Оптрон (или оптопара, как его стали называть в последнее время) конструктивно состоит из двух элементов: излучателя и фотоприемника, объединенных, как правило, в общем герметичном корпусе.
Существует много разновидностей оптронов: резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные. Эти названия указывают на тип фотоприемника. В качестве излучателя обычно применяют полупроводниковый светодиод инфракрасного излучения с длиной волны в пределах 0,9...1,2 мкм. Используют также светодиоды красного свечения, электролюминесцентные излучатели и сверхминиатюрные лампы накаливания.
Основное назначение оптронов - обеспечение гальванической развязки между сигнальными цепями. Исходя из этого общий принцип действия этих приборов, несмотря на различие фотоприемников, можно считать одинаковым: входной электрический сигнал, поступающий на излучатель, преобразуется в световой поток, который, воздействуя на фотоприемник, изменяет его проводимость.
Если фотоприемником служит фоторизистор, то его световое сопротивление становится в тысячи раз меньше первоначального (темнового), если фототранзистор - облучение его базы создает такой же эффект, что и при подаче тока в базу обчного транцистора, и он открывается.
В результате на выходе оптрона формируется сигнал, который в общем случае может быть и не идентичен входному по форме, а входная и выходная цепи оказываются гальванически не связанными. Между входной и выходной цепями оптрона помещена электропрочная прозрачная диэлектрическая масса (обычно органический полимер), сопротивление которой достигает 10^9...10^12 Ом.
Выпускаемым промышленностью оптронами присваивают наименование исходя из действующей системы обозначений полупроводниковых приборов.
Первая буква обозначения оптрона (А) указывает на исходный материал излучателя - арсенид галлия или твердый раствор галлий-алюминий-мышьяк, вторая (О) означает подкласс - оптроны; третья указывает, к какой разновидности относится прибор: Р - резисторный, Д - диодный, Т - транзисторный, У - тиристорный. Далее следуют цифры, которые означают номер разработки, и буква - ту или иную группу типа.
Излучатель - бескорпусный светодиод, - как правило, помещают в верхней части металлического корпуса, а в нижней - на кристаллодержателе - укрепляют кристалл кремниевого фотоприемника, например фототиристора. Все пространство между светодиодом и фототиристором заливают твердеющей прозрачной массой. Эту заливку покрывают отражающим внутрь световые лучи слоем, который препятствует рассеянию света за пределы рабочей зоны.
Мало отличается от описанной конструкция резисторного оптрона. Здесь в верхней части металлического корпуса укреплена сверхминиатюрная лампа накаливания, а в нижней - фоторезистор на основе селенистого кадмия.
Фоторезистор изготавливают отдельно, на тонкой подложке из ситалла. На нее напыляют пленку из полупроводникового материала - селенида кадмия, а затем - формообразующие электроды из токопроводящего материала (например алюминия). К электродам приваривают выходные выводы. Жесткое соединение лампы и подложки между собой обеспечивается затвердевшей прозрачной массой.
Отверстия в корпусе для выводов оптрона залиты стеклом. Герметичное соединение крышки и основания корпуса обеспечено сваркой. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристорного оптрона примерно такая же, что и у одиночного тринистора. При отсутствии входного тока (I=0 - темновая характеристика) фототиристор может включиться только при очень высоком значении приложенного к нему прямого напряжения (800...1000 В). Так как практически приложение столь большого напряжения недопустимо, то эта кривая имеет чисто теоретический смысл.
Если придожить к фототиристору прямое рабочее напряжение (от 50 до 400 В, в зависимости от типа оптрона), включение прибора возможно только при подаче входного тока, который теперь является управляющим.
Скорость включения оптрона зависит от значения входного тока. Типичные значения времени включения t=5...10 мкс. Время выключения оптрона связано с процессом рассасывания неосновных носителей тока в переходах фототиристора и зависит только от значения протекающего выходного тока. Реальное значение времени выключения находится в пределах 10...50 мкс.
Максимальный и рабочий выходной ток фоторезисторного оптрона резко уменьшается при увеличении температуры окружающей среды выше 40 градусов по цельсия. Выходное сопротивление этого оптрона до значения входного тока 4 мА остоется постоянным, а при дальнейшем увеличении входного тока (когда яркость свечения лампы накаливания начинает возрастать) резко уменьшается.
Кроме описанных выше, существуют оптроны с так называемым открытым оптическим каналом. Здесь осветителем служит светодиод инфракрасного излучения, а фотоприемником могут быть фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Отличие этого оптрона в том, что его излучение выходит наружу, отражается от какого-либо внешнего предмета и возвращается в оптрон, к фотоприемнику. В таком оптроне выходным током может управлять не только входной ток, но также изменение положения внешней отражающей поверхности.
У оптронов с открытым оптическим каналом оптические оси излучателя и приемника расположены либо параллельно, либо под небольшим углом. Существует конструкции подобных оптронов с соосным расположением оптических осей. Такие приборы называют оптопрерывателями.
В настоящее время оптроны получили широкое применение, особенно в целях согласования микроэлектронных логических блоков, содержащих можные дискретные элементы, с исполнительными устройствами (реле, электродвигателями, контакторами и др.), а также для связи между логическими блоками, требующими гальванической развязки, модуляции постоянных и медленно изменяющихся напряжений, преобразования прямоугольных импульсов в синусоидальные колебания, управления можными лампами и высоковольтными индикаторами.
Никто пока не комментировал эту страницу.