаляйки оптичниянал, чрезпацитета между електродите.
Съществуватраметри за определяне възможностите входната верига:
- Най-голямотопрежение, което може се приложи към входните изводи;
- Най-високият ток, който светодиодът може поеме;
- Падътпрежение върху светодиода при номиналния ток;
- Реверсивно входнопрежение -прежението обратна полярност, което светодиодът може понесе.
За изходната верига тезирактеристики ще бъдатй-високият допустим изходен ток ипрежение,кто и токът утечка при нулев входен ток.
Приложения за оптрони
Оптичните съединители със затвореннал се използват, когато по някаква причина (електрическа безопасност и др.) е необходимозединяване между източника сигнал и приемника.пример във веригите за обратна връзка на импулсни захранвания - Сигналът се взема от изхода захранващия блок и се подава към излъчващия елемент, чиято яркост зависи от нивотопрежението. Сигнал, зависещ от изходнотопрежение, се взема от приемника и се подава към ШИМ контролера.
На фигурата е показана принципна схема компютърен захранващ блок с два оптрона. Горният оптрон IC2 осигурява обратна връзка за стабилизиранепрежението. По-ниската ИС3боти в дискретен режим и захранва ИС ШИМ, когато елицепрежение в режим готовност.
Галваничната изолация между източника и приемника се изисква и от някои стандартни електрически интерфейси.
Устройствата с отвореннал се използват за създаване сензори за откриване обекти (наличиертия в принтер), крайни изключватели, броячи (елементи върху конвейерна лента, брой зъби зъбна предавка в мишка и др.) и др.
Полупроводниковите релета се използват по същиячинто обикновените релета - за превключване сигнали. Използването им обаче е ограничено от високото съпротивлениенала в отворено състояние. Те се използват ито драйвери за елементи твърдотелната силова електроника (мощни полеви транзистори или IGBT транзистори).
Оптронът езработен преди повече от половин век, но започва се използва широко, следто светодиодите стават достъпни и евтини. Сега сезработват все нови модели оптрони (най-вече микросхеми,зирани тях), а областта приложениемо сезширява.
Свързани статии:
