Оптопара транзисторная что это. Оптопары транзисторные: принцип работы, характеристики и применение

Что такое транзисторная оптопара. Как устроена и работает оптопара с фототранзистором. Каковы основные параметры и характеристики транзисторных оптронов. Где применяются оптопары на основе фототранзисторов.

Устройство и принцип работы транзисторной оптопары

Транзисторная оптопара представляет собой оптоэлектронный прибор, состоящий из светоизлучающего диода и фототранзистора, объединенных в общем корпусе и оптически связанных между собой. Принцип работы такой оптопары заключается в следующем:

1. При подаче тока на светодиод он начинает излучать свет.
2. Световой поток попадает на базу фототранзистора через прозрачную оптическую среду.
3. Под действием света в базе фототранзистора генерируются носители заряда.
4. Фототок базы усиливается транзистором и появляется в цепи коллектора.

Таким образом, входной электрический сигнал преобразуется в световой, а затем снова в электрический, но уже усиленный. При этом входная и выходная цепи оптопары гальванически развязаны.

Основные параметры и характеристики транзисторных оптопар

Ключевыми параметрами, характеризующими работу транзисторных оптронов, являются:

• Коэффициент передачи по току (CTR) — отношение выходного тока к входному.
• Быстродействие — время включения и выключения.
• Напряжение изоляции между входом и выходом.
• Максимально допустимые токи и напряжения.
• Температурные зависимости параметров.

Типичные значения CTR для транзисторных оптопар составляют 50-500%. Время включения/выключения обычно находится в диапазоне 2-10 мкс. Напряжение изоляции может достигать 5 кВ и более.

Преимущества и недостатки транзисторных оптопар

К основным достоинствам транзисторных оптронов можно отнести:

• Высокий коэффициент передачи по току.
• Хорошая линейность передаточной характеристики.
• Возможность работы как в ключевом, так и в аналоговом режиме.
• Широкий диапазон рабочих частот (до единиц МГц).

Недостатками являются:

• Относительно низкое быстродействие по сравнению с диодными оптопарами.
• Температурная зависимость коэффициента передачи.
• Повышенный уровень шумов.

Области применения транзисторных оптопар

Транзисторные оптроны широко используются в различных областях электроники:

• Гальваническая развязка цепей в источниках питания, измерительных приборах, системах сбора данных.
• Передача аналоговых сигналов с изоляцией.
• Драйверы управления силовыми ключами.
• Оптоэлектронные реле и коммутаторы.
• Схемы защиты от перенапряжений и помех.
• Преобразование уровней логических сигналов.

Благодаря сочетанию хороших параметров и невысокой стоимости, транзисторные оптопары остаются одними из самых распространенных типов оптронов.

Типовые схемы включения транзисторных оптопар

Рассмотрим несколько базовых схем применения оптопар с фототранзистором:

1. Схема с общим эмиттером

Это наиболее распространенное включение, обеспечивающее максимальное усиление сигнала:

«`text +Vcc | R | |C +—| | | | |—>Vout | | I1—>| | | | +—| |E GND «`

Здесь I1 — входной ток светодиода, R — нагрузочный резистор, Vout — выходное напряжение. Коэффициент усиления в такой схеме максимален.

2. Схема с общим коллектором

Данное включение обеспечивает лучшее быстродействие, но меньший коэффициент усиления:

«`text +Vcc | |C +—| | | | | I1—>| | | | +—| |E R | GND | |—>Vout «`

В этой схеме выходной сигнал снимается с эмиттера фототранзистора. Такое включение обеспечивает лучшее быстродействие и более высокую линейность, но меньший коэффициент усиления.

Сравнение транзисторных оптопар с другими типами

Рассмотрим основные отличия транзисторных оптопар от других распространенных типов:

• По сравнению с резисторными оптопарами: более высокое быстродействие и коэффициент передачи, но меньшая линейность.
• По сравнению с диодными оптопарами: выше коэффициент передачи и чувствительность, но ниже быстродействие.
• По сравнению с тиристорными оптопарами: лучшая линейность и более широкий частотный диапазон, но меньшая коммутируемая мощность.

Выбор конкретного типа оптопары зависит от требований конкретного применения.

Перспективы развития транзисторных оптопар

Основные направления совершенствования транзисторных оптронов включают:

• Повышение быстродействия за счет оптимизации конструкции и применения новых материалов.
• Улучшение температурной стабильности параметров.
• Увеличение напряжения изоляции.
• Интеграция дополнительных функций (например, схем защиты) в корпус оптопары.
• Миниатюризация и снижение энергопотребления.

Несмотря на появление новых типов оптоэлектронных приборов, транзисторные оптопары, благодаря своей универсальности и хорошему соотношению цена/качество, остаются востребованными компонентами в различных областях электроники.

Транзисторные оптопары

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Транзисторная оптопара выполняется с фотоприемным элементом на базе фототранзистора. Как правило, в оптопарах используются фототранзисторы со структурой п-р-п на основе кремния, чувствительные к излучению с длиной волны около 1 мкм. Излучателями служат арсенидо-галлиевые диоды или диоды на тройном соединении, максимум спектрального из­лучения которых лежит вблизи области наибольшей чувствительности фототранзистора. Семейство выходных характеристик транзисторной оптопары приведено на рис. 7.11.

Излучательный диод конструктивно расположен так, что большая часть света направля­ется на базовую область фототранзистора. Излучатель и приемник изолированы друг от друга оптически прозрачной средой.

При отсутствии излучения в цепи коллектора фоторезистора, включенного по схеме с общим эмиттером, протекает обратный темновой ток, аналогичный по происхождению и характеристикам току в обычных биполярных транзисторах. ф.6.>

Где /ф 6 — генерированный излучением фототок в базе фоторезистора; И21 — коэффициент усиления тока.

Таким образом, фоторезистор обладает внутренним усилением фототока К). Наиболь­шим внутренним усилением обладают оптопары, использующие составные фототранзисто­ры. Их коэффициент усиления фототока К1 может превышать 1000, однако они имеют худ­шие показатели быстродействия. Быстродействие обычных диодно-транзисторных оптопар /„ = 2… 4 мкс.

Оптопары можно характеризовать параметром, называемым добротностью:

Б = *Л-

Этот параметр для различных типов оптопар остается постоянным в широком интерва­ле значений входных токов. Значение добротности зависит от напряжения изоляции При ит= 1…5 кВ,{Э = 0,1…1%мкс-1.

Основные параметры и характеристики входной цепи транзисторной оптопары анало­гичны параметрам диодных оптопар, так как в них используются сходные излучатели. Выходные характеристики существенно отличаются от аналогичных оптопар. Зависимость коэффициента передачи тока от входного тока отклоняется от линейной, причем тем боль­ше, чем больше входной ток и чем лучше усилительные свойства фоторезистора.

Типичные зависимости К, от входного тока различных транзисторных оптопар приведе­ны на рис. 7.12. Здесь кривая 1 соответствует диодно-транзисторной оптопаре, кривая 2 — транзисторной оптопаре, кривая 3 — оптопаре с составным фоторезистором. Нелинейность характеристик объясняется тем, что коэффициент усиления транзистора зависит от тока ба­зы и поэтому не является постоянной величиной.

Рис. 7.12. Зависимости коэффициента передачи по току от входного тока для транзисторных оптопар

При больших входных токах коэффициент передачи по току с повышением температу­ры линейно уменьшается, как и в случае диодных оптопар. В общем случае характер кри­вых К, =/(7) определяется зависимостью от температуры квантового выхода как светодиода, так и транзистора. Повышение температуры приводит к возрастанию инерционности тран­зисторных оптопар. Одновременно увеличивается и темновой ток фотоприемника. Это осо­бенно сильно сказывается в случае оптопар с составными фоторезисторами: при увеличе­нии температуры от 25 до 100°С их темновой ток возрастает в 104…105 раз, а у обычных оптопар — в 102… 103 раз.

Транзисторные оптопары находят применение в аналоговых и цифровых коммутаторах, оптоэлектронных реле, в линиях связи для гальванической развязки и др.

Приобретаем- купить осциллограф, тепловизоры, источники питания

Тепловизионные камеры. Тепловизоры testo — полупроводниковые приборы, наделённые возможностью наблюдать тепловое либо световое излучение. Тепловизор flir на собственном мониторе изображает оранжевыми, красными и желтыми цветами объекты, источающие тепло, но прохладные …

Условные обозначения

А, Механический эквивалент света К Постоянная Больцмана В Сииий свет К, Коэффициент передачи по току С Скорость света в свободном простран­ Ку Коэффициент световой эффективности Стве Коэффициент усиления лазера Ся …

Список Сокращений

А Номинальная числовая апертура Мэв Монохроматическая АВС Активный волоконный световод Электромагнитная волна АИМ Амплитудно-импульсная Нжк Нематические жидкие кристаллы Модуляция Ов Оптическое волокно АПП Абсолютный показатель ОЗУ Оперативное запоминающее Преломления Устройство …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и

цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Оптрон — это… Что такое Оптрон?

Различные виды оптронов

Оптопара (оптрон) — электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных оптическим каналом и как правило объединённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

Классификация

По степени интеграции

• оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
• оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала

• с открытым оптическим каналом
• с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника

Оптроны с полевым транзистором или фотосимистором иногда именуют оптореле или твердотельным реле.

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

1. Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренним фотоэффектом и электролюминесценцией.
2. Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.

Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:

• Оптроны
• Квантооптические элементы.

Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем — оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.

Использование

Оптроны имеют несколько областей применения, использующих их различные свойства:

Механическое воздействие

Оптронный координатный счётчик в механической мыши

Оптроны с открытым оптическим каналом, доступным для механического воздействия (перекрытия) используются как датчики во всевозможных детекторах наличия (например, детектор бумаги в принтере), датчиках конца (или начала), счётчиках и дискретных спидометрах на их базе (например, координатные счётчики в механической мыши, анемометры).

Гальваническая развязка

Оптроны используются для гальванической развязки цепей — передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты. Некоторые стандартные электрические интерфейсы, например, MIDI, предписывают обязательную оптронную развязку. Различают два основных типа оптронов, предназначенных для использования в цепях гальванической развязки: оптопары и оптореле. Основное отличие между ними в том, что оптопары, как правило, используются для передачи информации, а оптореле используется для коммутации сигнальных или силовых цепей.

Оптопары

Транзисторные или интегральные оптопары, как правило, применяются для гальванической развязки сигнальных цепей или цепей с малым током коммутации. В качестве коммутирующего элемента используются биполярные транзисторы, цепи управления цифровыми входами, специализированные цепи (например, для управления силовым MOSFET или IGBT).

Свойства и характеристики оптопар

Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора. Оптопары гальванической развязки выпускаются в корпусах DIP, SOP, SSOP, Mini flat-lead. Для каждого типа корпусов характерны свои напряжения изоляции. Для того, чтобы обеспечить большие пробивные напряжения, необходимо, чтобы конструкция оптопары имела как можно большие расстояния не только между светодиодом и фотоприемником, но так же как можно большие расстояния по внутренней и по внешней стороне корпуса. Иногда производители выпускают специализированные семейства оптопар, соответствющие международным стандартам безопасности. Эти оптопары характеризуются повышенной электрической прочностью.

Одним из основных параметров, характеризующих транзисторную оптопару, является коэффициент передачи тока. Производители оптопар выполняют сортировку, присваивая в зависимости от коэффициента передачи тот или иной ренкинг, который указывается в наименовании.

Нижняя рабочая частота оптрона не ограничена: оптроны могут работать в цепях постоянного тока. Верхняя рабочая частота оптронов, оптимизированных под высокочастотную передачу цифровых сигналов, достигает сотен МГц. Верхние рабочие частоты линейных оптронов существенно ниже (единицы—сотни кГц). Наиболее медленные оптроны, использующие лампы накаливания, фактически являются эффективными фильтрами нижних частот с граничной полосой порядка единиц Гц.

Шумы транзисторной оптопары

Для транзисторных оптопар характерным является появление шума, связанного с одной стороны наличием проходной емкости между светодиодом и базой транзистора, с другой стороны наличием паразитной емкости между коллектором и базой фототранзистора. Для борьбы с первым типом шумов в конструкцию оптопары вносят специальный экран. Второго типа шумов удается избежать правильно подобрав режимы работы оптопары.

Типы оптопар для гальванической развязки

• Стандартные со входом по постоянному току
• Стандартные со входом по переменному току
• С малыми входными токами
• С высоким напряжением коллектор-эмиттер
• Высокоскоростные оптопары
• Оптопары с изолирующим усилителем
• Драйверы двигателей и IGBT

Примеры применения оптопар

• В телекоммуникационном оборудовании
• В цепях сопряжения с исполнительными устройствами
• В импульсных источниках питания.
• В высоковольтных цепях
• В системах управления двигателями
• В системах вентиляции и кондиционирования
• В системах освещения
• В электросчетчиках

Оптореле

Оптореле (Твердотельные Реле) как правило применяются для коммутации цепей с большим током коммутации. В качестве коммутирующего элемента используется как правило пара встречно включенных MOSFET транзисторов, благодаря чему оптореле способно работать в цепях переменного тока.

Свойства и характеристики оптореле

Оптореле имеют три топологии. Нормально разомкнутые — топология А, нормально замкнутые — топология Б и переключающая — топология С. Нормально разомкнутая топология предполагает замыкание коммутирующей цепи только при подаче управляющего напряжение на светодиод. Нормально замкнутая топология предполагает размыкание коммутирующей цепи при подаче управляющего напряжения на светодиод. Переключающая топология, как следует из названия имеет комбинацию внутри оптореле нормально замкнутых и нормально разомкнутых каналов. Стандартными корпусами для оптореле являются DIP8, DIP6, SOP8, SOP4, Mini flat-lead 4. Аналогично оптопарам оптореле также характеризуются электрической прочностью.

Типы оптореле

• Стандартные оптореле
• Оптореле с малым сопротивлением
• Оптореле с малым СxR
• Оптореле с малым напряжением смещения
• Оптореле с высоким напряжением изоляции

Примеры применения оптореле

• В модемах
• В измерительных устройствах, IC тестеры
• Для сопряжения с исполнительными устройствами
• В автоматических телефонных станциях
• Счетчики электричества, тепла, газа
• Коммутаторы сигналов

Неэлектрическая передача

На принципе оптрона построены такие приспособления как:

• беспроводные пульты и оптические устройства ввода
• беспроводные (атмосферно-оптические) и волоконно-оптические устройства передачи аналоговых и цифровых сигналов

Также используются в неразрушающем контроле как датчики аварийных ситуаций. GaP-диоды начинают излучать свет при воздействии на них радиации, а фотоприёмник фиксирует возникшее свечение и сообщает о тревоге.

Литература

• Гребнев, А. К. Гридин В. Н., Дмитриев В. П. Оптоэлектронные элементы и устройства / Под. ред. Ю. В. Гуляева. — М.: Радио и связь, 1998. — 336 с. — ISBN 5-256-01385-8
• Розеншер, Э., Винтер, Б. Оптоэлектроника = Optoélectronique / Пер. с фр.. — М.: Техносфера, 2004. — 592 с. — ISBN 5-94836-031-8

Ссылки

6.2.   Применение оптопар | Электротехника

Оптопары позволяют решать те же задачи, что и отдельно взятые пары излучатель – фотоприемник, однако на практике они, как правило, более удобны, поскольку в них уже опти­мально подобраны характеристики излучателя и фотоприемника и их взаимное расположение.

Если говорить о наиболее очевидном применении оптопары, не имеющем аналогов среди других приборов, так это элемент гальванической развязки. Опто­пары (или, как их иногда называют, оптроны) применяют в качестве устройств связи между блоками аппаратуры, находящимися под различными потенциала­ми, для сопряжения микросхем, имеющих различные значения логических уров­ней. В этих случаях оптопара передает информацию между блоками, не имею­щими электрической связи, и самостоятельной функциональной нагрузки не несет.

Не менее интересно применение оптопар в качестве элементов оптического бесконтактного управления сильноточными и высоковольтными устройствами.

На оптопарах удобно строить узлы запуска мощных тиратронов, распредели­тельных и релейных устройств, устройств коммутации электропитания и т.п.

Оптопары с открытым оптическим каналом упрощают решение задач конт­роля параметров различных сред, позволяют создавать различные датчики (влажности, уровня и цвета жидкости, концентрации пыли и т.п.).

Одной из важнейших является линейная схема, пред­назначенная для неискаженной передачи по гальваниче­ски развязанной цепи аналоговых сигналов. Сложность этой проблемы связана с тем, что для линеаризации передаточной характеристики в широком диапазоне то­ков и температур необходима петля обратной связи, принципиально не реализуемая при наличии гальваниче­ской развязки. Поэтому идут по пути использования двух идентичных оптронов (или дифференциального оптрона), один из которых выступает в качестве вспо­могательного элемента, обеспечивающего обратную связь (рис. 6.13). В таких схемах удобно использовать диффе­ренциальные оптопары КОД301А, КОД303А.

На рис. 6.14 представлена схема двуступенного транзисторного усилителя с оптоэлектронной связью. Изменение тока коллектора транзистора VT1 вызы­вает соответствующее изменение тока светодиода оптопары U1 и сопротивле­ния ее фоторезистора, который включен в цепь базы транзистора VT2. На на­грузочном резисторе R2 выделя

ется усиленный выходной сигнал. 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. 6.15) сигнал с выхода блока 1 передается на вход блока 2 через диодную оптопару U1. Если в качестве второго блока использована интегральная микросхема с малым входным током, необходимость использования уси­лителя отпадает, а фотодиод оптопары в этом случае работает в фотогенера­торном режиме.

Рис. 6.13. Гальваническая развязка аналогового сигнала: 01, 02 – оптроны, У1, У2 – операционные усилители

Рис. 6.14. Двухкаскадный транзисторный усилитель с оптоэлектронной связью

Оптопары и оптоэлектронные микросхемы применяют в устройствах пере­дачи информации между блоками, не имеющими замкнутых электрических свя­зей. 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.

Например, реализация связи гальванически независимых логических элемен­тов может осуществляться с помощью оптоэлектронного переключателя (рис. 6.16). Оптоэлектронным переключателем может служить микросхема К249ЛП1, в состав которой входят бескорпусная оптопара и стандартный вентиль.

Оптопары позволяют упрощать решение задач сопряжения блоков, разно­родных по функциональному назначе
нию, характеру питания, например испол­нительных механизмов, питаемых от сети переменного тока, и цепей форми­рования управляющих сигналов, питаемых от низковольтных источников по­стоянного тока.

Большую группу задач представляет также согласование цифровых микро­схем с разными видами логики: транзисторно-транзисторной логикой  (ТТЛ), эмиттерносвя

занной логикой (ЭСЛ), комплементарной структурой «металл-окисел-полупроводник» (КМОП) и др. Пример схемы со­гласования элемента ТТЛ с МДП с помощью транзисторной оптопары показан на рисунке 6.17. Входная и выходная ступени не имеют общих электрических цепей и могут работать в самых различных условиях и режимах.

Идеальная гальваническая развязка нужна во многих практических случа­ях, например в медицинской диагностической аппаратуре, когда датчик при­креплен к телу человека, а измерительный блок, усиливающий и преобразую­щий сигналы датчика, подключен к сети. 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. 6.18).

Оптопары удобны и в других случаях, когда «незаземленные» входные устройства приходится сопрягать с «заземленными» выходными устройствами. Примерами та

ких задач могут служить соединение линии телетайпной связи с дисплеем, «автоматический секретарь», подключаемый к телефонной линии, и т.п. Например, в схеме сопряжения линии связи с дисплеем (рис. 6.19, а) операционный усилитель обеспечивает требуемый уровень сигналов на входе дисплея. Аналогично можно связать передающий пульт с линией связи (рис. 6.19, б).

Рис. 6.19. Сопряжение «незаземленных» и «заземленных» устройств

Рис. 6.20. Оптоэлектронные полупроводниковые реле:

а – нормальноразомкнутое, б – нормальнозамкнутое

Усиленные сигналы фотоприемника удобно передавать на исполнительные механизмы (например, электродвигатели, реле, источники света и т.п.) через оптоэлектронную гальваническую развязку. Примерами такой развязки могут служить два варианта наиболее распространенных полупроводниковых реле, разомкнутых и замкнутых, (рис.6.20). Реле коммутирует сигналы постоянного тока. Сигнал, воспринимаемый фототранзистором оптопары, открывает транзисторы VT1, VT2 и вклю­чает нагрузку

(рис.6.20, а) или отключает ее (6.20, б).

 

Рис 6.21. Оптоэлектронный импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор – весьма распространенный элемент современ­ной радиоэлектронной аппаратуры. Его используют в различных генераторах импульсов, усилителях мощности импульсных сигналов, каналах связи, теле­метрических системах, телевизионной технике и т.п. Традиционное конструк­тивное исполнение импульсного трансформатора с применением магнитопровода и обмоток не совмещается с технологическими решениями, используемыми в микроэлектронике. Частотная характеристика трансформатора во многих случаях не позволяет удовлетворительно воспроизводить как низко -, так и высо­кочастотные сигналы.

Практически идеальный импульсный трансформатор мож­но изготовить на базе диодной оптопары. Например, в схеме оптоэлектронного трансфор­матора с диодной оптопарой изображена (рис. 6.21) транзистор VT1 управ­ляет светодиодом оптопары U1 Сигнал, генерируемый фотодиодом, усиливают транзисторы VT2 и VT3.

Длительность фронта импульсов в значительной степени зависит от быстро­действия оптопары. Наиболее высоким быстродействием обладают фотодиоды p—i—n-ст
руктуры. Время нарастания и спада выходного импульса не превышает нескольких десятков наносекунд.

На основе оптопар разработаны и выпускаются оптоэлектронные микросхемы, имеющие в своем составе одну или несколько оптопар, а также согла­сующие микроэлектронные схемы, усилители и другие функциональные эле­менты.

Совместимость оптопар и оптоэлектронных микросхем с другими стандарт­ными элементами микроэлектроники по уровням входных и выходных сигналов, напряжению питания и другим параметрам определили необходимость нормирования специальных параметров и характеристик.

2. Оптроны и оптоэлектронные микросхемы. Введение в оптоэлектронику

2.1. Устройство и основные параметры оптронов

2.1.1. Схема оптрона

2.1.2. Элементы оптопары

2.1.3. Параметры, характеризующие работу оптронов

2.2. Типы оптронов

2.2.1. Резисторные оптопары

2.2.2. Диодные оптопары

2.2.3. Транзисторные оптопары

2.2.4. Тиристорные оптопары

2.2.5. Параметры оптронов различного типа

2.2.6. Оптоэлектронные микросхемы

2.3. Применение оптронов

2.3.1. Применение оптронов в цифровых и линейных схемах

2.3.2. Управление процессами в высоковольтных цепях

2.3.3. Использование оптронов для получения информации оптическим методом

2.3.4. Другие применения оптронов

2.1. Устройство и основные параметры оптронов

2.1.1. Схема оптрона

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. 2.1). Входной электрический сигнал (характеризующийся

силой тока I₁ или напряжением U₁) преобразуется источником излучения 1 в световой (поток света Ф₁), который передается затем по оптическому каналу 2 к фотоприемнику 3. Фотоприемник осуществляет обратное превращение светового сигнала в электрический I₂, U₂. Среда оптического канала может быть управляемой (например обладать электрооптическими свойствами), что отражено и рис. 2.1 введением в схему устройства управления 4, которое преобразует световой поток Ф₁ в поток Ф₂. Для согласования параметров оптронов с другими элементами электронных схем могут использоваться дополнительные входные и выходные устройства.

На рис. 2.1 фотоприемник и излучатель электрически не соединены друг с другом. Такие оптроны с успехом могут использоваться в качестве элементов гальванической развязки. Однако введение электрической, а также оптической обратной связи между компонентами оптрона способно существенно расширить его возможности. В этом случае он может быть использован как прибор, позволяющий генерировать и усиливать электрические и оптические сигналы, как запоминающее устройство и т. д.

Помимо уже указанных достоинств оптрон характеризуется:

• высокой помехозащищенностью (поскольку его оптический канал невосприимчив к воздействию посторонних электромагнитных полей), а также однонаправленностью передачи оптического сигнала;
• широкой частотной полосой пропускания и, в частности, способностью преобразовывать и передавать не только импульсные сигналы, но и постоянную составляющую;
• совместимостью с другими изделиями полупроводниковой микроэлектроники.

Среди недостатков, присущих современным оптронам, необходимо прежде всего отметить их низкий к. п. д., что связано с большими потерями энергии при преобразовании электрического сигнала в оптический и обратно. Так же как и у других полупроводниковых приборов, параметры оптронов чувствительны к изменению температуры. От температуры в частности, сильно зависит срок службы таких устройств, который и так во многих случаях оказывается недостаточно высоким даже при комнатной температуре. К недостаткам нужно отнести также относительно высокий уровень собственных шумов и определенное конструкторско-технологическое несовершенство современных оптронов. Выпускаемые приборы изготовляют по гибридной технологии, при этом в одном устройстве необходимо довольно точно совмещать разнородные элементы—излучатель и фотоприемник.

Перечисленные недостатки ограничивают область применения оптронов, однако по мере совершенствования материале и технологии, решения ряда схемотехнических задач эти недостатки проявляются все в меньшей степени.

2.1.2. Элементы оптопары

Достижение высокого к. п. д. оптрона связано с получением высоких значений параметров, характеризующих преобразование и передачу энергии во всех его элементах. Желательно, чтобы параметры составных частей оптопары были согласованы по спектральным характеристикам, быстродействию, температурным свойствам, габаритам; при этом определенные требования предъявляются и на основе технологических соображений. В результате зачастую одно или несколько из вышеперечисленных требований приходится нарушать ради получения максимальных значений каких-либо определенных параметров.

Как уже отмечалось, источником излучения в оптронах в большинстве случаев служат инжекционные светодиоды. Помимо необходимости получения возможно больших к.п.д. преобразования электрической энергии в световую и высокого быстродействия светодиоды, применяемые в оптронах, должны обладать достаточно узкой направленностью излучения (для снижения потерь энергии на пути от источника света к фотоприемнику) и работать при сравнительно небольших входных токах (для согласования с микроэлектронными системами управления). Желательно также, чтобы квантовый выход таких излучателей был постоянным в по возможности более широком диапазоне входных токов, что важно для использования этих приборов в аналоговых схемах. В оптронах могут применяться также полупроводниковые лазеры . Этому препятствуют, однако, большие значения рабочих токов таких приборов, их сравнительно низкая долговечность и высокая стоимость.

Наиболее употребительными материалами для излучателей оптронов являются GaAs, GaAlAs, GaAsP. Светодиоды на основе этих материалов излучают в красной (0,67—0,7 мкм) и ближней инфракрасной (0,8-0,95 мкм) областях спектра. В отличие от обычных светодиодных индикаторов, для которых во многих случаях важно увеличение размеров высвечиваемых символов, излучающая область светодиодов, применяемых в оптронах, должна иметь минимальную площадь, так как при этом не только уменьшаются потери излучения, но и ослабляются требования к точности совмещения этой области с приемным окном фотоприемника. Номинальное напряжение возбуждения подобных светодиодов составляет 1,2—1,7 В, потребляемая ими мощность— 1—50 мВт.

Среду оптического канала выбирают, исходя из следующих соображений. Во-первых, она должна сводить к минимуму потери света, для чего материал оптического канала должен не только быть спектрально согласован с излучателем и фотоприемником, но и иметь показатель преломления, близкий к тем, которыми характеризуются эти элементы оптопары. Во-вторых, материал оптического канала должен обеспечивая высокий уровень электрической изоляции между входом и выходом оптрона (сопротивление изоляции оптопары обычно составляет ~ 1 • 10¹² Ом). В-третьих, зачастую оптической среде приходится выполнять дополнительную функцию — служить основой, придающей оптрону конструктивную целостность и предохраняющей его элементы от механических, климатических и радиационных воздействий.

Используют по крайней мере три основных варианта оптического канала. В первом оптической средой служат полимерные оптические клеи, лаки, вязкие вещества (например, незасыхающие вазелиноподобные силиконовые составы), а также некоторые марки стекол (например, халькогенидные). Второй вариант оптического канала — воздушный, при этом для лучшей светопередачи могут использоваться фокусирующие системы на основе стеклянных линз. Третий вариант связан с использованием в качестве оптического канала волоконных световодов. Выбор варианта обусловливается требованиями, связанными с применением оптопары. Так, для получения высоких значений электрической изоляции, создания коротких линий оптической связи используют волоконные световоды, для устройств считывания информации с перфоленты требуется воздушный канал (перфоленту вводят в зазор между излучателем и фотоприемником) и т. д. Кроме того, необходимо учитывать, что многие из перечисленных материалов имеют свои недостатки. Так, полимеры характеризуются провалами спектра пропускания в ближней инфракрасной области (эти провалы обусловлены резонансным поглощением света химическими группами ОН, СН₃, СН₂, NH₂, NH), а также изменением основных параметров со временем (что, естественно, сказывается на характеристиках всей оптопары в целом). Со своей стороны, стекла, применяемые в оптронах, менее устойчивы к резким перепадам температуры, имеют невысокую адгезию к материалам излучателя и фотоприемника.

Важнейшим достоинством оптронов является их способность осуществлять гальваническую развязку элементов электронной схемы. Оптроны, у которых в качестве оптического канала используют тонкие слои полимерных лаков или стекол обладают сравнительно невысокой электрической прочностью изоляции. Так называемое статическое напряжение изоляции U_из (максимально допустимое постоянное напряжение между входом и выходом оптопары) у них составляет 100—500 В. У оптронов с воздушным зазором значение U_из выше (до 1 — 5 кВ) и ограничивается уже электрической прочностью корпуса прибора; в оптронах с волоконными световодами максимально допустимое статическое напряжение изоляции может достигать 50—150 кВ.

К. п. д. оптрона, его срок службы, а также ряд других параметров в значительной степени определяются излучателем, и именно поэтому совершенствованию светодиодов уделяется большое внимание. В то же время оптрон как элемент электронной схемы характеризуется не столько излучателем, сколько типом используемого фотоприемника. С практической точки зрения важно, какие функции способен выполнять прибор, а это как раз и определяется фотоприемником, который, таким образом, должен обладать не только высокой эффективностью преобразования падающего на него излучения в электрический ток, но и требуемым быстродействием. В связи с этим различают оптопары резисторного, диодного, транзисторного и тиристорного типов.

Основным материалом фотоприемников для оптронов служит кремний, применяемый в диодных, транзисторных и тиристорных оптопарах. Так, кремниевый p—i—n-фотодиод по спектру и быстродействию хорошо согласуется со светодиодами на основе GaAs:Zn, GaAlAs, GaAsP, а кремниевые фототранзисторы и фототиристоры—с GaAlAs- и GaAs : Si-излучателями. В качестве материала фоторезисторов широко используют CdS и CdSe, хорошо согласующиеся по спектру с излучателями на основе GaP и GaAsP. Следует отметить, однако, что быстродействие фотоприемника зачастую ограничивает быстродействие всей оптопары в целом (это имеет место прежде всего в резисторных оптопарах).

2.1.3. Параметры, характеризующие работу оптронов

Элементарный оптрон является четырехполюсным прибором, свойства которого определяются прежде всего тремя основными характеристиками — входной, передаточной и выходной. Входной является вольт-амперная характеристика излучателя, а выходной—соответствующая характеристика фотоприемника (при заданном токе на входе оптопары).

Передаточной характеристикой называют зависимость тока I₂ на выходе оптрона от тока I₁ на его входе; в общем случае эта зависимость является нелинейной, что приводит к некоторому искажению формы передаваемого сигнала.

Суммарное быстродействие оптопары часто характеризуют временем переключения:

, (2.1)

где t₁ и t ₂ — соответственно времена нарастания и спада сигнала на выходе оптрона. Время переключения неодинаково у разных типов оптопар, оно зависит также от режимов их работы и может составлять от 10^-9 до 10^-1 с. Помимо времен переключения, быстродействие некоторых классов оптронов может быть задано граничной частотой f_гр. В зависимости от типа оптрона f_гр = 0,005… 10 МГц.

Параметром, тесно связанным с зависимостью I₂(I₁) и часто используемым на практике, является коэффициент передачи по току (статический)

. (2.2)

В общем случае, особенно при высоких температурах, когда существен темповой ток I_т на выходе фотоприемника,

. (2.3)

Для большинства типов оптопар k_I является паспортный параметром, причем он может составлять от 0,5% (диодные; оптопары) до ~1000% (транзисторные оптопары с составным фототранзистором).

Важными для характеристики оптопары являются параметры ее изоляции. Среди этих параметров — максимально допустимое напряжение между входом и выходом (уже упоминавшееся в п. 2.1.2 статическое — U_из, а также пиковое, максимально допустимое при работе с переменными сигналами). Кроме того, оптопары характеризуются сопротивлением изоляции R_из и проходной емкостью С_пр (емкостью между входом и выходом оптопары). У большинства типов оптопар R_из может достигать 1·10¹² Оm, что исключает обратную связь фотоприемника и излучателя по постоянному току. В то же время связь по переменному току может оказаться существенной. Действительно, скачок напряжения ΔU₂ на выходе оптопары (за время Δt) может привести к тому, что через излучатель оптопары потечет емкостный ток

, (2.4)

который может привести к заметному сигналу на выходе даже при малой проходной емкости.

В связи с этим для многих типов оптопар актуальность) приобретает задача снижения С_пр (обычно она порядка 1 пФ), решение которой может быть связано, например, с увеличением длины оптического канала между излучателем и фотоприемником.

Конструктивно-технологическое оформление оптронов (рис. 2.2, а) определяется требованиями по оптимизации тех или иных параметров этих приборов (1-излучатель, 2-фотоприемник, 3 — оптический канал, 4 — корпус, 5 — электрические выводы). Так, введение помимо полимерного клея стеклянной прокладки в пространство между излучателем и фотоприемником позволяет увеличить R_из и снизить С_пр до 0,01 пФ. Еще большего эффекта можно достичь, используя в качестве оптического канала волоконный световод (рис. 2.2, б). Приборы, изображенные на рис. 2.2, в, г, характеризуются повышенным значением коэффициента передачи по току: потери света в устройствах этого типа сведены к минимуму в первом случае вследствие того, что поток излучения падает на границу раздела элементов оптопары перпендикулярно, во втором — из-за введения в конструкцию дополнительной отражающей поверхности 6.

Исходя из значений U_иэ, R_из, С_пр, а также входной и выходной характеристик оптопары, для каждого типа оптронов задают предельные эксплуатационные данные о входных и выходных напряжениях и токах, напряжении между входом и выходом, указывают максимальную допустимую температуру и т. д. Все эти параметры, а также некоторые Другие обычно приводятся в справочниках.

Общей особенностью рассматриваемых оптронов является то, что они представляют собой не монолитные, а сборные конструкции, элементы которых связаны между собой общим корпусом, оптическим клеем и т. д. Дальнейшее совершенствование оптронов (снижение габаритов, повышение к. п. д., воспроизводимости параметров) связано в первую очередь с созданием монолитных приборов, у которых и излучатель, и фотоприемник либо созданы в одном кристалле, либо выращены на общей подложке с применением тонкопленочной технологии. Следует, однако, отметить, что у таких приборов первостепенную важность могут приобрести другие проблемы, например обеспечение высоких значений параметров изоляции.

2.2. Типы оптронов

2.2.1. Резисторные оптопары

В качестве фотоприемников оптопар этого типа используют фоторезисторы на основе CdS и CdSe. При засветке фоторезисторов их сопротивление снижается от R_T (темнового) до R_CE (при освещении). Одним из основных параметров резисторных оптопар является отношение этих сопротивлений; значение R_Т/R_CB может достигать 10⁴–10⁷.

Фоторезисторы обладают, как правило, большой инерционностью. Именно поэтому в фоторезисторных оптопарах в качестве источников излучения широко применяют миниатюрные лампы накаливания, к достоинствам которых следует отнести хорошую воспроизводимость параметров, большой срок службы, малую стоимость. Невысокое быстродействие (время переключения — порядка 1·10^-2с) ламп накаливания в оптопарах этого типа не является их недостатком, поскольку общее время переключения (до 10^-1 с) определяется фотоприемником. Кроме ламп накаливания в резисторных оптопарах используют светодиоды на основе GaP, спектр излучения которых хорошо согласован со спектрами возбуждения фотопроводимости CdS- и CdSe-фотоприемников.

Некоторые характеристики резисторных оптопар представлены на рис. 2.3. Увеличение тока I₁ на входе оптрона сопровождается увеличением светового потока излучателя, в результате чего R_CB снижается (рис. 2.3, а). Повышение температуры Т ведет к снижению подвижности свободных носителей заряда в фоторезисторе, увеличению R_св, а следовательно, к спаду I₂ при том же напряжении U₂ на выходе (рис. 2.3,6). С ростом Т не только происходит увеличение R_CB, но снижается и R_T (растет концентрация собственных носителей заряда в зоне проводимости полупроводника). При этом отношение R_Т/R_CB очень сильно падает (при 70° С оно может составлять лишь примерно 1·10²), что делает резисторную оптопару практически непригодной для использования при высоких температурах.

Инерционность резисторных оптопар сказывается на их частотных характеристиках, что иллюстрируется рис. 2.3,в. На рисунке по вертикали отложен коэффициент передачи по току, который в случае оптопар этого типа носит формальный характер, поскольку в выражение (2.2) для k_I подставляется просто значение тока I₂, соответствующее окончанию линейного участка вольт-амперной характеристики фоторезистора.

Достоинствами резисторных оптопар, определяющими их широкое применение в различных типах оптоэлектронных схем, являются линейность и симметричность выходной характеристики (независимость от полярности включения фоторезистора), отсутствие фото-э. д. с., высокие значения достижимого напряжения на выходе (до 250 В) и темнового сопротивления R_т≈1·10⁶÷1·10¹¹ Ом).

2.2.2. Диодные оптопары

Оптопары этого типа изготовляют на основе кремниевых p—i—n-фотодиодов и арсенидгаллиевых светодиодов.

На рис. 2.4 изображены типичные графики зависимостей коэффициента передачи по току k_I от входного тока I₁, напряжения на выходе U₂ и температуры Т. Из рис. 2.4, а следует, что у диодных оптопар k_I остается практически постоянным в широком диапазоне входных токов, что обусловлено постоянством в этом диапазоне квантового выхода η_к светодиода. Подъем в области малых и спад в области больших входных токов (когда начинает сказываться разогрев прибора) также определяется поведением η_к. Квантовый выход фотодиода η₃ при этом, как правило, не меняется. Это следует, в частности, из рис. 1.5 и формулы (1-11) — зависимость фототока от падающего потока излучения линейна в рабочем диапазоне значений потоков.

Разогрев оптопары может привести и к снижению η₃.

Оценим значение k_I для диодной оптопары.

Поток излучения Ф₁, испускаемого светодиодом, связан с входным током I₁ соотношением

. (2.5)

(Здесь η_ке — внешний квантовый выход светодиода). В то же время ток на выходе фотоприемника

(2.6)

где η₃ — квантовый выход фотодиода, а Ф₂— поток излучения, падающий на фотодиод.

Из соотношений (2.5) и (2.6) получаем, что

(2.7)

где = Ф₂/Ф₁ — коэффициент, учитывающий потери излучения на пути от светодиода к фотоприемнику.

Полагая, что η₃≈1 (т.е. каждый фотон, достигнувший фотоприемника, генерирует носитель фототока; это хорошо выполняется, например, в случае p—i—n-фотодиодов), получаем:

k_I ≈ η_кеk^/.

В идеальном случае, когда потерь света почти не происходит, можно считать, что k_I≈η_ке, однако зачастую коэффициент k‘ оказывается заметно меньше единицы. Учитывая, что у реальных светодиодов η_ке≈10%, получаем, что для диодных оптопар коэффициент k_I вряд ли может превышать нескольких процентов.

Помимо зависимости k_I (I₁) на рис. 2.4 представлены еще две. Так, на рис. 2.4,б изображена зависимость коэффициента передачи по току диодных оптопар от обратного напряжения на выходе прибора— она довольно слаба. Температурная же зависимость k_I диодных оптронов выражена более ярко (рис. 2.4, в), что объясняется зависимостью от Т параметров всех элементов оптопары и в первую очередь—излучателя.

В целом, поскольку у современных диодных оптронов значение коэффициента передачи по току составляет единицы процентов, это означает, что на выходе таких оптопар практически можно получать лишь токи, не превышающие одного-двух миллиампер.

Предельно достижимое время переключения t_п диодных оптопар может меняться в довольно широких пределах (0,1 — 10 мкс) в зависимости от марки прибора. Но на практике получить подобное быстродействие довольно трудно, так как из-за малости выходного тока их приходится включать на большую нагрузку. В этом случае существенным оказывается уже время перезарядки, определяемое сопротивлением нагрузки R_н и выходной емкостью оптопары С₂. Так, при R_н =(2÷20) кОм и С₂ = 50 пФ постоянная времени перезарядки равна 0,1—1 мкс, что сравнимо по величине с предельными значениями t_п.

Диодные оптопары могут работать в вентильном режиме, когда оптрон выступает в качестве источника питания. Оптроны, предназначенные для этих целей, имеют повышенное (3–4%) значение k_I, однако к. п. д. таких приборов также составляет лишь около одного процента.

Среди выпускаемых диодных оптопар можно выделить, наконец, группу приборов, оптический канал которых выполнен в виде световода длиной 30—100мм. Эти приборы характеризуются высокой электрической прочностью (U_из = 20≈50 кВ) и малой проходной емкостью (С_пр=0,01 пФ).

2.2.3. Транзисторные оптопары

К этому классу приборов относятся диодно-транзисторные (приемником излучения является фотодиод, один из выводов которого соединен с базой транзистора, введенного в состав оптрона) и транзисторные (приемником излучения служит фототранзистор) оптопары, а также оптроны с составным фототранзистором. Их параметры существенно отличаются друг от друга. Так, оптопары с составным фототранзистором обладают наилучшими передаточными характеристиками по току (в результате внутреннего усиления сигнала k_I может достигать 1000%), зато диодно-транзисторные имеют большее быстродействие (t_п = 2÷4 мкс). При этом оказывается, что для оптопар перечисленных типов отношение остается постоянным в широком интервале значений входных токов. Параметр D называют добротностью оптрона, его значение зависит от параметров изоляции (в частности, от U_из). Для транзисторных оптронов U_из = 1÷5 кВ, D= 0,1÷1% мкс^-1.

(2.8)

Так же как и в случае диодных оптопар, материалом фотоприемников чаще всего является кремний; излучателями в таких приборах служат арсенид-галлиевые светодиоды.

Транзисторные оптопары привлекают внимание возможностью управления коллекторным током как оптическими методами, так и электрическими. Эти приборы позволяют получать высокие значения коэффициента передачи по току и соответственно большие I₂ (чем они выгодно отличаются от диодных оптопар) при удовлетворительном быстродействии.

На рис. 2.5 приведены типичные зависимости k_I от входного тока для транзисторной (кривая 3), диодно-транзисторной (кривая 1) оптопар, а также для оптопары с составным фототранзистором (кривая 2). Сравнение этого рисунка с рис. 2.4, а показывает, что характеристики таких оптопар сильно отличаются от полученных для диодного оптрона. Это связано с тем, что коэффициент усиления транзистора зависит от тока базы и потому не является постоянной величиной.

Температурные зависимости k_I транзисторного оптрона при больших (кривая 1) и малых (кривая 2) входных токах представлены на рис. 2.6. Видно, что при больших I₁ коэффициент передачи по току с изменением температуры ведете себя примерно так же, как и в случае диодных оптопар (см. рис. 2.4,6). В общем случае характер кривых k_I (T) определяется зависимостями от температуры квантового выхода как светодиода, так и фототранзистора.

Особенностью всех оптопар с излучателями-светодиодами является уменьшение t₁ и увеличение t₂ с ростом входного тока. Именно поэтому соответствующие характеристики транзисторных и диодных оптопар оказываются сходными.

Повышение температуры приводит к возрастанию инерционности транзисторных оптопар. Одновременно увеличивается и темновой ток фотоприемника. Это особенно сильно сказывается в случае оптопар с составными фототранзисторами: при увеличении температуры от 25 до 100 °С их темновой ток возрастает в 10⁴—10⁵ раз (у обычных транзисторных оптопар это изменение лежит в пределах 10²-—10³).

2.2.4. Тиристорные оптопары

Тиристорные оптопары используют в качестве ключей для коммутации сильнотоковых и высоковольтных цепей как радиоэлектронного (U₂ = 50÷600 В, I₂ = 0,1-10 А), так и электротехнического (U₂= 100÷300 В, I₂ = 6,3÷320 А) назначения. Важным достоинством этих приборов является то, что, управляя значительными мощностями в нагрузке, они тем не менее по входу совместимы с интегральными микросхемами.

В зависимости от гарантируемых значений коммутируемых напряжений и токов, а также от времени переключения тиристорные оптопары подразделяются на большое число групп. В целом типичные значения t₁ составляют 10—30 мс, t₂ = 30÷250 мкс.

Поскольку тиристорные оптопары работают в ключевом режиме, то параметр k_I для них лишен смысла. Поэтому удобнее характеризовать такие оптопары номинальным значением I₁ при котором открывается фототиристор, а также — максимально допустимым входным током помехи (максимальным значением I₁, при котором еще не происходит включение фототиристора). Значение силы номинального входного тока для разных типов тиристорных оптопар лежит в пределах 20—200 мА, максимально допустимый ток помехи для оптопары АОУ 103, например, равен 0,5 мА.

2.2.5. Параметры оптронов различного типа

Ниже приводится краткая сводная таблица основных характеристик некоторых элементарных оптронов (табл. 2.1). В обозначениях отечественных оптронов первая буква (или цифра) определяет материал излучателя (А или 3 — GaAlAs или GaAs), вторая буква (О) указывает на принадлежность прибора к классу оптопар, а третья отражает тип фотоприемника (Д—фотодиод, Т—фототранзистор, У — фототиристор). Резисторные оптопары (исторически первый тип оптопар) сохраняют свое первоначальное обозначение ОЭП (оптоэлектронный прибор). Некоторые из оптронов могут иметь обозначения, отличающиеся от тех, которые указаны выше (например, К249КП1—оптоэлектронный ключ, состоящий из излучающего диода на основе арсенид-галлий-алюминия и кремниевого фототранзистора, в который входят две транзисторные оптопары).

Кроме рассмотренных в настоящей главе типов оптопар следует упомянуть также о некоторых других видах оптронов. К ним можно отнести приборы, у которых в качестве фотоприемников используют МДП-фотоварикапы и полевые фототранзисторы, дифференциальные оптроны (один излучатель в которых работает на два идентичных фотоприемника),

а также оптопары, у которых источником излучения является полупроводниковый лазер (например, на основе GaAlAs или GalnAsP).

Таблица 2.1. Обозначения и значения основных параметров различных оптронов

Типы оптронов
Обозначения и параметры	Резисторные	Диодные	Транзисторные			Тиристорные
			диодно-транзисторные	транзисторные общего назначения	с составным фототранзистором
Схемное обозначение
Буквенный элемент обозначения	ОЭП	АОД	АОД, КОЛ	АОТ	АОТ	АОУ, ТО
Коэффициент передачи по току kI, %	1 – 4	0,5 – 3,5	10 – 40	30 – 100	200 – 800	—
Граничная частота fгр, МГц	0,005 – 0,01	1 – 10	0,01 – 0,5	0,01 – 0,5	0,001 – 0,01	—
Время, мкс: включения t1	1·103–1·105	0,1–1	1–2	4–10	10–100	10–30
выключения t2	1·103–1·105	0,1–1	1–2	4–30	10–100	30–250
Параметры входной цепи:
I1, мА	5–20	10–40	5–20	10–40	1–30	10–800
U1, В	2–6	1,1–1,8	1–2	1–2	1–5	1–3
Параметры выходной цепи:
I2, мА	0,2–7	0,1–1,5	5–30	5–50	100–200	(0,1–320)х103
U2, В	5–250	1–100	5–30	5–30	5–30	50–1300
Сопротивление изоляции Rиз, Ом	1·109	1·109–1010	1010	5·108	1·109	5·108

2.2.6. Оптоэлектронные микросхемы

Приборы этого типа содержат одну или несколько оптопар, а также согласующие элементы или электронные интегральные схемы, объединенные при помощи гибридной технологии в один корпус. Оптоэлектронные микросхемы обладают более широкими возможностями, чем элементарные оптроны. Их можно разделить на три основные группы.

К первой относятся переключательные микросхемы; эта группа наиболее многочисленна. Примером прибора этого типа может служить микросхема серии 249ЛП1 (рис. 2.7, а), в который объединены диодный оптрон и стандартная интегральная схема, имеющая два статических состояния, при одном из которых напряжение на ее выходе равно примерно 0,3 В, а при другом — около 3 В.

Во вторую группу объединены линейные, оптоэлектронные микросхемы, которые способны выполнять аналоговые преобразования сигналов. В качестве примера можно привести микросхему серии К249КН1, линейную по выходной цепи, которая состоит из двух диодных оптронов, работающих в режиме фотоэлементов и выполняющих функции широкополосного (вплоть до передачи постоянного сигнала) трансформатора (рис. 2.7,6).

К третьей группе относятся оптоэлектронные микросхемы релейного типа, использующиеся для коммутации силовых цепей в широком диапазоне напряжений и токов. По входным параметрам эти приборы согласованы со стандартными интегральными микросхемами; в качестве примера можно назвать оптоэлектронное реле постоянного тока серии К295КТ1.

Помимо микросхем перечисленных трех групп существуют и более сложные. К ним относятся, например, фоточувствительные приборы с зарядовой связью, многоустойчивые элементы— сканисторы и т.д.

Так же как и элементарные оптроны, оптоэлектронные микросхемы обладают тем недостатком, что их приходится изготовлять по гибридной технологии, объединяя элементы из разных материалов. По мере совершенствования способов получения этих элементов открываются перспективы создания оптоэлектронных микросхем на одном кристалле, а также пленочных. Это должно привести не только к дальнейшей миниатюризации таких приборов, но и к расширению их функциональных возможностей.

2.3. Применение оптронов

2.3.1. Применение оптронов в цифровых и линейных схемах

Использование оптронов (прежде всего—диодных и транзисторных) в цифровых и импульсных устройствах связано с возможностью их быстрого переключения из состояния с низким уровнем сигнала на выходе в состояние с высоким уровнем, или наоборот. В качестве примера можно привести оптоэлектронные элементы, позволяющие реализовать основные логические функции в устройствах цифровых систем. Так, схема, представленная на рис. 2.8, а, моделирует операцию логического умножения (И), а схема на рис. 2.3,б — операцию логического сложения (ИЛИ). В первом случае выходное напряжение U₂ поддерживается на высоком уровне, близком к напряжению U₁, только если оба фототранзистора ФТ1 л ФТ2 включены и через них идет ток, близкий к насыщению (см. рис. 1.10,б), а во втором — при выходе на насыщение вольт-амперной характеристики любого из фототранзисторов ФТ1 или ФТ2. Оптроны могут также с успехом применяться для моделирования и других логических операций.

Еще одним примером использования оптронов в цифровых устройствах может служить оптоэлектронная микросхема серии 249ЛП1 (см. рис. 2.7,а). При протекании по цепи арсенид-галлиевого светодиода номинального входного тока в цепи фотоприемника (кремниевого фотодиода) возникает фототок, одновременно являющийся базовым для транзистора Т1; этот ток достаточен для отпирания транзистора. Эмиттерный ток транзистора Т1 поступает в базу транзистора ТЗ и переводит его в режим насыщения. При этом напряжение на выходе микросхемы оказывается равным падению напряжения на насыщенном транзисторе (примерно 0,3 В). Если же входной ток оптрона меньше номинального, то через его фотоприемник течет лишь малый темновой ток и транзистор Т1 остается запертым. В этом случае через резистор R1 течет базовый ток транзистора Т2, причем его значение таково, что Т2 находится в режиме насыщения. В результате напряжение на выходе оптопары является разностью напряжения Е₁, базового напряжения транзистора Т2 и напряжения на диоде Д1; для микросхемы такого типа это 2,5—3,5 В.

Одним из важных параметров, по которым оптроны могут уступать однотипным устройствам (диодам, триодам, микросхемам) без оптических связей, является быстродействие, определяемое главным образом барьерными емкостями источника излучения и фотоприемника. Проигрыш в быстродействии может быть еще выше, если не принимать специальных мер по согласованию режимов работы элементов оптопары. Так, для снижения влияния времени перезарядки барьерной емкости светодиода (20—300 пФ) перезарядку приходится форсировать, например, подавая на вход светодиода ток достаточно большой амплитуды. Уменьшения времени перезарядки выходной емкости фотоприемника (5—15 пФ) можно добиться, изолируя или компенсируя емкостную нагрузку, а также уменьшая амплитуду напряжения выходного сигнала. Оптимизируя конструкцию и режим работы оптопар, время переключения удается заметно снизить, доведя его (для некоторых типов оптопар) до нескольких наносекунд.

К областям применения аналоговых оптронов можно отнести использование их в широкополосных трансформаторных устройствах, в усилителях различных сигналов, в других системах аналогового преобразования. Схема простого усилителя на основе оптрона, обеспечивающего электрическую развязку от остальной части схемы, изображена на рис. 2.9. Входной сигнал, подаваемый на вход оптрона, после преобразования в излучение попадает на базу фототранзистора, осуществляя тем самым управление амплитудой тока на выходе оптопары и напряжением на сопротивлении нагрузки R. Коэффициент усиления всего устройства определяется значением k_I используемого транзисторного оптрона.

В аналоговых устройствах используют диодные и резисторные, а также (в некоторых случаях) транзисторные оптопары. Требования к аналоговым оптронам определяются конкретными условиями их применения и поэтому общего критерия качества, подобного тому, который имеет место в случае цифровых оптронов (добротности), для них нет. В то же время для сохранения формы передаваемого сигнала желательна линейность передаточной характеристики (постоянство k_I в достаточно широком диапазоне токов). Этому требованию в наибольшей мере отвечают диодные оптроны, хотя и у них интервал значений I₁, при которых k_I постоянен, не слишком велик. Так, например, у оптопары АОД 101 даже при ее термостатировании передача аналогового сигнала с нелинейностью менее 2% осуществляется лишь при двух-трехкратном изменении I₁.

Сказанное означает, что при проектировании аналоговых устройств, использующих оптроны, необходимо предусматривать дополнительные меры по линеаризации передаточной характеристики. В этой связи перспективным является применение дифференциальных оптронов (с одним излучателем и двумя фотоприемниками), у которых коэффициенты передачи по току между излучателем и первым фотоприемником, а также между излучателем и вторым фотоприемником одинаковы, причем в равной мере меняются в зависимости от условий работы (Т, I₁, U₁). Фотоприемники включены таким образом, чтобы при подаче сигнала входной ток одного из них увеличивался, а другого в той же мере уменьшался. Увеличение k_I первого канала оптрона примерно компенсируется уменьшением k_I второго, а общая передаточная характеристика оптопары выравнивается.

2.3.2. Управление процессами в высоковольтных цепях

Для бесконтактного управления процессами в высоковольтных (до 1300 В) и сильнотоковых (до 320 А) цепях используют мощные ключевые оптроны, типичными представителями которых являются тиристорные и транзисторные оптопары. По своим техническим показателям оптоэлектронные переключатели успешно конкурируют с электромагнитными реле и герконами (герметизированными переключателями), превосходя их по надежности, долговечности и помехоустойчивости.

Пример схемного варианта высоковольтного оптоэлектронного ключа, в котором тиристорный оптрон, переключающий ток в цепи с постоянным напряжением, управляется сразу по двум каналам—оптическому и электрическому, приведен на рис. 2.10. Если входной транзистор Т1 открыт и работает в режиме насыщения, то на выходе усилителя у поддерживается высокий потенциал и ток течет лишь через излучатель тиристорной оптопары — фототиристор включен. Для его выключения транзистор Т1 запирается, в результате чего, во-первых, снижается напряжение на светодиоде тиристорной оптопары, и он перестает излучать свет, и, во-вторых, на шину нулевого потенциала закорачивается управляющий электрод фототиристора. Закорачивание обусловлено тем, что после снижения напряжения на выходе усилителя—инвертора у светодиод транзисторной оптопары открывается и через фотоприемник начинает течь ток, переводящий транзистор Т2 в режим насыщения. Подобная схема может управлять током в цепи постоянного напряжения 50—400 В, причем длительность переключения фототиристора составляет 5—10 мкс.

Обобщенным параметром, характеризующим качество ключевых оптронов, является отношение максимальной мощности коммутируемой цепи к входной мощности, необходимой для управления. Это отношение носит название коммутационной добротности и для современных оптронов составляет примерно 10²—10⁶.

Для управления цепями высокого напряжения могут применяться и оптопары других типов. Так, в схемах управления электролюминесцентными индикаторами, возбуждающимися переменным напряжением с амплитудой 115— 300 В, используют резисторные оптроны. В цепь питания индикатора включают фоторезистор оптопары; изменение напряжения на индикаторе (а следовательно, и яркость его свечения) регулируют малым сигналом на входе оптрона.

В высоковольтных цепях находят широкое применение оптоизоляторы — оптопары с высоким допустимым напряжением изоляции (и, в частности, с волоконно-оптическими каналами). Использование оптронов этого типа в системах энергораспределения, высоковольтных СВЧ-устройствах, аппаратуре привода, в линиях электропередачи позволяет не только с успехом заменять традиционно использующиеся элементы, но и стимулирует дальнейшее совершенствование вновь разрабатываемых для этих целей приборов.

2.3.3. Использование оптронов для получения информации оптическим методом

Специальные оптроны с открытым оптическим каналов могут применяться в бесконтактной дистанционной технике в качестве индикаторов положения объектов и состояния их поверхности, датчиков заполнения сосудов жидкостью, устройств считывания информации с перфоносителей на входе ЭВМ и т. д. Существуют два типа подобных оптронов. Приборы первого типа (оптопрерыватели) реагируют на попадание в оптический канал непрозрачного предмета, который прерывает (или изменяет) световой поток, падающий на фотоприемник. Область применения оптопрерывателей — индикация положения и счет объектов, сигнализация об изменении параметров воздушной среды между излучателем и фотоприемником (например, при появлении дыма), считывание информации с перфолент и др. Приборы второго типа (отражательные оптроны) регистрируют световой поток, отраженный от исследуемой поверхности. Эти приборы позволяют, например, осуществлять автоматический контроль шероховатости поверхности, ее дефектности.

Из-за наличия воздушного зазора в оптическом канале коэффициент передачи по току таких оптронов мал, причем у отражательных оптронов он еще зависит и от свойств исследуемой поверхности, а также от расстояния до нее. Реально это расстояние не должно превышать нескольких миллиметров.

Пример схемы, в которой используется отражательный оптрон с открытым оптическим каналом, приведен на рис. 2.11. На этой схеме 1—генератор импульсного сигнала, подаваемого на светодиод 3 оптопары, 6—устройство, регистрирующее сигнал с фототранзистора, 4, 2 и 5—усилители входного и выходного сигналов. При изменении интенсивности отраженного от исследуемой поверхности светового потока меняется ток фотоприемника, что фиксируется регистрирующим устройством.

Среди трудностей схемной реализации подобных устройств следует назвать необходимость устранения влияния посторонней внешней засветки и обеспечения точной пространственной ориентации излучателя и фотоприемника. Положение во многом облегчается, если применить оптроны, у которых в качестве оптического канала используют волоконные световоды. Одним концом световоды пристыкованы к излучателю или фотоприемнику; срезы их других концов ориентированы таким образом, чтобы они могли служить чувствительным элементом схемы. Оптоэлектронные зонды этого типа могут использоваться, например, для исследования профиля поверхности, причем применение световодов малого диаметра позволяет регистрировать довольно «тонкие» изменения ее рельефа.

2.3.4. Другие применения оптронов

Как уже отмечалось в 2.2.2, диодные оптроны способны работать в режиме фотоэлементов, выступая в качестве изолированных источников э. д. с. и тока. Полное отсутствие гальванической связи с внешним источником питания дает возможность создавать устройства, обладающие высокой помехозащищенностью. Значение получаемой на выходе оптрона разности потенциалов составляет 0,3—0,4 В, однако батарейное соединение таких оптронов позволяет создавать маломощные источники питания с напряжением до 5 В и током 0,5—50 мА. К сожалению, к. п. д. оптрона, работающего в режиме фотоэлемента, не превышает 1%, хотя в некоторых случаях он может достигать 10—15%.

Введение положительной обратной связи между элементами оптопары позволяет получить устройства, обладающие S-образной вольт-амперной характеристикой. Подобные устройства называют регенеративными оптронами; вариант одной из возможных схем и ее вольт-амперная характеристика приведены на рис. 2.12. При малом напряжении на входе оптрона (рис. 2.12, а) и транзистор Т1, и сама оптопара заперты. После повышения входного напряжения до уровня, достаточного для открывания Т1, его коллекторный ток резко увеличивается, возбуждается излучатель оптопары. Возникающий при этом фототек приемника, в свою очередь, способствует еще большему отпиранию транзистора Т1; этот процесс приводит к возникновению на вольт-амперной характеристике всего устройства участка с отрицательной крутизной (рис. 2.12,б). Таким образом, регенеративные оптроны являются бистабилъными элементами (данному U₁ соответствуют два значения I₂) и поэтому пригодны для использования в качестве переключателей, усилителей, генераторов оптических и электрических колебаний.

В заключение следует упомянуть о приборах, в которых преобразование энергии происходит по схеме излучение — электрический сигнал — излучение. Примером подобного устройства может служить прибор, схема которого изображена на рис. 2.13.

Поток излучения Ф₁, попадая через стеклянную подложку 1 и прозрачный электрод 2 на слой фотопроводника 3 (например, CdS), вызывает изменение его сопротивления, в результате чего происходит перераспределение напряжения, подаваемого на прозрачные электроды 2 и 6, между освещенным участком фотопроводника и прилегающей к нему областью слоя ZnS — электролюминофора 5. Повышение напряжения на люминофорном слое сопровождается возрастанием яркости его свечения; возникающий при этом поток излучения Ф₂ выходит сквозь стеклянную пластину 7. Для предотвращения оптической связи между слоями фотопроводника и электролюминофора в устройстве предусмотрен еще один непрозрачный слой 4. Амплитуда управляющего напряжения, яркость, контраст и цвет получаемого изображения зависят от химического состава люминофора и фотопроводника, от толщины их слоев. Подобные структуры могут быть использованы в качестве усилителей и преобразователей изображения (с их помощью можно, например, реализовать устройство, превращающее негатив в позитив, и наоборот), преобразователей инфракрасного излучения в видимое, когерентного— в некогерентное. Особый интерес вызывает применение для этих целей тонкопленочных устройств, обладающих большой яркостью, повышенной крутизной вольт-яркостной характеристики, хорошей разрешающей способностью.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают круг приборов, в которых используют оптроны, оптоэлектронные микросхемы и устройства. По мере совершенствования параметров оптронов этот круг все более расширяется.

Применение транзисторных оптопар в управлении силовыми цепями.

Применение транзисторных оптопар в управлении силовыми цепями.

Транзисторные оптопары находят преимущественное применение в аналоговых и ключевых коммутаторах сигналов, схемах согласования датчиков с измерительными блоками, гальванической развязки в линиях связи, оптоэлектронных реле, коммутирующих большие токи.

Мощное полупроводниковое реле.

Схема мощного полупроводникового реле с солидным током нагрузки и транзисторной оптопарой в качестве развязывающего элемента в цепи управления изображена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема мощного реле.

Включение реле происходит по команде логического устройства на микросхемах, в выходную цепь которого включен светодиод оптопары. Управляющая схема усиливает сигнал и подает его на управляющий электрод симметричного тиристора в момент прохождения синусоидального питающего напряжения через нуль. Последнее требование объясняется тем, что включение мощного тиристора на пике синусоиды или вблизи его вызывает сильные высокочастотные помехи, которые могут быть причиной сбоев и отказов располагающейся рядом аппаратуры. Так как командный сигнал может поступать в любой момент времени, то схема содержит узел, задерживающий включение тиристора до момента перехода питающего напряжения через нуль. Выпрямленный диодами VD3-VD6 переменный ток проходит через резистор R2 и стабилитрон VD1 с напряжением стабилизации 30В. Пульсирующее напряжение на коллекторе фототранзистора не превышает 30В. Транзистор VT1 поддерживается в открытом состоянии в течение почти всего полупериода напряжения питания, закрываясь лишь на короткий от резок времени, соответствующий мгновенным значениям питающего напряжения от 0 до 25В. Если сигнал управления приходит в максимуме напряжения питания, то в это время транзистор VT1 открыт и положительный, сигнал, поступивший с выхода транзисторной оптопары, включает составной транзистор VT2, VT3. Лишь при достижении мгновенного значения амплитуды питания до 25В, когда запирается VT1, составной транзистор включается. В коллекторной цепи VT3 появляется сигнал, достаточный для отпирания симметричного тиристора.

Схема замыкающего и размыкающего реле.

На рис. 2 и 3 показаны разновидности полупроводниковых реле с гальванической развязкой управляющих схем от выходной цепи.

Нормально разомкнутое реле служит для управления постоянным током. Логический сигнал включает транзисторную оптопару, что вызывает последовательное включение транзисторов VT2, VT2 и коммутацию рабочей нагрузки.

 

Рис. 2. Схема замыкающего реле.

На рис. 3 приведена схема аналогичного нормально замкнутого реле. В этой схеме при приходе управляющею сигнала производится выключение рабочей нагрузки.

 

Рис. 3. Схема размыкающего реле.

 

 

Транзисторные оптопары

Как правило, в этих оптопарах используются планарные фототранзисторы со структурой n-p-n на основе кремния и GaAs излучающие диоды. Конструктивно излучающий диод расположен таким образом, что вся энергия излучения направлена на базовую область транзистора. Если вывод базы фототранзистора оставить свободной, то будет иметь место режим с оборванной базой.

В этом случае генерированные в базе носители разделяются коллекторным переходом, образуя первичный фототок . Фотодырки, оставшиеся в базе, заряжают ее положительно и подсмещают эмиттерный переход в прямом направлении. При этом эмиттер начинает инжектировать в базу электроны. Большая часть этих электронов проходит в коллектор, а другая часть рекомбинирует в базе с фотодырками и дырками, образующими обратный ток коллекторного перехода.

При этом должно выполняться условие электрической нейтральности базы:

.

С другой стороны, коллекторный ток состоит из трех составляющих:

.

Подставляя значение , получим:

,

т.е. фототок является управляющим током базы и усиливается в раз.

Однако такой режим характеризуется высокой температурной нестабильностью, связанной с протеканием сквозного тока , который экспоненциально зависит от температуры. Поэтому между выводом базы фототранзистора и его эмиттером рекомендуется включать внешний резистор МОм. Он повышает температурную стабильность характеристик оптопар, но одновременно снижает фоточувствительность приемника.

Параметры структуры фототранзистора обычно не оптимальны для выполнения усилительных функций. Для достижения высокой фоточувствительности фототранзистор имеет толстую базу и развитую площадь коллекторного перехода при малой площади эмиттера. Поэтому не превышает нескольких десятков, и одиночный фототранзистор не в состоянии компенсировать потери в излучающем диоде и оптической среде. В то же время фототранзистор имеет более сложную структуру, чем фотодиод, поэтому процессы накопления и рассасывания неравновесных носителей в нем более длительные, что определяет на порядок меньшее быстродействие транзисторных оптопар по сравнению с диодными.

Выходные характеристики этих оптопар качественно не отличаются от выходных ВАХ транзисторов в схеме с общим эмиттером.

Следует отметить, что передаточная характеристика с увеличением входного тока становится нелинейной, что определяется зависимостью усилительных свойств транзистора от уровня коллекторного тока.

Для увеличения в транзисторные оптопары вводят составные транзисторы. Это позволяет увеличить до 5000 %. Однако при этом значительно снижается быстродействие и ухудшается температурная стабильность.

Вообще диодные и транзисторные оптопары характеризуются добротностью, которая определяется так:

.

Наиболее быстродействующими оптопарами с достаточно высоким являются диодно-транзисторные оптопары, в которых функции генерации и усиления фототока разделены. В некоторых оптопарах фотоприемник состоит из фотодиода и усилительного транзистора, а в других он содержит фотодиод и составной транзистор, включенный по схеме Дарлингтона.

Схемотехническая гибкость транзисторных оптопар проявляется в том, что током нагрузки можно управлять как по цепи излучателя (оптически), так и по базовой цепи фототранзистора (электрически), а также в том, что их выходная цепь может работать в линейном и в ключевом режимах. Это выгодно отличает транзисторные оптопары от других типов оптопар. Транзисторные оптопары находят применение в аналоговых и ключевых коммутаторах сигналов, схемах согласования всевозможных датчиков с измерительными устройствами, для гальванической развязки в линиях связи, в качестве оптоэлектронных реле и др.

В фотогальваническом режиме внешнее напряжение к переходу не прикладывается, и он работает как генератор фото ЭДС (рис. 4.6).

Рис. 4.6.

При холостом ходе неравновесные фотоносители, переброшенные внутренним полем ООЗ в противоположные p- и n-области, не смогут уходить во внешнюю цепь и заряжают область n отрицательно, а область р положительно. В результате на внешних контактах p-n перехода появляется некоторая разность потенциалов, которую называют напряжением фото ЭДС. Эта фото ЭДС снижает высоту потенциального барьера и способствует появлению потока основных носителей, образующих диффузионный ток I_диф. При Ф=const фото ЭДС U_фо становиться равной такой величине, при которой I_диф = I_ф(Ф).

=I_ф(Ф

Из этого выражения можно определить

.

В фотодиодном режиме фотодиод работает при обратном смещении на переходе (рис. 4.5).

Рис. 4.5

При этом все разделяемые фотоносители уходят во внешнюю цепь фотодиода, увеличивая его тепловой ток I₀ на величину фототока I_ф(Ф). Следует отметить, что сумма этих токов не зависит от величины обратного приложенного напряжения и определяется лишь освещенностью p-n перехода.

.

При работе p-n перехода в качестве фотоприемника последовательно с ним включается нагрузочное сопротивление, на котором выделяется полезный выходной сигнал.

Транзисторные оптопары | Техника и Программы

по сравнению с диодными, за счет внутреннего усиления обладают большей чувствительностью

Рис. 4. Расположение выводов и внутренняя структура транзисторных оптопар

(необходим меньший управляющий ток). У них допустим и больший выходной ток, что позволяет во многих случаях при передаче сигналов обойгись без дополнительных последующих каскадов усиления, чго удобно. Видимо, поэтому транзисторные оптопары чаще всего применяются в радиоаппаратуре.

Рис. 4. Продолжение

Несмотря на то, что инерционность транзисторных оптопар выше, чем у диодных, для многих применений она оказывается вполне допустимой. А для повышения быстродействия таких компонентов разработчики придумали простой способ, реализованный при изготовлении некоторых оптопар. Он заключается в объединении в одном корпусе фотодиода и обычного транзистора, как это показано для оптопар 6N135, 6N136 (рис. 4). Фактически получается диодная оптопара с однотранзисторным внутренним усилителем. Такие компоненты применяютдля скоростной (до 1 Мбит/с) передачи цифровых сигналов.

Коллекторным током оптотранзистора можно управлять не только оптически (током через ИК-диод), но и электрическим сигналом по базовой цепи (если такой вывод имеется). При этом выходная цепь может работать в линейном или ключевом режиме. Схемы включения транзистора обычно применяются с общим эмиттером или общим коллектором.

Транзисторы, входящие в оптроны, бывают низковольтными, допускающими напряжение эмиттер-коллектор до 30 В (в полно-

Таблица 6. Основные параметры распространенных транзисторных оптопар

Продолжение табл. 6

Окончание табл. 6

Примечание к таблице

1.         Следуетучитывать, что в таблице указана типовая величина времени переключения иунекоторыхзкземпляров значение можетбыть выше в 3…5 раз.

2.         В таблице для Ki (CTR) указана минимальная допустимая величина и для многихприборов значение можетбыть большевЗ… Юраза.

стью открытом состоянии на них будет 0,25…0,5 В), и высоковольтные, способные работать с 11кэ > 80 В (в полностью открытом состоянии у них будет падение напряжение от 1 до 7 В, в зависимости оттипа). Чем больше максимально допустимое напряжение, на которое рассчитан прибор, тем больше и остаточное напряжение при насыщении.

В табл. 6 приведена справочная информация только по оптро- нам, которые выпускаются в популярныхпластмассовых DIP-корпу- cax (иногда эти корпуса называют PDiP). В таблицах применяются обозначения:

UcE — напряжение коллектор-эмиттер, В;

TonAoF — время включения и выключения (типовое), характеризует быстродействие элементов.

Наиболее популярны среди производителей электронных устройств оптопары серий 4Nxx, 6Nxxx, PC8xx, SFH6xx, HCPL-xxxx и др. Особенности и возможные варианты эквивалентной замены транзисторных оптронов разных производителей указаны в табл. 7. Обратная замена не всегда возможна, так какуказанные эквиваленты были разработаны позже и часто имеют лучшие характеристики.

Таблица 7. Варианты замены транзисторных оптронов

Продолжениетабл. 7

Основной тип	Полные зарубежные аналоги (отечественный вариантаналога)	Корпус	Особенности выхода
MOC8113	TLP632(GB), 0РТ06Ю	DlP-6	1 канал без вывода базы_
MOC8204	TLP371	DIP-6	1 канал
MOC8205	TLP371	DIP-6	1 канал
MOC8206	TLP371	DlP-6	1 канал
CNYt7-t	LTV702VA, PC702VA, CNY17-2, K102P2	DIP-6	1 канал
CNY17-2	LTV702VB, PC702VB, CNY75A, TLP535-2________	DIP-6	1 канал
CNY17-3	LTV702VC, PC702VC, CNY75B, TLP535-3________	DIP-6	1 канал
CNY17-4	LTV702VD, PC702VD, CNY17-4, CNY75C, TLP535-4	DIP-6	1 канал
CNX36	PC703VB, TLP631, CQY80N	DIP-6	1 канал
PC725V	LTV725V, MCA11G, h21G, TLP371, IL66_____	DIP-6	1 канал со схемой Дарлингтона
PC810	PS2701-1, PS2561-1, PS2701-1________	DIP-4	1 канал без вывода базы_
PC812	PS2701-1, PS2561-1	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC813	LTV814, TLP520GB, TLP620, PS2705-1, PS2565-1________	DIP-4	1 канал без вывода базы_
PC814	LTV814, TLP520GB, TLP620, PS2705-1, PS2565-1, KB814	DIP-4	1 канал без вывода базы _
PC815	LTV815, TLP523, TIL197, ISP815, PS2502-1, PS2702-1, PS2502-1, KB815_	DIP-4	1 канал со схемой Дарлингтона
PC816	LTV816, TLP321, PS2701-1, PS2561-1,KB816_	DIP-4	1 канал без вывода базы_ ______
PC817	LTV817, TLP521-1, TLP621, SFH618, PS2701-1, PS2561-1, KB817, (АОУ174)________	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC818	TLP621, PS2701-1, PS2561-1	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC824	LTV824, TLP620-2, PS2505-2, KB824 __________	DIP-8	2 канала

Окончание табл. 7

Основной тип	Полные зарубежные аналоги (отечественный вариант аналога)	Корпус	Особенности выхода
PC825	LTV825, ILD30, TLP523-2, PS2502-2, KB825_	DIP-8	2 канала со схемой Дарлингтона__
PC826	LTV826, TLP321-2, PS2501-2, PS2561-2_______	DIP-8	2 канала
PC827	LTV827, TLP621-2, K827P2, PS2501-2, PS2561-2_______	DIP-8	2 канала
PC844	LTV844, TLP620-4, ISP844, PS2505-4, KB844, OPTQ164	DIP-16	4 канала
PC845	LTV845, ILQ30, ISP845, PS2505-4, KB845, OPTQ162	DIP-16	4 канала со схемой Дарлингтона
PC846	PS2501-4, KB846	DIP-16	4 канала
PC847	LTV847, TLP521-4, K847P2, ILQ621, ISP847, PS2501-4, KB847, OPTQ161	DIP-16	4 канала

Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.

Что такое оптопара и как она работает?

Если вы когда-либо разбирали зарядное устройство для телефона или импульсный блок питания, вы найдете несколько крошечных черных корпусов микросхем с необычным количеством контактов, в основном четыре или шесть, как в SMD-исполнении, так и в вариантах с сквозным отверстием. Что еще более необычно, так это то, что эти части обычно находятся над изоляционными пазами и зазорами, что делает их назначение более загадочным.

Эти компоненты называются оптопарами или оптоизоляторами или просто оптопарами , и они выполняют важную функцию передачи сигналов между изолированными секциями схемы.Они используют свет для передачи сигналов между цепями.

Что такое оптопара и как она работает

Как мы уже узнали о транзисторах, идеальный транзистор не позволит току проходить через него, если базовый вывод не срабатывает. Но если вам аккуратно удастся отсоединить обычный дискретный транзистор и подать напряжение на выводы коллектора и эмиттера, вы заметите, что крошечный ток все еще течет! Это из-за света, падающего на основание открытого кристалла транзистора.

Это означает, что фотоны света действительно способны выбивать дырки и электроны в легированном полупроводниковом материале. Это приводит к некоторым очень интересным возможностям, первая из которых — это фототранзистор, в основном двухконтактный транзистор без вывода базы. Они очень похожи на диоды и поставляются в прозрачных корпусах. Здесь свет действует как базовый ток. Фотодиоды работают очень похожим образом; они меняют свое «сопротивление» в зависимости от количества падающего на них света.

Фотодиоды и транзисторы используются в таких устройствах, как датчики приближения, которые обнаруживают небольшие изменения напряжения или тока на этих устройствах в зависимости от количества падающего на них света.

Если мы можем поместить светодиод и фототранзистор в закрытую трубку, свет, исходящий от светодиода (конечно, при условии, что он правильно управляется), загорится «основание» фототранзистора и сделает его проводящим. Это оставляет нам устройство, которое может управлять переключающим элементом без какого-либо физического контакта! Такое устройство уже существует, и, как вы уже догадались, это оптрон !

Входы и выходы оптопары Оптопары

бывают разных форм, размеров и скоростей (об этом мы поговорим позже), но большинство из них имеют одни и те же базовые характеристики — диодный вход и выход переключающего элемента.

Диод очень похож на любой другой светодиод, за исключением того факта, что вы не можете видеть свет (во-первых, потому что он находится в герметичной пластиковой упаковке, а во-вторых, потому что он в основном инфракрасный). Он требует, чтобы его приводили в действие те же токи и напряжения, которые требуются для обычных светодиодов, а именно несколько вольт и несколько десятков миллиампер.

Приведенная ниже анимация поможет вам понять принцип работы. Используемая здесь оптопара — это микросхема фототранзистора MCT2E. Как видите, логический вход светодиода управляет выходом транзистора.В этой ИС сторона выхода состоит из транзистора, но так должно быть в каждом случае.

Сторона выхода фототранзистора немного интереснее, потому что обычно она состоит из транзистора типа NPN, как показано выше, но иногда это также может быть SCR или TRIAC, а иногда даже полностью совместимый с логикой выход!

Следует помнить одну важную вещь: поскольку база в основном управляется светом, «базовый ток» очень, очень низкий — вы не можете ожидать полного насыщения от этих типов транзисторов, а поскольку базовый ток очень мал, время подъема и спада часто очень медленное, как я узнал на собственном горьком опыте.Конечно, доступны оптические устройства с логическим выходом (и согласованием скоростей), но для выходной стороны требуется отдельный источник питания.

Хорошая особенность опто-выхода заключается в том, что, поскольку он полностью гальванически изолирован от входной стороны, он может плавать при любом напряжении — или, другими словами, он действует как плавающий «переключатель», хотя и не очень хороший.

Например, вы можете разместить транзисторный выход на стороне низкого уровня и добавить подтяжку к коллектору, чтобы, когда диод горит, транзистор проводит и подтягивает коллектор к низкому уровню.Вы также можете разместить транзистор на стороне высокого напряжения с резистором между эмиттером и землей выхода, чтобы, когда на входе высокий уровень, на выходе эмиттера тоже был высокий уровень.

Но будьте осторожны, большинство обычных оптопаров имеют высокое напряжение насыщения из-за ограниченного базового привода, иногда порядка 1 Вольт!

Из-за своей низкой скорости обычные оптопары используются как часть контуров обратной связи источника питания с дополнительным бонусом в виде полной изоляции.

Как вы уже догадались, optos не может делать то, что могут делать трансформаторы — обеспечивать питание.В то время как трансформатор может питать изолированные схемы, с помощью современных технологий мы не можем эффективно передавать энергию через свет.

Но оптопары делают то, что не могут сделать трансформаторы, — очень эффективно и очень быстро передавать сигналы между цепями, без необходимости использования отдельных драйверов. Мы можем подключить вход оптического сигнала непосредственно к выводу микроконтроллера, но мы не сможем сделать то же самое для сигнального трансформатора!

Практические советы по оптопарам

Для всех «медленных» целей: i.е. Сигналы порядка нескольких килогерц, я рекомендую использовать PC817, очень распространенный одиночный оптоискатель, который поставляется в корпусе DIP4 или SMD. Подайте на вход не менее 5 мА.

Для более высоких скоростей я рекомендую TLP117, который имеет инвертированный логический выход, но требует питания 5 В на выходной стороне. Я получил 10 микросекундных импульсов из этого, что должно рассказать вам кое-что о его скорости!

Каким бы незначительным это ни казалось, если вы прочтете всю таблицу, вам лучше на самом деле это сделать.

Прочие устройства с оптической связью

Основываясь на той же технологии, мы находим ряд полезных устройств — опто-тиристоров и опто-тиристоров . Опто-TRIAC более известны как твердотельные реле или SSL. Они в основном действуют как обычные реле, но используют свет для срабатывания TRIAC с горячей стороны, который потребляет намного меньше тока, чем катушка реле.

Одним из недостатков является то, что полупроводниковые устройства имеют тенденцию закорачиваться при отказе, в то время как электромеханические реле не размыкаются.Об этом следует помнить при работе с критически важными приложениями.

Оптические тиристоры , с другой стороны, обычно используются для запуска тиристоров большей мощности по изолированному сигналу.

Оптопары

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите работу фототранзистора
• Опишите типичное использование фотоэлементов.
• Опишите преимущества и недостатки различных оптопар:
• • Типы фототранзисторов.
• • Типы фотодиодов.

Оптоустройства и фототранзисторы

Рис. 5.0.1 Транзисторные оптопары

и оптические датчики

Оптопары или оптоизоляторы, состоящие из комбинации инфракрасного светодиода (также IRED или ILED) и чувствительного к инфракрасному излучению устройства, такого как фотодиод или фототранзистор, широко используются для передачи информации между двумя частями схемы, которые работают на очень низком уровне. разные уровни напряжения.Их основная цель — обеспечить электрическую изоляцию между двумя частями цепи, повышая безопасность пользователей за счет снижения риска поражения электрическим током и предотвращая повреждение оборудования из-за потенциальных коротких замыканий между выходными цепями с высокой и низкой энергией.

Они также используются в ряде сенсорных приложений для определения присутствия физических объектов.

Транзисторные оптопары

В устройствах, показанных на рис. 5.0.1, в качестве чувствительных элементов используются фототранзисторы, поскольку они во много раз более чувствительны, чем фотодиоды, и поэтому могут создавать более высокие значения тока на своих выходах.

Пример 1 на рис. 5.0.1 иллюстрирует простейшую форму оптической связи, состоящую из инфракрасного светодиода (с прозрачным пластиковым корпусом) и инфракрасного фототранзистора с черным пластиковым корпусом, который защищает фототранзистор от света в видимом спектре, в то время как пропускание инфракрасного света. Обратите внимание, что у фототранзистора есть только два соединения, коллектор и эмиттер, а входом в базу является инфракрасный свет.

Примеры 2 и 3 на рис. 5.0.1 представляют собой типичные оптопары, широко используемые в качестве датчиков положения и приближения, они используются как оптически активируемые переключатели и более подробно описаны в Модуле 5.4.

Рис. 5.0.2 Оптрон 4N25

Пример 4 на рис. 5.0.1 представляет собой оптрон 4N25 в 6-контактной интегральной схеме DIL от Vishay. Он использует выходной фототранзистор с базовым соединением, который также подключается к внешнему выводу для подключения внешней схемы, если это необходимо. Это позволяет приложить к оптрону смещение постоянного тока, чтобы транзистор не вырабатывал ток при очень низких уровнях освещенности. Смещение фототранзистора также может позволить использовать его с такими сигналами, как аналоговый звук, как описано в Модуле 5.3. В этом случае соединение эмиттера можно оставить неподключенным, а соединение базы использовать в качестве выхода, тогда переход коллектор / база выходного фототранзистора работает как фотодиод, значительно увеличивая частотный диапазон оптопары, но за счет значительного уменьшения доступной амплитуды сигнала на выходе. 4N25 может также работать как цифровой оптрон с входами логической 1 и логического 0. Изоляция между входом и выходом на 4N25 составляет минимум 5,3 кВ.

Пример 5 на рис.5.0.1 — это четырехконтактный одноканальный оптоизолирующий чип PC817 от Sharp, в котором используется встроенный инфракрасный светодиод и фототранзистор, обеспечивающий выходной ток до 50 мА и обеспечивающий гальваническую развязку до 5 кВ. Он также доступен в 2-х, 3-х и 4-х канальных версиях.

Рис. 5.0.3 Базовая структура фототранзистора

Фототранзисторы

На рис. 5.0.3 показана основная структура фототранзистора. Его работа аналогична работе фотодиодов, описанных в Модуле 2 диодов.7. Однако, поскольку преобразование света в ток происходит в транзисторе, крошечный ток, создаваемый определенным уровнем фотонного входа в базу, может быть усилен для создания тока коллектора в 200 или более раз, в зависимости от h _fe. транзистора, что делает фототранзистор намного более эффективным, чем фотодиод. Однако из-за большой площади перехода (и, следовательно, гораздо более высокой емкости перехода) фототранзистора его отклик на высоких частотах плохой, а время переключения составляет намного медленнее по сравнению с фотодиодом.Кроме того, взаимосвязь между изменениями входящего света и изменениями выходного напряжения не такая линейная, как в фотодиодах. Следовательно, фототранзисторы, хотя и менее полезны, чем фотодиоды для высокочастотной передачи данных, широко используются в управлении такие приложения, как оптопары / изоляторы и датчики положения.

Фототранзистор Работа

В фототранзисторе свет в форме фотонов собирается в базовом слое, который занимает большую часть видимого окна на верхней поверхности устройства, как показано на рис. 5.0.3. Таким образом, площадь излучателя уменьшается в размере, чтобы максимально увеличить поглощение света в основании.

Преобразование между фотонами и током происходит в основном в области истощения вокруг PN перехода база / коллектор, где фотоны, поглощенные через антиотражающий слой в базовом слое, вытесняют электроны, создавая пары электрон / дырка аналогично тому, как на фото диоды, но теперь свободные электроны, созданные этим процессом, являются источником тока базы транзистора и теперь усиливаются на величину, равную h _fe транзистора.

Коллектор типа N непосредственно под слоем обеднения имеет более высокое сопротивление, чем слой N + рядом с выводом коллектора. Из-за этого более высокого сопротивления вблизи PN-перехода существует большой градиент напряжения в коллекторе рядом с переходом база / коллектор. Это обеспечивает более высокое положительное напряжение вблизи обедненного слоя, чтобы притягивать и ускорять отрицательно заряженные электроны в обедненном слое к выводу коллектора.

Однако по сравнению с фотодиодами фототранзисторы имеют некоторые недостатки; их реакция на различные уровни света не настолько линейна, что делает фототранзисторы менее подходящими, чем фотодиоды, для точного измерения освещенности.

Хотя фототранзисторы могут использоваться для обнаружения источников света в видимом спектре света, они наиболее чувствительны к длинам волн в ближнем инфракрасном диапазоне от 800 до 900 нм и чаще всего используются с источниками инфракрасного излучения, такими как светодиоды, излучающие инфракрасное излучение (также называемые IRED или ILED) в качестве источника света.

Фототранзисторы обычно не так быстро, как фотодиоды, реагируют на резкие изменения уровня освещенности. Например, время, необходимое для того, чтобы выходной сигнал фототранзистора изменился от 10% до 90% в ответ на внезапное изменение уровня света на входе, может составлять от 30 до 250 мкс, тогда как у высокоскоростных фотодиодов время нарастания и спада может быть минимальным. как 20ps (пикосекунды) или меньше.Производители обычно указывают эти цифры для времени нарастания (t _r ) и времени спада (t _f ) при определенных условиях температуры и тока коллектора.

Основная причина гораздо более медленного отклика в фототранзисторах связана с гораздо большей площадью перехода база / коллектор и тем фактом, что емкость, которая существует на этом переходе, еще больше увеличивается за счет «эффекта Миллера», который вызывает емкость перехода должна увеличиваться за счет усиления по току (h _fe ) транзистора.На практике это означает, что чем более чувствителен транзистор (т. Е. Чем больше площадь базы) и / или чем выше коэффициент усиления по току транзистора, тем больше будет время нарастания и спада. По этим причинам фототранзисторы в основном используются для коммутации постоянного или низкочастотного переменного тока.

Рис. 5.0.4 Подключение фототранзистора

Соединения на фототранзисторах

Фототранзисторы

доступны в нескольких формах, таких как NPN (рис. 5.0.4a) или PNP (рис. 5.0.4b). Многие фототранзисторы имеют соединения только для эмиттера и коллектора, поскольку вход базы обеспечивается светом; однако для некоторых типов предусмотрено базовое соединение (рис. 5.0.4c).

Также доступны фототранзисторы Дарлингтона

(рис. 5.0.4d); Использование конфигурации транзисторов с парой Дарлингтона дает еще больший коэффициент усиления по току.

При низком уровне освещенности или даже при отсутствии света фототранзисторы могут производить небольшой ток из-за случайных столкновений в обедненном слое.Применение базового смещения, как показано на рис. 5.0.4e, может иметь эффект предотвращения этого «темнового тока», таким образом уменьшая эффект случайного шума и обеспечивая более четко определенный уровень включения / выключения выходного тока.

Оптопары

имеют множество применений и доступны во многих различных типах, несколько примеров показано на рис. 5.0.5. Используйте номера типов для поиска таблиц данных и используйте их для определения цели каждого дизайна.

Рис. 5.0.5 Примеры оптопары

Начало страницы

Как работает оптопара | ЭлектроникаBeliever

Что такое оптопара? Как работает оптопара? Это лишь некоторые из вопросов, которые у меня возникли до знакомства с этим устройством. Оптопара или Оптопара или Оптопара — это электронное устройство (полупроводник), которое обычно используется для изоляции сигналов, таких как первичная и вторичная обмотки импульсного источника питания. Его входная цепь представляет собой источник света, который обычно представляет собой светоизлучающий диод (LED). С другой стороны, его выходная цепь представляет собой фототранзистор. Фототранзистор — это тип транзистора, который обнаруживает свет, чтобы установить рабочую точку. Если обычному BJT необходим базовый ток для работы, этому устройству требуется соответствующая интенсивность света для установления передачи тока от входа к выходу.Интенсивность света зависит от прямого тока, подаваемого на источник света (светодиод). Некоторые люди называют источник света входной цепи эмиттером, а детектором выходной цепи или фототранзистором.

Рис. 1: На рисунке выше показана типичная схема ввода / вывода. Нижний рисунок — схематический символ оптрона.

Ток, который следует учитывать во входной цепи, — это прямой ток или ток светодиода при токе коллектора для выходной цепи.Прямой ток и ток коллектора связаны друг с другом через CTR; сокращение от текущего передаточного отношения. Собственно на вопрос, как работает оптопара, можно ответить, ознакомившись с уравнением CTR. CTR определяется как отношение тока коллектора к прямому току, как показано ниже

.

Ур. 1

(поскольку бета-версия BJT = Ic / Ib).

То же самое с BJT, optos может работать в режиме отсечки, насыщения и в линейном режиме.При отключении устройство просто не работает. Нет достаточного тока, чтобы светодиод загорелся и установил рабочую точку. Напряжение коллектор-эмиттер будет таким же, как и уровень питания коллектора, если обратиться к вышеуказанной схеме.

При работе в области насыщения ток коллектора больше не может увеличиваться, несмотря на увеличение прямого тока. За это время уравнение. 1 больше не подходит для вычисления тока коллектора. Ток коллектора будет зависеть только от выходной цепи.Напряжение коллектор-эмиттер будет равно напряжению насыщения устройства. В насыщении коллекторный ток указанной схемы равен

.

VCEsat очень мал, поэтому ограничивающим фактором тока является только резистор коллектора Rc.

В линейном режиме, с другой стороны, ток коллектора всегда будет следовать за прямым током с постоянным коэффициентом, который является CTR устройства, указанным в таблице данных. При этой операции напряжение коллектор-эмиттер меньше, чем питание коллектора, но выше, чем напряжение насыщения устройства.Ток коллектора для указанной выше схемы можно выразить как

.

В отличие от BJT, который учитывает три тока; База, коллектор и эмиттер тока у оптопары всего два. Это только прямой и коллекторный ток. Прямой ток — это уровень тока, необходимый для установления достаточной силы света. Чем выше прямой ток, тем ярче свет и выше CTR. Однако должен быть предел.Слишком высокий прямой ток, который приводит к высокой интенсивности света, сокращает срок службы оптопары. Чтобы узнать больше о том, как продлить срок службы оптопары, прочтите это.

Коллекторный ток — это ток, который течет к коллектору и эмиттеру фототранзистора. В BJT ток эмиттера и коллектора — это разные параметры, но в оптопаре эти два параметра одинаковы. Это потому, что нет электрического соединения между базой-эмиттером или базой-коллектором.Это делает анализ простым и понятным.

Оптопара

очень полезна в цепи обратной связи импульсного источника питания. Его роль — обеспечить изоляцию между выходом и входом, поскольку у них разные заземления. Чтобы получить подробное объяснение того, как анализировать оптопару в сети обратной связи, щелкните здесь. Оптопара также может использоваться для изоляции цифрового сигнала от сигналов питания, чтобы избежать ложного срабатывания.

Связанные

Как работают оптопары — инженерное мышление

Узнайте об оптопарах.В этой статье мы рассмотрим, как они используются для управления цепями, как они работают, а также как разработать несколько простых схем оптопары, чтобы показать принцип работы.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть руководство YouTube.

Что такое оптопара?

Оптопары

— это встроенные электронные компоненты, которые выглядят примерно так.

Они также известны как оптоизоляторы, оптические изоляторы и оптопары. В этой версии у нас есть основной корпус с 4 контактами.Контакт 1 — анод, контакт 2 — катод, контакт 3 — коллектор, а контакт 4 — эмиттер.

У нас также есть небольшая круглая выемка в корпусе рядом с контактом 1, и мы используем его для идентификации различных контактов. На теле у нас тоже есть текст, это номер детали. Мы используем это, чтобы определить тип оптопары, а также найти техническое описание производителя.

Это устройство представляет собой твердотельное реле, которое соединяет две отдельные цепи. Первая цепь подключена к контактам 1 и 2, вторая цепь подключена к контактам 3 и 4.Это позволяет схеме 1 управлять схемой 2. Мы также можем использовать ее для передачи сигнала, но две схемы электрически изолированы друг от друга.

Почему это важно? Поскольку скачки напряжения и шум в одной цепи не разрушат и не нарушат работу другой цепи. Итак, наши схемы защищены. Они также позволят электронам течь только в одном направлении из-за полупроводниковых материалов внутри.

Таким образом, две цепи могут использовать разные напряжения и токи из-за разделения.Мы можем расширить возможности устройства, добавив другие компоненты, такие как транзистор, к выходу второй схемы. Это позволяет нам контролировать даже более высокие напряжения и токи и автоматизировать управление цепями.

Как это работает?

Существует несколько вариантов оптопар, но в этой статье мы остановимся на базовой версии фототранзистора. Когда мы смотрим на символ этой оптопары, мы видим, что слева есть светодиодный символ, а справа символ очень похож на транзистор, потому что это модифицированная версия транзистора, известного как фототранзистор.Клеммы называются коллектором и эмиттером, как и у обычного транзистора, за исключением того, что у нас отсутствует базовый вывод.

В нормальной транзисторной схеме есть главная цепь и цепь управления. Транзистор блокирует ток в главной цепи, поэтому свет не горит. Когда мы подаем небольшое напряжение на вывод базы, это включит транзистор и позволит току течь в главной цепи, поэтому загорится основной индикатор.

Кстати, мы подробно рассмотрели, как работают транзисторы в нашей предыдущей статье, нажмите ЗДЕСЬ.

Транзистор в оптроне работает немного иначе. Он также блокирует ток в главной цепи, но действует как приемник. Когда свет, излучаемый светодиодом, попадает на транзистор, он включается и позволяет току течь в главной цепи.

Итак, когда цепь 1 замкнута, светодиод загорается. Это пропускает луч света, который попадает на транзистор. Транзистор обнаруживает это и включается, позволяя току течь в цепи 2. Мы просто контролируем это, включая и выключая внутренний светодиод.Фототранзистор действует как изолятор, блокируя прохождение тока, если он не подвергается воздействию света.

Светодиод и транзистор заключены в корпус, поэтому мы не можем их видеть, но мы можем увидеть, как они работают с этими простыми схемами, которые мы создадим позже в этой статье.

Так как же светодиод включает транзистор? Внутри фототранзистора находятся разные слои полупроводниковых материалов. Есть N-тип и P-тип, которые зажаты вместе. Типы N и P изготовлены из кремния, но каждый из них был смешан с другими материалами, чтобы изменить их электрические свойства.Тип N был смешан с материалом, который дает ему много дополнительных, а также ненужных электронов. Они могут свободно перемещаться к другим атомам. Тип P был смешан с другим материалом, который имеет меньше электронов. Итак, здесь много пустого места, куда могут перемещаться электроны.

Когда материалы соединяются вместе, возникает электрический барьер, препятствующий течению электронов. Однако, когда светодиод включается, он излучает другую частицу, известную как фотон. Фотографии попадают в материал P-типа и выбивают электроны через барьер в материал N-типа.Электроны на первом барьере теперь также смогут совершать прыжок, и поэтому возникает ток. После выключения светодиода фотоны перестают сталкивать электроны через барьер, и ток на вторичной стороне прекращается.

Итак, мы можем управлять вторичной цепью, просто используя луч света.

Это работает из-за полупроводникового материала. В обычных проводах медь является проводником, а резина — изолятором. Электроны могут легко проходить через медь, но могут проходить через резиновый изолятор.Рассматривая базовую модель металлического проводника, мы видим, что ядро ​​в центре окружено множеством орбитальных оболочек, удерживающих электроны. Каждая оболочка содержит максимальное количество электронов, и электрону требуется определенное количество энергии для принятия в каждую оболочку, наиболее удаленные от ядра имеют наибольшую энергию.

Самая внешняя оболочка известна как балансовая оболочка, проводник имеет от 1 до 3 электронов в своей балансовой оболочке. Электроны удерживаются на месте ядром, но есть еще одна оболочка, известная как зона проводимости.Если электрон может достичь этой зоны проводимости, он может вырваться из атома и перейти к другим атомам.

У атома металла, такого как медь, оболочка валанса и зона проводимости перекрываются, поэтому электрону очень легко вырваться на свободу и перейти к другому атому. В случае изолятора самая внешняя оболочка упакована, и электрону практически не остается места для присоединения. Ядро плотно захватывает электроны, а зона проводимости находится далеко, поэтому электроны не могут добраться до нее, чтобы убежать.Следовательно, электричество не может проходить через этот материал. Однако полупроводник отличается: в его балансовой оболочке слишком много электронов, чтобы быть проводником, поэтому он действует как изолятор. Но зона проводимости довольно близка, поэтому, если мы предоставим электронам некоторую внешнюю энергию, некоторые электроны получат достаточно энергии, чтобы совершить прыжок в зону проводимости и стать свободными. Следовательно, полупроводник может действовать как изолятор, так и как проводник.

Светодиод контура 1 и LDR

В первой схеме, которую мы рассмотрим, используется светозависимый резистор и белый светодиод.LDR меняет свое сопротивление в зависимости от количества света, которому он подвергается. В темноте он имеет очень высокое сопротивление, при ярком свете — очень низкое сопротивление.

Этот белый светодиод рассчитан на 20 мА, если я подключу его к настольному источнику питания постоянного тока, мы увидим, что для достижения 20 мА требуется 3 В.

Когда я тестирую этот LDR, мы видим, что при тусклом свете его сопротивление составляет около 40 кОм. Когда я прячу его в руке, он составляет около 4 мегаом, а когда он полностью покрывается двумя руками, он составляет около 9 мегаом.Но когда я освещаю LDR белым светодиодом, его сопротивление составляет около 66 Ом. Если обхватить их пальцами, то сопротивление будет около 70 Ом.

Итак, в первичной цепи нам нужен белый светодиод с падением напряжения 3 В и потребляющий ток 0,02 А. Мы будем контролировать это с помощью переключателя и использовать батарею 9V для питания схемы. Резистор получается 9В, вычитая 3В для светодиода, получается 6В. Это будет падение напряжения на резисторе. Ток в цепи составляет 0,02 А, поэтому 6 В, разделенное на 0,02 А, составляет 300 Ом.

Теперь будет нормально работать при 0.02A, но я собираюсь использовать резистор немного большего номинала, чтобы уменьшить ток светодиода, это также немного снизит яркость светодиода. Я собираюсь использовать резисторы 330 Ом и 22 Ом, которые в совокупности образуют сопротивление 352 Ом. 6 В, разделенное на 352 Ом, составляет 0,017 А.

Я помещаю компоненты в схему, и это выглядит так. Ток будет течь по цепи, как это показано с использованием обычного тока. Когда я нажимаю переключатель, загорается светодиод.

На вторичной стороне у нас красный светодиод с падением напряжения 2В и током 0.02A, он включится, чтобы указать, что цепь работает. Мы размещаем LDR напротив белого светодиода, это обеспечит сопротивление примерно 70 Ом при воздействии света. Чтобы найти резистор для светодиода, нам просто нужно сделать 9V, вычесть 2V, что составляет 7V. 7 В, деленное на 0,02 А, составляет 350 Ом. 350 минус 70 Ом для LDR составляет 280 Ом. Вместо этого я собираюсь использовать два резистора на 150 Ом, что равняется 300 Ом. Итак, если LDR составляет 70 Ом, у нас есть сопротивление 370 Ом. 7 В разделить на 370 Ом равно 0.019A.

Итак, я размещаю компоненты на вторичной стороне схемы, и это выглядит так. Обратите внимание, что красный светодиод горит, это потому, что LDR получает окружающий свет из комнаты. Если вы возьмете изоленту, отрежьте несколько небольших кусочков и оберните их вокруг LDR и светодиода.

Блокирует окружающий свет в комнате, и светодиод не горит. Когда я нажимаю кнопку на первичной цепи, включается белый светодиод, при этом загорается свет на LDR, который включает красный светодиод на вторичной стороне.

Цепь 2 — Инфракрасный излучатель и приемник

Проблема с контуром 1 заключалась в том, что естественный свет активировал контур. Итак, мы будем использовать вместо этого инфракрасный излучатель и приемник для этой схемы.

На первичной стороне у нас есть инфракрасный излучатель, тот, который я использую, рассчитан на 30 мА, но я собираюсь использовать меньший ток, чем этот. Когда я тестирую светодиод, мы видим 1,2 В, он имеет ток 0,02 А. Итак, мы будем использовать это значение. Кстати, если вы посмотрите на это своим глазом, вы не увидите никакого света, потому что он инфракрасный, а люди не могут видеть инфракрасный, поэтому вы можете подумать, что он выключен, но это не так.Если вы воспользуетесь камерой телефона, вы увидите, что она действительно включена. Вы можете проверить это самостоятельно, используя пульт от телевизора, поскольку он также использует инфракрасный порт.

Итак, на первичной стороне у нас питание 9В, и инфракрасный светодиодный излучатель с падением напряжения 1,2В. Мы помещаем в цепь красный светодиод, чтобы указать, когда цепь активирована, просто потому, что мы не видим инфракрасное излучение. Это имеет падение напряжения 2 В и потребляемый ток 0,02 А, так что 9 В, вычитание 2 В, вычитание 1,2 В составляет 5,8 В. Сила тока в цепи будет равна 0.02A, то есть 5,8 В ÷ деленное на 0,02 А дает 290 Ом Ом. У меня нет резистора на 290 Ом, поэтому я буду использовать резисторы на 270 и 22 Ом. Это дает 292 Ом. 5,8 В, разделенные на 292 Ом, составляют 0,01986 А, так что это нормально. Мы также будем использовать переключатель, чтобы контролировать это.

Когда я подключаю компоненты в схему, это выглядит так. Когда я нажимаю переключатель, загорается красный светодиод, а инфракрасный светодиод излучает луч света.

На вторичной стороне у нас есть светодиод приемника, он рассчитан на 1.4 В и 30 мА. Мы включим красный светодиод на этой стороне, чтобы указать, когда цепь активирована. Он имеет падение напряжения 2 В и ток 0,02 А. Итак, у нас есть 9В на питании, вычтем 2В, вычтем 1,4В, получим 5,6В. 5,6 деленное на 0,02 А составляет 280 Ом. Я буду использовать 270 Ом и 10 Ом, чтобы получить требуемые 280 Ом.

Я помещаю эти компоненты в схему, и это выглядит так. Излучатель и приемник расположены напротив и в непосредственной близости. Когда я нажимаю переключатель, загорается основной красный светодиод, и излучатель направляет луч инфракрасного света на приемник.Приемник обнаруживает это и пропускает ток, поэтому красный светодиод вторичной стороны также включается.

Цепь 3 Оптопара Цепь.

В третьей цепи используется оптрон PC817.

На стороне входа используется внутренний светодиод, светодиод рассчитан на 1,2 В и 20 мА. Я могу подключить один к источнику питания постоянного тока и увидеть, что при 1,2 В ток составляет 0,02 А, поэтому мы будем использовать это значение. На стороне входа мы будем использовать переключатель для управления цепью и красный светодиод, чтобы указать, когда цепь активирована.Он имеет падение напряжения 2 В и ток 0,02 А. Таким образом, при напряжении питания 9 В из 9 В вычитается 2 В, при вычитании 1,2 В получается 5,8 В. 5,8 В, деленное на 0,02 А, составляет 290 Ом. Я собираюсь использовать резистор 270 Ом и резистор 22 Ом, чтобы получить 292 Ом. 5,8 В, разделенные на 292 Ом, составляют 0,01986 А, так что это нормально.

Я помещаю компоненты в печатную плату, и это выглядит так. Когда я нажимаю переключатель, загорается красный светодиод.

Для вторичной обмотки оптопара рассчитана на максимальный ток 50 мА.Мы просто собираемся использовать красный светодиод на вторичной обмотке, который имеет падение напряжения 2 В и ток 0,02 А. Вторичная сторона будет иметь питание 9 В с плюсом, подключенным к коллектору, а эмиттер, подключенным к минусу. Мы должны использовать резистор, иначе оптопара выйдет из строя.

Глядя на техническое описание производителя, мы видим диаграмму с коллекторным током v и напряжением коллектора-эмиттера. Ток коллектора составляет 20 мА от нашего красного светодиода. Итак, читая диаграмму, мы перемещаемся, пока не дойдем до линии 20 мА, это показывает, что напряжение коллектор-эмиттер составляет 2 В.

У нас есть питание 9В, поэтому 9В вычитает 2В для светодиода и 2В для эмиттера коллектора транзистора, получается 5В. 5 В, разделенные на ток коллектора 0,02 А, составляют 250 Ом. У меня нет резистора на 250 Ом, поэтому я буду использовать резисторы 100 Ом и 150 Ом, которые вместе образуют 250 Ом.

Я помещаю компоненты в схему, и они выглядят следующим образом. Вторичная сторона выключена, но, когда я нажимаю переключатель, загорается красный светодиод первичной стороны, включается светодиод внутри оптопары, и луч света попадает на внутренний фототранзистор, что позволяет току течь во вторичной стороне, поэтому вторичный красный светодиод теперь горит.

---

Оптоизолятор

— Можете ли вы и / или почему бы вам не заменить оптопары на транзисторы при работе с немного другим напряжением

У вас есть оптопары для передачи и приема. Сама по себе разница напряжений может быть решена с помощью резисторных делителей или простой транзисторной схемы, если требуется повышение напряжения.

Причина, по которой оптопары широко используются независимо от разницы напряжений, заключается в том, что они изолируют землю, а также для гальванической развязки.Возможно, вы слышали о «контурах заземления», в которых сигнал и / или заземление различных единиц оборудования не совпадают.

Некоторое оборудование имеет изолированное заземление, особенно если оно питается от настенной бородавки. Те, у кого изолированное заземление, могут иметь небольшие безопасные токи утечки, которые могут вызвать проблемы с каналами передачи данных, поэтому использование оптопар изолирует «землю», чтобы предотвратить образование контуров заземления.

Кроме того, оборудование, заземленное на землю, но находящееся в удаленных розетках переменного тока, может иметь достаточную разницу в токе заземления, чтобы вызвать шум в портах связи с прямой связью.Некоторые просят вас проложить отдельную сигнальную землю от устройства к устройству, чтобы избежать дрейфа общей «сигнальной» земли, которая часто имеет резистор среднего номинала, связанный с землей. Порты RS-232 и RS-485 (многоточечные) имеют сигнальное заземление, используемое всеми подключенными портами, хотя оно имеет заземление с высоким импедансом за счет использования достаточно высокого резистора, так что это только «статический» эталон.

Я работал с генераторами импульсных перенапряжений в течение 15 лет, чтобы имитировать удары молнии, и когда он давал импульс 27000 вольт при 20000 ампер, наш провод заземления, который шел к изолированному заземляющему стержню, имел в течение короткого времени (20 мкс) 1/2 от перенапряжения. напряжение на нем, или -13 500 вольт на нем.Осциллограф имел дифференциальные входы, и мы использовали пробники, рассчитанные на 75 кВ, но мы должны были использовать оптоизолятор на шине GPIB с компьютером, или мы могли поджарить карту GPIB в ПК. Изолятор мы установили после 2-х сгоревших карт GPIB. Иногда оптопары спасают оборудование от реальных повреждений.

Изоляторы | Оптоизоляторы — транзисторы, фотоэлектрические выходы

@ 5 мА 60430 50% 904 мА % При 5 мА @ 1 мА 904 мА

$ 0,76000

904-9038 —, Gull Wing SOP

TCLT1007CT-ND

TCLT1007DKR-ND

, Gull Wing СОП Visonyctor Seductor 1

, Gull Wing SOP 5 мА6 9000TR

1

6 9000TR

— 904 и Toshiba Storage Semiconductor

1

9044 9038 DC

ОПТОИЗОЛЯТОР 3,75 кВ TRANS 4-SSOP

$ 0,47000

106,473 — Immediate

Everlight Electronics Co.

1080-1197-2-ND 1080-1197-1-ND 1080-1197-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi -Reel®

Активный

1

3750Vrms

130% при 5 мА

260% при 5 мА

—

5 мкс, 3 мкс

пост.2V

50 мА

200 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Поверхностный монтаж

4-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

4-SSOP

OPTOISVOL 3.75KVATOR TRANS 4-SSOP

$ 0,49000

99,806 — Немедленно

Everlight Electronics Co Ltd

Everlight Electronics Co Ltd

1

92 1080-1198-2-ND 1-ND 1080-1198-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3750Vrms 50% при 5 мА

600% при 5 мА

—

5 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1.2 В

50 мА

200 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

4-SSOP

OPTOISOL 4-SMD

0,45000 долл. США

96,088 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc. 160-1893-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

5000Vrms

600% при 5 мА

—

4 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

35 В

50 мА

1.2V

50 мА

200 мВ

-30 ° C ~ 110 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISOLATOR 4 -75KOPVOPVOISOLATOR 4 -75KOPV

$ 0,49000

100,347 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc.

1

160-1337-2-ND 160-1337-1-ND 1337-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3750Vrms

—

4 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1.2V

50 мА

200 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

4-SOP

OPTOISOLATOR 4 -75KOPVOPVOISOLATOR 4 -75KOPV

$ 0,49000

52,193 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc.

1

160-1339-2-ND 160-1339-1-ND 1339-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3750Vrms

50% 904 мА % При 5 мА

—

4 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

35 В

50 мА

1.2V

50 мА

200 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SMD, крыло чайки

4-SOP

OPTOISO 3,75KV MIN TRANS

$ 0,59000

21068 — Немедленно

Isocom Components 2004 LTD

Isocom Components 2004 LTD

1

IS181DTR-ND

IS181DTR-ND 143 9181DC IS181DTR-ND 9181DK

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3750Vrms

300% при 5 мА

600% при 5 мА

— 434 — 4 3 мкс

DC

Транзистор

80V

50mA

1.2V

50 мА

200 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

—

OPTOISOLATOR 5KV90 OPTOISOLATOR 5KV90

8000 — Немедленно

Renesas Electronics America Inc

Renesas Electronics America Inc

1

559-1074-2-ND 559-1074-1-ND 559-1074-6 -ND

NEPOC

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

5000Vrms

50% @ 532 400mA

—

3 мкс, 5 мкс

DC

Транзистор

70 В

30 мА

1.2 В

30 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISOLATOR 3 4-кВ 5кВ

0,64000 долл. США

199,318 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc.

1

160-1891-2-ND 160-1891-1-ND 160-1891-1-ND 9000-1000 -6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

5000Vrms

20%

20% при 132 мА

—

4 мкс, 3 мкс

AC, DC

Транзистор

35V

50mA

1.2 В

50 мА

200 мВ

-30 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISOLATOR 3 4-KVV5

$ 0,55000

10,733 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc.

1

160-2036-2-ND 160-2036-1-ND 63 63 -6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

5000Vrms

20%

20% при 10032 мА 9038% @ 100 мА

—

4 мкс, 3 мкс

AC, DC

Транзистор

35V

80mA

1.4 В

150 мА

200 мВ

-30 ° C ~ 100 ° C

Крепление на поверхность

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISOLATOR 4-LSOP5KV

$ 0,56000

23,059 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

VOL618A-3TTR- VOL618A-3T-TR- VOL618A-3T-TR- VOL618A-3T-9T-

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

5000Vrms

100% при 1 мА

200 мА 6 мкс, 5.5 мкс

3,5 мкс, 5 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1,16 В

60 мА

400 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

, поверхностный монтаж Крыло чайки

4-SOP

OPTOISO 5KV TRANS W / BASE 6SMD

$ 0,61000

36,495 — Immediate

Limited

Limited 516-3205-2-ND 516-3205-1-ND 516-3205-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel ®

Активный

1

5000 В среднеквадр.

100% при 10 мА

200% при 10 мА

—

5 мкс, 5 мкс

.

пост.4V

60 mA

300mV

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, крыло Gull

6-DIP Крыло чайки

OPTOISOLAT

$ 0,64000

4,997 — Немедленно

Renesas Electronics America Inc

Renesas Electronics America Inc

1

559-1075-2-ND 559-1075-10003 559-1075 -1075-6-ND

NEPOC

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

5000Vrms

9038 80% 160% при 5 мА

—

3 мкс, 5 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1.17V

80 mA

300mV

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло Gull

4-SMD

OPTO SOISOLATOR 4-KV

$ 0,73000

4,960 — Немедленно

Broadcom Limited

Broadcom Limited

1

516-2892-2-ND 516-2892-2-ND 516-281692-192-6 -ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3000Vrms

80% при 5 мА

3 мкс, 3 мкс

2 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1.2V

50 мА

400 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

4-SO

ОПТОИЗОЛИСТОР 4-SO

0,72000 долл. США

10,566 — Немедленно

Broadcom Limited

Broadcom Limited

1

516-2895-2-ND -20003 5 -16-2895-2-ND 516-2895-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3000mAVrms

9038 50%

600% при 5 мА

3 мкс, 3 мкс

2 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

80 В

50 мА

1.2V

50 мА

400 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

4-SO

OPTOISOLATOR 3.75KVOLATOR TRANS 4SMD

$ 0,23380

4702 — Немедленно

Renesas Electronics America Inc

Renesas Electronics America Inc

3,500

559-1193-29- 559-1193-2-9-N ND 559-1193-6-ND

NEPOC

Лента и катушка (TR) Обрезанная лента (CT) Digi-Reel®

Активный

1

3750Vr При 5 мА

300% при 5 мА

—

3 мкс, 5 мкс

DC

Транзистор

40 В

80 мА

1.1 В

50 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISO3 975TON

2166 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc.

1

160-1331-2-ND 160-1331-1-ND 31-10002 6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

3750Vrms

1000% 904 —

100 мкс, 20 мкс

DC

Дарлингтон

300 В

150 мА

1.2 В

50 мА

1,2 В

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

4-SMD, крыло чайки

4-SOP

OPTOISOLATOR3 4-KVOP TRANS

$ 0,62000

46,881 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

TCLT10003 TCLT10003

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

5000Vrms

50% при 5 мА

600% при 5 мА

6 мкс,

6 мкс 3 мкс, 4.7 мкс

DC

Транзистор

70 В

50 мА

1,25 В

60 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SM

OPTOISOLATR 5KV ТРАНЗИСТОР 4-SOP

$ 0,62000

36693 — Немедленно

Division0003

Vishay Semiconductor

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

28

Active

При 5 мА

160% при 5 мА

6 мкс, 5 мкс

3 мкс, 4.7 мкс

DC

Транзистор

70 В

50 мА

1,25 В

60 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SM

OPTOISO 3,75 кВ 2CH TRANS 8-SOP

$ 0,76000

72,435 — Немедленно

9040

Everlight Electronics Ltd. -1200-2-ND 1080-1200-1-ND 1080-1200-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

2

3750Vrms

100% при 10 мА

200% при 10 мА

5 мкс, 4 мкс

1.6 мкс, 2,2 мкс

пост. 3,90 мм Ширина)

8-SOP

OPTOISOLATR 5KV ТРАНЗИСТОР 4-SOP

$ 0,62000

6,049 — Немедленно

6,049 — Непосредственно

— Немедленное

TCLT1003TR-ND TCLT1003CT-ND TCLT1003DKR-ND

—

Лента и катушка (TR) 9000 Dig2 Cut Tape (CT) 9000 Dig2 Cut Tape (CT) 9246 1

5000 В среднекв.

100% при 10 мА

200% при 10 мА

6 мкс, 5 мкс

3 мкс, 4.7 мкс

DC

Транзистор

70 В

50 мА

1,25 В

60 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SM

OPTOISO 3,75 кВ ТРАНЗИСТОР 4SMD

$ 0,73000

1,286 — Немедленно

onsemi

N4020003

N4020003 FODM121AR2DKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Обрезанная лента (CT) Digi-Reel®

Активный

1

37504Vrms 100

—

3 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

80 В

80 мА

1.3 В (макс.)

50 мА

400 мВ

-40 ° C ~ 110 ° C

Монтаж на поверхности

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

OPTOISOLATR 5- SOP

$ 0,66000

40869 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

5000Vrms

80% @ 5mA

300% @ 5µmA

3 мкс, 4.7 мкс

AC, DC

Транзистор

70 В

50 мА

1,25 В

60 мА

300 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, Gull 9038, Gull 4-SOP (2,54 мм)

OPTOISO 3.75KV TRANS 6-SO 4 LEAD

$ 0,85000

26236 — Немедленно

Toshiba Storage Semiconductor

Toshiba Storage Semiconductor Storage Semiconductor

TLP188 (TPLETR-ND TLP188 (TPLECT-ND TLP188 (TPLEDKR-ND

—

CTape & Reel) Катушка с лентой и катушкой) (TR) ®

Активный

1

3750Vrms

50% при 5 мА

600% при 5 мА

3 мкс, 3 мкс

2 мкс, 3 мкс

DC

Транзистор

5 В

50 мА

400 мВ

-55 ° C ~ 110 ° C

Крепление на поверхность

6-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм), 4 вывода

6-SOP

OPTOISO 3.75KV TRANSISTOR 4SOIC

$ 0,73000

58 — Немедленное

OnSemi

OnSemi

1

HMHA281R2TR-ND HMHA281R2CT-ND HMHA281R2DKR-ND

—

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

1

3750Vrms

50% при 5 мА

600% при 5 мА

— 3 3 мкс

DC

Транзистор

80V

50mA

1.3 В (макс.)

50 мА

400 мВ

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SOIC (0,173 дюйма, ширина 4,40 мм)

4-Mini-Flat

OPTOISO 5KV TRANS W / BASE 8SMD

$ 0,84000

12,968 — Немедленно

LITEON

Lite-On Inc. -1790-1-ND 160-1790-6-ND

—

Лента и катушка (TR) Обрезанная лента (CT) Digi-Reel®

Активный

1

5000Vrms

19% при 16 мА

50% при 16 мА

100 нс, 400 нс

—

DC

Транзистор с базой

20 В

8 мА

1.4V

25 мА

—

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

8-SMD, крыло чайки

8-SMD

Принцип работы оптопар — инструменты для установки

Что такое оптопара?

Оптрон — это оптический канал связи, который соединяет две цепи через этот канал.

Оптический канал находится внутри микросхемы. Светоизлучающий диод внутри чипа светит на фотодиод, фототранзистор или другое фотоустройство.

Когда фотоустройство видит засветку, сопротивление между его выводами уменьшается. Это уменьшенное сопротивление может активировать другую цепь.

Анимация работы оптопары

В оптроне используется светодиод, оптически связанный с фотодиодом или фототранзистором в одном корпусе.

Два основных типа — это светодиод на фотодиод и светодиод на фототранзистор, как показано на рисунке.

Принцип оптопары

Оптопары

используются для изоляции участков цепи, несовместимых с точки зрения требуемых уровней напряжения или токов.

Например, они используются для защиты пациентов больниц от электрического шока, когда они подключены к приборам для мониторинга или другим устройствам.

Они также используются для изоляции слаботочных цепей управления или сигнальных цепей от цепей питания с шумом или цепей двигателей и машин с более высоким током.

Примеры типовых упаковок показаны на рисунке.

Различные пакеты оптопар

Анимация работы оптопары

OptoCoupler Анимация

Светодиод требует от 1 мА до 15 мА.

Что это значит?

Если токоограничивающий резистор, подключенный к светодиоду, имеет высокое значение, через светодиод будет протекать только небольшой ток, и он не будет светиться очень ярко. (Светодиод находится внутри микросхемы — его не видно).

Транзистор не будет сильно включаться, и сопротивление между выводами коллектор-эмиттер будет достаточно ВЫСОКИМ. Выходное напряжение останется достаточно ВЫСОКИМ.

По мере увеличения тока через светодиод (ток ограничивающего резистора уменьшается), светодиод будет светиться ярче, а транзистор будет включаться сильнее.Выходное напряжение на диаграмме выше уменьшится.

Если ток через светодиод может возрастать и падать, выходное напряжение схемы выше будет падать и расти.

Если ток через светодиод мгновенно изменится с нуля до 15 мА, выход изменится с ВЫСОКИЙ на НИЗКИЙ. Это принцип ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ или передачи ЦИФРОВОГО СИГНАЛА.

.