Что такое оптопара и как она работает. Какие бывают виды оптопар. Где применяются оптроны в электронике. Каковы преимущества и недостатки оптопар.

Что такое оптопара и как она работает

Оптопара (оптрон) — это электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприемника, связанных оптическим каналом и объединенных в общем корпусе. Принцип работы оптопары основан на преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и обратном преобразовании в электрический сигнал.

Основные компоненты оптопары:

• Излучатель света (обычно светодиод)
• Фотоприемник (фотодиод, фототранзистор, фоторезистор и др.)
• Оптический канал между излучателем и приемником
• Корпус, объединяющий все элементы

Как работает оптопара.

1. На вход подается электрический сигнал
2. Излучатель преобразует его в световой поток
3. Свет проходит через оптический канал
4. Фотоприемник преобразует свет обратно в электрический сигнал
5. На выходе формируется сигнал, повторяющий входной

Таким образом, входная и выходная цепи оптопары гальванически развязаны между собой. Взаимодействие происходит только через световой поток.

Основные виды оптопар

Существует несколько основных типов оптопар, различающихся по конструкции фотоприемника:

Резисторные оптопары

В качестве фотоприемника используется фоторезистор. Обладают высокой линейностью, но низким быстродействием. Применяются в аналоговых схемах.

Диодные оптопары

Фотоприемник — фотодиод. Имеют средние показатели линейности и быстродействия. Используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах.

Транзисторные оптопары

Фотоприемник выполнен на базе фототранзистора. Обладают высоким быстродействием, но низкой линейностью. Применяются преимущественно в цифровых схемах.

Тиристорные оптопары

В качестве фотоприемника используется фототиристор. Предназначены для коммутации мощных нагрузок.

Какой тип оптопары выбрать. Для аналоговых сигналов лучше подходят резисторные и диодные оптопары. В цифровых схемах чаще применяют транзисторные. Для силовой коммутации используют тиристорные оптроны.

Области применения оптопар в электронике

Благодаря своим уникальным свойствам, оптопары нашли широкое применение в различных областях электроники:

Гальваническая развязка цепей

Это основное применение оптопар. Они позволяют передавать сигналы между цепями с разными уровнями напряжений без прямого электрического контакта. Где это используется:

• Источники питания
• Системы сбора данных
• Промышленная автоматика
• Медицинское оборудование

Передача сигналов в условиях помех

Оптический канал не подвержен влиянию электромагнитных помех. Это позволяет передавать сигналы в сложной электромагнитной обстановке. Применяется в:

• Телекоммуникационном оборудовании
• Системах управления двигателями
• Аудиотехнике

Преобразование уровней сигналов

С помощью оптопар можно легко согласовывать цифровые схемы с разными логическими уровнями. Используется в:

• Интерфейсах передачи данных
• Схемах сопряжения микроконтроллеров

Датчики и измерительные преобразователи

На базе оптопар с открытым оптическим каналом создают различные датчики:

• Датчики положения
• Счетчики оборотов
• Датчики приближения

Таким образом, оптопары находят применение практически во всех областях современной электроники.

Преимущества и недостатки оптопар

Оптопары обладают рядом важных достоинств, но имеют и некоторые ограничения.

Основные преимущества оптопар:

• Высокая электрическая изоляция входа и выхода
• Отсутствие обратной связи с выхода на вход
• Широкая полоса пропускания (до сотен МГц)
• Невосприимчивость к электромагнитным помехам
• Возможность бесконтактного управления

Недостатки оптопар:

• Низкий КПД из-за двойного преобразования энергии
• Сильная температурная зависимость параметров
• Высокий уровень собственных шумов
• Конструктивно-технологическое несовершенство

Несмотря на недостатки, уникальные свойства оптопар обеспечивают их широкое применение в электронике. По мере совершенствования технологий недостатки постепенно устраняются.

Как проверить работоспособность оптопары

Для проверки оптопары можно использовать простую схему на основе светодиода и резистора:

1. Подключите светодиод через резистор 1 кОм к выводам излучателя оптопары
2. Подайте напряжение 5В на вход схемы
3. Подключите мультиметр к выводам фотоприемника
4. При исправной оптопаре мультиметр должен показать низкое сопротивление
5. При обрыве светодиода или фотоприемника сопротивление будет высоким

Такая простая проверка позволяет быстро оценить работоспособность оптопары. Для более точной диагностики требуется специальное оборудование.

Перспективы развития оптронной техники

Оптоэлектроника активно развивается, открывая новые возможности применения оптопар:

• Создание полностью оптических компьютеров
• Разработка оптронных нейронных сетей
• Интеграция оптронных и электронных компонентов на одном чипе
• Применение в квантовых вычислительных системах

Совершенствование технологий позволит повысить быстродействие, снизить энергопотребление и расширить функциональность оптронных устройств. Это обеспечит их применение в перспективных областях науки и техники.

Заключение

Оптопары являются важным классом электронных компонентов, обеспечивающих гальваническую развязку цепей и передачу сигналов в сложных условиях. Несмотря на некоторые недостатки, их уникальные свойства обуславливают широкое применение в современной электронике. Дальнейшее развитие оптоэлектроники откроет новые перспективы использования оптронной техники.

Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

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

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

Виды и устройство оптронов

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

Первый признак классификации оптронов обуславливается тем, что у всех оптопар на входе расположен светодиод, поэтому возможности функционирования определяются свойствами устройства фотоприемника.

Вторым признаком является исполнение конструкции, определяющее особенности использования оптрона. Применяя такой смешанный принцип разделения, можно выделить три группы оптронных устройств:

• Элементарные оптопары.
• Оптоэлектронные микросхемы.
• Специальные оптопары.

Группы содержат в себе множество видов приборов. Для популярных оптопар применяются некоторые обозначения:

• Д – диодная.
• Т – транзисторная.
• R – резисторная.
• У – тиристорная.
• Т²– со сложным фототранзистором.
• ДТ – диодно-транзисторная.
• 2Д (2Т) – диодная дифференциальная, либо транзисторная.

Система свойств оптронных устройств основывается на системе свойств оптопар. Эта система создается из четырех групп свойств и режимов:

• Характеризует цепь входа оптопары.
• Характеризует выходные параметры.
• Объединяет степень действия излучателя на приемник света, и особенности прохода сигнала по оптопаре в качестве компонента связи.
• Объединяет свойства гальванической развязки.

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

Показателями гальванической развязки оптронов являются:

• Допустимое пиковое напряжение выхода и входа.
• Допустимое наибольшее напряжение выхода и входа.
• Сопротивление развязки.
• Проходная емкость.
• Допустимая наибольшая скорость изменения напряжения выхода и входа.

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

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

Обозначения оптопар на схемах

 

Диодные оптопары

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

Транзисторные оптроны

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

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

Тиристорные оптроны

Такие оптопары (рис. b) имеют большую перспективу для коммутации мощных силовых цепей высокого напряжения: по мощности, нагрузке, скорости они более подходящие, чем Т² оптопары. Оптроны марки АОУ 103 служат для применения в качестве бесконтактных выключателей в разных электронных схемах: усилителях, управляющих цепях, источниках импульсов и т.д.

Резисторные оптроны

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

Дифференциальные

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

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

Оптронные микросхемы

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

Специальные оптроны

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

Применение оптронных устройств

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

Контроль электрических процессов

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

Стабилизатор с контрольным оптроном

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

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

Достоинства оптронов

• Бесконтактное управление объектами, гибкость и разнообразие видов управления.
• Устойчивость каналов связи к электромагнитным полям, что позволяет создать защиту от помех и взаимных наводок.
• Создание микроэлектронных устройств с приемниками света, свойства которых могут изменяться по определенным сложным законам.
• Увеличение перечня функций управления сигналом выхода оптронов с помощью воздействия на материал канала оптики, создание приборов и датчиков для передачи данных.

Недостатки оптронов

• Малый КПД, вследствие двойного преобразования энергии, большой расход электроэнергии.
• Значительная зависимость работы от температуры.
• Большой собственный шумовой уровень.
• Технология и конструкция недостаточно совершенны, так как применяется гибридная технология.

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

Похожие темы:

electrosam.ru

Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка. — schip.com.ua

Описание, характеристики , Datasheet  и методы проверки оптронов на примере PC817.

В продолжение темы «Популярные радиодетали при ремонтах импульсных блоков питания» разберем еще одну деталь- оптопара (оптрон ) PC817. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Между собой электрически никак не связанны, благодаря чему на основе PC817 можно реализовать гальваническую развязку двух частей схемы — например с высоким напряжением и с низким. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом. Как это происходит более подробно я разберу в следующей статье где в экспериментах подавая сигналы с генератора и анализируя его при помощи осциллографа можно понять более точную картину работы оптопары.

Еще в других статьях я расскажу о нестандартном использовании оптрона первая в роли

реле -RS триггера с фиксацией состояний, а во второй генератор периодических сигналов.  И используя эти схемные решения соберу очень простой тестер оптопар. Которому не не нужны никакие дорогие и редкие приборы, а всего лишь несколько дешевых радиодеталей.

Деталь не редкая и не дорогая. Но от нее зависит очень многое. Она используется практически в каждом ходовом (я не имею ввиду каком нибудь эксклюзивном) импульсном БЛОКЕ ПИТАНИЯ и выполняет роль обратной связи и чаще всего в связке тоже с очень популярной радиодеталью TL431 Описание и проверка здесь

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советуем посмотреть видео в самом низу страницы.

Оптопара ( Оптрон ) PC817

Краткие характеристики:

Максимальное напряжение изоляции вход-выход	5000 В
Максимальный прямой ток	50 мА
Максимальная рассеиваемая на коллекторе мощность	150 мВт
Максимальная пропускаемая частота	80 кГц
Диапазон рабочих температур	-30°C..+100°C
Тип корпуса	DIP-4

Корпус компактный:

• шаг выводов – 2,54 мм;
• между рядами – 7,62 мм.

Производитель PC817 – Sharp, встречаются другие производители электронных компонентов выпускают аналоги- например:

• Siemens – SFH618
• Toshiba – TLP521-1
• NEC – PC2501-1
• LITEON – LTV817
• Cosmo – KP1010

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются и другие варианты:

• PC827 — сдвоенный;
• PC837 – строенный;
• PC847 – счетверенный.

 

 

Даташит на оптопару PC817 rus

 

Проверка оптопары

Для быстрой проверки оптопары я провел несколько тестовых экспериментов. Сначала на макетной плате.

Вариант на макетной плате

В результате удалось получить очень простую схему для проверки PC817 и других похожих оптронов.

Первый вариант схемы

Первый вариант я забраковал по той причине что он инвертировал маркировку транзистора с n-p-n  на  p-n-p

Поэтому чтобы не возникало путаницы я изменил схему на следующую ;

Второй вариант схемы

Второй вариант работал правильно но неудобно было распаять стандартную панельку

SCS- 8

под микросхему

Панелька SCS- 8

Третий вариант схемы

Самый удачный

Uf — напряжение на светодиоде при котором начинает открываться фототранзистор.

в моем варианте Uf = 1.12 Вольт.

В результате получилась такая очень простая конструкция:

Вид сверху

Вид снизу

 

 

Как видно из фото деталь развернута не по ключу.

 

Используя которую можно очень быстро проверить деталь. За свою практику ремонтов конечно не часто , но я сталкивался с неработающими оптопарами и раньше мне приходилось заморачиваться  над проверкой детали когда иногда бывало заходил в тупик во время сложного ремонта.

Конечный вариант — все очень просто.

Похожие статьи по теме:

PC817 эксперименты с оптопарой

Оптрон PC817 в режиме тиристора или самая простая схема проверки.

Генератор на оптроне. На примере PC817.

Кому лень читать

Видео на эту тему :

 

Еще более простой способ проверки оптрона PC817

Понятно что использование китайского тестера для проверки оптопары не самый простой , точнее простой но не самый дешевый метод. Такой прибор не во всех есть в хозяйстве.

Поэтому предлагаю вашему вниманию более простой , а главное дешевый тестер оптронов.

Он состоит из двух кнопок , двух резисторов , светодиода и панельки ( сокета ) под микросхему.

Если кому интересно , вот ссылка

Оптрон PC817 в режиме тиристора или самая простая схема проверки.

schip.com.ua

ОПТРОНЫ Устройство и принцип действия оптронов

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Оптронами называются такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются излучатели и фотоприемники, используются оптические и электрические связи, а также конструктивно созданные друг с другом элементы. Некоторые разновидности оптронов называются опто­парами, или оптоизоляторами.

Принцип действия любого оптрона основан на двойном преобразовании энергии. В из­лучателях энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фото­приемниках, наоборот, оптический сигнал вызывает электрический ток или напряжение или приводит к изменению его сопротивления.

Наибольшее распространение получили оптроны с внешними электрическими выхода­ми и выходными сигналами и внутренними оптическими сигналами (рис. 7.1). Конструкция такого опторона имеет вид, показанный на рис. 7.2.

Рис. 7.1. Структурная схема оптрона с внутренней оптической связью

Рис. 7.2. Пример конструкции диодно-диодного оптрона с внутренней оптической связью

В электрической схеме такой прибор выпол­няет функцию выходного элемента — фотопри­емника с одновременной электрической изоля­цией (гальванической развязкой) входа и выхо­да. Излучатель является источником фотонов, в качестве которого может быть использован све­тодиод или миниатюрная лампа накаливания. Оптической средой может служить воздух, стек­ло, пластмасса или волоконный световод. В каче­стве фотоприемников используются фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и фоторези­сторы. Очень часто применяются интегральные фотодиодно-транзисторные структуры. Различ­ные комбинации этих элементов позволяют по­лучить весьма разнообразные входные, выход­ные и передаточные характеристики.

На практике применяется и другая разновидность оптронов: использующая внешние входные и выходные оптические сигналы и внутренние электрические сигналы (рис. 7.3). Как правило, такие приборы содержат усилители фототока.

Рис. 7.3. Оптрон с внешней оптической связью

В отдельных случаях применяются оптроны, одновременно использующие оптические и электрические связи (один из возможных вариантов приведен на рис. 7.4).

	——- <	>——-
О Лг	Приемник	Ф	Излучатель
О	Света	*—-	Света

Иш

Рис. 7.4. Оптроны, одновременно использующие оптические и электрические связи

С конструкторско-технологической точки зрения излучатель и фотоприемник являются равноправными. Эффективность преобразования энергии и срок службы оптрона в основ­ном определяются излучателем. При разработке излучателя для оптрона главная трудность заключается в оптимизации согласования с фотоприемннком. К параметрам, подлежащим оптимизации, относятся коэффициент усиления, ширина полосы частот, размеры оптиче­ского окна, электрические характеристики. Поскольку желательно иметь малое последова­тельное сопротивление, наилучшим вариантом служит излучатель на основе ваАв. Стре­мятся получить и малую величину прямого напряжения, но это менее важно, чем оптимиза­ция усиления и частотной полосы.

Требования к виду оптического окна излучателя оптрона и обычного светодиода значи­тельно отличаются друг от друга. Светодиоды изготавливают с кольцевой излучающей об­ластью площадки, чтобы получить высокий коэффициент отношения видимой излучающей области к фактической. Для оптрона излучающая область должна быть настолько малой, насколько это совместимо с допустимой плотностью тока, а контактная площадка размеща­ется так, чтобы минимально затемнить излучающую область. Это обеспечивает лучшую связь с приемником. Малый размер излучающей области позволяет уменьшить бесполезные краевые потери, как тока, так и излучения и обеспечить постоянство условий связи незави­симо от разброса величины зазора и точности совмещения с чувствительной областью фо­топриемника у различных образцов оптронов.

При выборе оптической среды ее изолирующие свойства играют определяющую роль, если расстояние между излучателем и приемником очень мало.

Если же расстояние достаточно велико, например, при использовании волоконной опти­ки, линз или другой среды (отражающей или пропускающей), изолирующие свойства стано­вятся менее важными. Зато большое значение приобретает спектр пропускания, особенно, если применяются пластмассы. В большинстве оптронов для уменьшения потерь на френе — левское отражение от поверхности излучателя и приемника используют просветляющие по­крытия. При этом одновременно создается изоляция, так как материалы покрытий не явля­ются проводниками электрического тока. Во многих типах оптронов для создания хорошей изоляции между излучателем и приемником применяют слой пленки из прозрачного фторо­пласта. Оптическая изоляция позволяет иметь прибор, обеспечивающий оптическую связь сигналов двух раздельных электронных схем, несмотря на то, что последние гальванически развязаны. Напряжение изоляции таких приборов может достигать тысяч вольт.

Принципиальные физические достоинства оптронов, как уже отмечалось выше, обу­словленные использованием фотонов в качестве носителей информации, заключаются в обеспечении очень высокой электрической изоляции входа и выхода, однонаправленности потока информации, отсутствии обратной связи с выхода на вход и широкой полосе про­пускания.

Кроме того, важными достоинствами оптронов являются:

— возможность бесконтактного (оптического) управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управления;

— невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных по­лей, что в случае оптронов с протяженным оптическим каналом обусловливает высо­кую помехозащищенность, а также исключает взаимные наводки;

— возможность создания функциональных микроэлектронных устройств с фотоприем­никами, характеристики которых под действием оптического излучения изменяются по заданному (сколь угодно сложному) закону;

— расширение возможностей управления выходным сигналом оптрона путем воздейст­вия (в том числе и неэлектрического) на материал оптического канала и, как следст­вие этого, создание разнообразных датчиков и приборов для передачи информации.

Современным оптронам присуши и определенные недостатки:

— низкий кпд, обусловленный необходимостью двойного преобразования энергии (элек­тричество-излучение-электричество), и значительная потребляемая мощность;

— сильная температурная зависимость параметров;

— высокий уровень собственных шумов;

— конструктивно-технологическое несовершенство, связанное в основном с использова­нием гибридной технологии.

Перечисленные недостатки оптронов по мере совершенствования материалов, техноло­гии, схемотехники постепенно устраняются. Широкое применение оптронов определяется прежде всего уникальностью достоинств этих приборов.

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 …

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 …

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 …

msd.com.ua

Оптопара — это… Что такое Оптопара?

Различные виды оптронов

Оптрон (оптопара) — 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.

Свойства и характеристики

В оптроне входная и выходная цепи гальванически развязаны между собой; взаимодействие цепей ограничено паразитными ёмкостями между выводами оптрона. Тепловым воздействием излучателя на фотоприёмник на практике можно пренебречь.

Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора; для распространённых отечественных DIP-корпусов предельное напряжение между цепями нормируется на 500 или 1000 В, при этом сопротивление изоляции нормируется на уровне 10¹¹Ом. Реальное напряжение электрического пробоя такого прибора — порядка нескольких киловольт.

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 низких частот с граничной полосой порядка единиц Гц.

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

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

1. Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренным 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, ареометры).

Гальваническая развязка

Оптроны используются для гальванической развязки цепей — передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты. Некоторые стандартные электрические интерфейсы, например,

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 него радиации, а фотоприёмник фиксирует падение его свечения и сообщает о тревоге.

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Оптрон PC817 схема включения, характеристики

Мне кажется, что транзисторный оптрон PC817 самый распространенный хотя бы потому, что он стоит практически в каждом импульсном блоке питания для гальванической развязки цепи обратной связи.

Корпус достаточно компактный:

• шаг выводов – 2,54 мм;
• между рядами – 7,62 мм.

Производитель PC817 – Sharp, многие другие производители электронных компонентом выпускают аналоги. И при ремонте электронной аппаратуры можно наткнутся именно на аналог:

• Siemens – SFH618
• Toshiba – TLP521-1
• NEC – PC2501-1
• LITEON – LTV817
• Cosmo – KP1010

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются его полные аналоги:

• PC827 — сдвоенный;
• PC837 – строенный;
• PC847 – счетверенный.

PC817 схема включения

Для PC817 схема включения стандартная как для любого транзисторного оптрона: на входе нужно ограничивать ток — например с помощью резистора, на выходетакже не стоит превышать ток.

Но дешевле использовать несколько PC817 вместо многоканального аналога.

PC817 характеристики

Характеристики светодиода:

• Прямой ток — 50 мА;
• Пиковый прямой ток — 1 А;
• Обратное напряжение — 6 В;
• Рассеяние мощности — 70 мВт.

Характеристики фототранзистора:

• Напряжение коллектор-эмиттер — 35 В;
• Напряжение эмиттер-коллектор — 6 В;
• Ток коллектора — 50 мА;
• Мощность рассеяния коллектора — 150 мВт.

Есть ещё важный параметр — коэффициент передачи по току (CTR) измеряемый в %. В оптопаре PC817 он определяется буквой после основного кода, также как и большинстве других оптопар и других полупроводниковых приборов.

№ модели	Метка коэффициента	CTR (%)
PC817A	A	80 — 160
PC817B	B	130 — 260
PC817C	C	200 — 400
PC817D	D	300 — 600
PC8*7AB	A или B	80 — 260
PC8*7BC	B или C	130 — 400
PC8*7CD	C или D	200 — 600
PC8*7AC	A,B или C	80 — 400
PC8*7BD	B,C или D	130 — 600
PC8*7AD	A,B,C или D	80 — 600
PC8*7	A,B,C,D или без метки	50 — 600

* — 1, 2, 3 или 4.

тестер оптопар

На многих форумах можно прочитать, что раз деталь такая дешевая, то и проверять её не стоит, а просто меняем и все. У меня против этого мнения следующие доводы: все равно нужно узнать сгорела оптопара или нет, потому что это поможет понять, что ещё могло сгореть, да и новый оптрон может оказаться бракованным.
Проверить оптопару можно прозвонив тестером светодиод и проверить на короткое замыкание транзистор, потом пропустить через светодиод ток и посмотреть, что транзистор открылся.

Но проще всего соорудить простейший тестер оптопар, для него понадобятся только:

• Два светодиода,
• Две кнопки,
• Два резистора.

Светодиоды подойдут на ток 5-20 мА и напряжение около 2-х вольт, R1, R2 — 300 Ом.

Питается тестер от USB порта получая от него 5 В, но можно питать тестер и от 3-х или 4-х батареек AA. Можно питать и от батарейки 9 В или 12 В или источника питания, вот только тогда нужно будет пересчитать сопротивления резисторов R1, R2.

hardelectronics.ru

10. Оптроны. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.

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

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

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

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

11. Полупроводниковые лазеры. Назначение, устройство, принцип действия, основные параметры и характеристики.

Полупроводниковые лазеры представляют собой оптоэлектронные приборы, в которых осуществляется преобразование электрической энергии в оптическую (световую). В основе этого процесса лежит излучение света, обусловленное электронным переходом из зоны проводимости полупроводника в валентную зону. Для возбуждения электронов в зону проводимости, или, как говорят, для накачки, используется инжекция носителей. С этой целью обычно формируют pn-переход. С помощью инжекции обеспечивается создание неравновесных носителей заряда, что обеспечивает генерацию оптического излучения в pn-переходе полупроводника.

Области применения полупроводниковых лазеров:

• Лазерные диоды высокой мощности используются как высокоэффективные источники накачки для твердотельных лазеров (лазеров с диодной накачкой).

• Диапазон возможных длин волн генерации лазерых диодов очень велик и охватывает большую часть видимой, ближней инфракрасной области и средней инфракрасной области спектра.

• Небольшие лазерные диоды позволяют осуществлять быстрое переключение и модуляцию оптической мощности, что позволяет их использовать, например, в передатчиках оптоволоконных линий.

Полупроводниковые лазеры имеют очень малые размеры (~0,1 мм в длину).

Пространственные и спектральные характеристики излучения полупроводникового лазера сильно зависит от свойств материала, из которого сделан переход (таких свойств, как структура запрещенной зоны и коэффициент преломления). Характеризуется высоким спектральным разрешением, мощность порядка несколько милливатт (промышленные – несколько ватт).

Полупроводниковый лазер, так же как обычный лазер, представляет собой лазерный резонатор с помещенной внутри него активной средой. Лазерная генерация возникает тогда, когда оптическое усиление компенсирует потери энергии внутри резонатора, складывающиеся из потерь в активной среде и потерь на отражение. Это соответствует пороговому току инжекции Iп.

studfiles.net

Лекции ЭУПО / Глава1 / оптрон

1.14. ОПТРОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Оптронами называются оптоэлектронные приборы, имеющие излучатели и фотоприемники и в которых используются оптические и электрические связи, и которые конструктивно объеденены друг с другом. Некоторые разновидности оптронов называются опто-парами или оптоизоляторами.

Принцип действия любого оптрона основан на двойном преобразовании энергии. В излучателях энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемниках, наоборот, оптический сигнал вызывает электрический ток или напряжение или приводит к изменению его сопротивления. Наибольшее распространение получили оптроны с внешними электрическими входными и выходными сигналами и внутренними оптическими сигналами, рис. 1.70. В электрической схеме такой прибор выполняет функцию выходного элемента – фотоприемника с одновременной электрической изоляцией (гальванической развязкой) входа и выхода. Излучатель является источником фотонов, в качестве которого может быть использован светодиод или миниатюрная лампа накаливания. Оптической средой может служить воздух, стекло, пластмасса или волоконный световод. В каче­стве фотоприемников используются фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и фоторезисторы. Очень часто применяются интегральные фотодиодно-транзисторные структуры. Различные комбинации этих элементов позволяют получить весьма разнообразные входные, выходные и передаточные характеристики

С конструкторско-технологической точки зрения излучатель и фотоприемник являются равноправными. Эффективность преобразования энергии и срок службы оптрона в основном определяются излучателем. При разработке излучателя для оптрона главная трудность заключается в оптимизации согласования с фотоприемником. К параметрам, подлежащим оптимизации, относятся коэффициент усиления, ширина полосы частот, размеры оптического окна, электрические характеристики. Поскольку желательно иметь малое последова­тельное сопротивление, наилучшим вариантом служит излучатель на основе GaAs. Требования к виду оптического окна излучателя оптрона и обычного светодиода значительно отличаются друг от друга. Светодиоды изготавливают с кольцевой излучающей областью площадки, чтобы получить высокий коэффициент отношения видимой излучающей области к фактической. Для оптрона излучающая область должна быть настолько малой, насколько это совместимо с допустимой плотностью тока, а контактная площадка размещается так, чтобы минимально затемнить излучающую область. Это обеспечивает лучшую связь с приемником. Малый размер излучающей области позволяет уменьшить бесполезные краевые потери, как тока, так и излучения и обеспечить постоянство условий связи независимо от разброса величины зазора и точности совмещения с чувствительной областью фотоприемника у различных образцов оптронов.

При выборе оптической среды ее изолирующие свойства играют определяющую роль, если расстояние между излучателем и приемником очень мало. Если же расстояние достаточно велико, например, при использовании волоконной оптики, линз или другой среды (отражающей или пропускающей), изолирующие свойства становятся менее важными. Зато большое значение приобретает спектр пропускания, особенно, если применяются пластмассы. В большинстве оптронов для уменьшения потерь на френелевское отражение от поверхности излучателя и приемника используют просветляющие покрытия. При этом одновременно создается изоляция, так как материалы покрытий не являются проводниками электрического тока. Во многих типах оптронов для создания хорошей изоляции между излучателем и приемником применяют слой пленки из прозрачного фторо­пласта. Оптическая изоляция позволяет иметь прибор, обеспечивающий оптическую связь сигналов двух раздельных электронных схем, несмотря на то, что последние гальванически развязаны. Напряжение изоляции таких приборов может достигать тысяч вольт.

Принципиальные физические достоинства оптронов, как уже отмечалось выше, обусловленные использованием фотонов в качестве носителей информации, заключаются в обеспечении очень высокой электрической изоляции входа и выхода, однонаправленности потока информации, отсутствии обратной связи с выхода на вход и широкой полосе пропускания.

К достоинствам оптронов относятся:

– возможность бесконтактного (оптического) управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управления;

невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, что в случае оптронов с протяженным оптическим каналом обусловливает высокую помехозащищенность, а также исключает взаимные наводки;

– возможность создания функциональных микроэлектронных устройств с фотоприемниками, характеристики которых под действием оптического излучения изменяются по заданному (сколь угодно сложному) закону;

– расширение возможностей управления выходным сигналом оптрона путем воздействия (в том числе и неэлектрического) на материал оптического канала и, как следствие этого, создание разнообразных датчиков и приборов для передачи информации.

К недостаткам следует отнести:

– низкий КПД, обусловленный необходимостью двойного преобразования энергии (электричество-излучение-электричество), и значительная потребляемая мощность;

– сильная температурная зависимость параметров;

– высокий уровень собственных шумов;

–конструктивно-технологическое несовершенство, связанное в основном с использованием гибридной технологии.

Оптроны можно классифицировать по их главному функциональному назначению:

– оптроны с внешней оптической и внутренней электрической связями, предназначенные для усиления к преобразования излучения;

– оптроны с внутренней оптической связью, используемые в качестве переменных сопротивлений;

– оптроны с электрической связью, используемые в качестве ключевых элементов.

По типу используемого фотоприемника оптроны подразделяются на использующие фотодиоды, одиночные фототранзисторы, составные фототранзисторы, фототиристоры и фоторезисторы. К основным параметрам оптрона относятся: коэффициент передачи тока

(K_i – отношение тока на выходе оптрона к току на входе), сопротивле­ние развязки и быстродействие (суммарное время включения и выключения), табл. 5.

Таблица 5

Основные характеристики оптронов

Тип оптрона	Коэффициент передачи, %	Сопротивление связи, Ом	Быстродействие, с	Rт / Rос
Диодные	0,5…1	1011…1013	10 –8
Транзисторные	10…100 1000…10000 (схема Дарлинтонга)	1011…1013	(2…5)· 10 –6
Тиристорные	100	1011…1013	(20…100)· 10 –6
Резисторные	–		10 –1 …10 –2	104…107
Rт – темновое сопротивление резистора, Rос – сопротивление при освещении

Параметры электрической изоляции оптопары описываются проходной емкостью C_пр и сопротивлением изоляции R. Особенно важную роль в динамике работы оптопар играет емкость С _пр. Емкостный ток в цепи изоляции оптопары зависит от скорости изменения напряжения как на входе оптопары, так и на выходе, т.е. возможна электрическая связь через проходную емкость и соответственно ложное переключение или самовозбуждение устройства.

Оптосимистор представляет собой двунаправленный тиристор с оптическим управление, управлять нагрузкой переменного тока. При коммутации нагрузки целесообразно переключать оптосимистор при изменении полярности переменного напряжения в момент перехода его через ноль. В результате на нагрузке напряжение будет нарастать плавно, а не скачкообразно, если это не выполняется. Поэтому имеются оптосимисторы, содержащие схемы детектирования нулевого потенциала, которые при несоблюдении указанного условия блокирует оптосимистор до следующего перехода напряжения через ноль. Оптосимистор обеспечивает гальваническую развязку электрических цепей. Выпускаются оптосимисторы на номинальные напряжения 400, 600 и 800 В переменного тока со схемой детектирования нулевого напряжения и без нее., имеют электрическая прочность изоляции 2500…5000 В. Ток включения симистора 5…15 мА, прямой ток 50 мА. Оптосимистор органически подходит для коммутации нагрузки, питающейся напряжением переменного тока. К таким нагрузкам относят электромагнитные реле, пускатели, электромагниты, электродвигатели, соленоиды, электромагнитные муфты и т. п. Управление оптосимистором может осуществляться как микросхемами, так и микроконтроллерами, микропроцессорами. На рис. 1.71 приведен пример использования оптосимистора для включения электромагнитного аппарата.

Разновидностью оптронов является волстрон (рис. 1.72). Это прибор, представляющий единую конструкцию и содержащий излучатель и фотоприемник, между которыми располагается волоконный световод (длина которого может составлять десятки-сотни метров).

studfiles.net