Виды оптронов. Оптроны: виды, принцип работы и применение в электронике

Что такое оптроны и как они работают. Какие бывают виды оптронов. Для чего используются оптроны в электронных схемах. Каковы преимущества и недостатки оптронов.

Что такое оптрон и как он устроен

Оптрон (оптопара) — это электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприемника, объединенных в общем корпусе. Основные компоненты оптрона:

• Излучатель (обычно светодиод)
• Фотоприемник (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор или фототиристор)
• Оптический канал между излучателем и приемником
• Корпус, обеспечивающий механическую прочность и герметичность

Принцип работы оптрона основан на преобразовании электрического сигнала в световой и обратно. Когда на вход подается электрический сигнал, излучатель генерирует световой поток. Этот свет проходит через оптический канал и воздействует на фотоприемник, изменяя его проводимость. Таким образом, выходной сигнал оптрона зависит от входного, но электрически развязан с ним.

Основные виды оптронов

Существует несколько основных разновидностей оптронов, различающихся типом используемого фотоприемника:

• Резисторные оптроны — с фоторезистором в качестве приемника
• Диодные оптроны — с фотодиодом
• Транзисторные оптроны — с фототранзистором
• Тиристорные оптроны — с фототиристором

Выбор типа оптрона зависит от требуемых характеристик и области применения. Например, резисторные оптроны обладают высокой линейностью, а транзисторные — большим коэффициентом усиления.

Принцип работы различных видов оптронов

Рассмотрим подробнее, как работают основные виды оптронов:

Резисторный оптрон

В резисторном оптроне в качестве фотоприемника используется фоторезистор, как правило, на основе сульфида кадмия. При освещении его сопротивление уменьшается. Входной ток, проходя через светодиод, вызывает свечение. Световой поток падает на фоторезистор, уменьшая его сопротивление. Таким образом, выходной ток оптрона зависит от входного.

Диодный оптрон

В диодном оптроне фотоприемником служит фотодиод. Под действием света в p-n переходе фотодиода генерируются носители заряда, что приводит к появлению фототока. Чем больше световой поток от светодиода, тем больше фототок через фотодиод.

Транзисторный оптрон

Фотоприемником в транзисторном оптроне является фототранзистор. Световой поток от светодиода попадает на базу фототранзистора, генерируя в ней носители заряда. Это приводит к открытию транзистора и протеканию тока коллектор-эмиттер. Коэффициент усиления такого оптрона может достигать нескольких тысяч.

Тиристорный оптрон

В тиристорном оптроне используется фототиристор. Световой импульс от светодиода вызывает включение тиристора, после чего он остается открытым даже при прекращении свечения. Для выключения тиристора требуется снизить протекающий через него ток ниже тока удержания.

Преимущества и недостатки оптронов

Оптроны обладают рядом важных преимуществ, но также имеют некоторые недостатки. Рассмотрим основные из них:

Преимущества оптронов:

• Высокая электрическая изоляция между входом и выходом (до нескольких киловольт)
• Отсутствие обратной связи между выходом и входом
• Широкий диапазон рабочих частот (до сотен МГц)
• Высокая помехозащищенность
• Совместимость с цифровыми и аналоговыми схемами
• Малые габариты и вес

Недостатки оптронов:

• Наличие задержки между входным и выходным сигналом
• Зависимость характеристик от температуры
• Ограниченный срок службы светодиода
• Относительно высокая стоимость по сравнению с обычными транзисторами

Несмотря на недостатки, преимущества оптронов во многих случаях перевешивают, что обусловливает их широкое применение в электронике.

Области применения оптронов

Благодаря своим уникальным свойствам, оптроны нашли применение во многих областях электроники и электротехники:

• Гальваническая развязка в измерительных приборах и системах сбора данных
• Передача сигналов между схемами с разными уровнями напряжений
• Защита входов микроконтроллеров и других чувствительных электронных устройств
• Коммутация силовых цепей по сигналам низковольтной логики
• Преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно
• Регулировка яркости светодиодных индикаторов и дисплеев
• Оптическая передача данных в телекоммуникационных системах

Оптроны особенно полезны в тех случаях, когда требуется обеспечить надежную электрическую изоляцию между различными частями схемы.

Характеристики и параметры оптронов

При выборе оптрона для конкретного применения важно учитывать его основные характеристики и параметры:

• Коэффициент передачи тока (CTR) — отношение выходного тока к входному
• Входной ток и напряжение
• Выходной ток и напряжение
• Быстродействие (время включения и выключения)
• Напряжение изоляции между входом и выходом
• Диапазон рабочих температур
• Спектральные характеристики излучателя и фотоприемника

Правильный выбор оптрона с учетом этих параметров позволяет оптимизировать работу электронного устройства и обеспечить его надежное функционирование.

Перспективы развития оптронной техники

Оптронная техника продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования оптронов включают:

• Повышение быстродействия для работы на более высоких частотах
• Улучшение температурной стабильности характеристик
• Увеличение срока службы светоизлучающих элементов
• Миниатюризация и создание многоканальных оптронных сборок
• Разработка новых типов оптронов на основе органических материалов
• Интеграция оптронов с другими электронными компонентами в одном корпусе

Развитие оптронной техники открывает новые возможности для создания высокоэффективных и надежных электронных устройств в различных областях применения.

58. Оптроны, устройство и принцип действия. Типы оптронов.

Оптопара — прибор, содержащий в общем корпусе фотоприемник и излучатель, между которыми осуществляется электрические и/или оптическое взаимодействие. Оптическое взаимодействие реализуется через посредство оптического канала. Оптический канал либо выполняется в виде световода, передающего энергию непосредственно от излучателя к приемнику, либо изготавливается из материала, оптические свойства которого могут изменяться при внешних воздействиях (управляемый оптический канал). Иногда между приемником и излучателем отсутствует какой-либо материал и излучение распространяется через воздушный или вакуумный промежуток.

Различают три основные разновидности оптронов: оптопара с прямой оптической и разорванной электрической связью (рисунок 16.29,а) оптрон с прямой электрической и разорванной оптической связью (рисунок 16.29,б), оптрон с электрической и оптической связями (рисунок 16.29,в).ФП-фотоприемник; И — излучатель; УС — устройство связи. Оптопары используются чаще всего в качестве элемента практически идеальной гальванической развязки. Второй тип оптрона выполняет роль преобразователя параметров светового сигнала, т.е. осуществляет усиление, преобразования спектра, поляризации, некогерентного излучения в когерентное и т.д. При использовании многоэлементных фотоприемников можно получить и преобразование изображений. Третий тип оптронов, имея цепь обратной связи (ОС), может выступать в качестве регенеративного устройства, и производить усиление, частичное или полное восстановление входного сигнала. В таких оптронах возможны самые различные сочетания оптических и электрических входных и выходных сигналов.

простейший вид оптронов — оптопары, которые обладают идеальной гальванической развязкой, большой широкополосностью, простотой конструкции, технологической, эксплуатационной и функциональной совместимостью с интегральными микросхемами.

Н аибольшее распространение получили оптопары, вкоторых в качестве фотоприемников используются: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Оптопары получили название по типу приемника: например, резисторная (рисунок 16.30), диодная,транзисторная, тиристорная

устройство «панельной» оптопары (1 — излучатель; 2 — фотоприемник, 3 — оптическая среда, 4 — микросхема. (1 — светодиод; 2 — оптический канал из GaAlAs; 3 — фотодиод).

Принцип работы оптопары можно пояснить, используя прибор (16.31,б)(монолитная оптопара в виде интегрированной твердотельной структуры(1 — светодиод; 2 — оптический канал из GaAlAs; 3 — фотодиод)). На вход оптопары поступает импульс тока Iвх или напряжения Uвх, кот.преобразуется светоизлучателем 1 в импульс светового потока. Излучение проходит через оптическую среду (канал) 2 и в фотоприемнике 3 преобразуется в электрический сигнал. Исходный сигнал, претерпевая двойное преобразование, испытывает некоторые искажения, которые должны быть минимальны.

Гальваническая развязка входной цепи и выходной достигается за счет оптически прозрачной диэлектрической среды между приемником и излучателем, кот. должны быть оптически согласованы. Спектральное согласование светоизлучателя и фотоприемника реализуется соответствующим выбором их материалов. В кач. светоизлучателей в оптопарах используются преимущественно светодиоды. Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) оправдано в быстродействующих устройствах.

Для оценки свойств оптронов используются следующие параметры, определяющие характеристики излучателей, фотоприемников, оптического сигнала и электронных устройств.

Ki=iвых/iвх=SU Kопт Sф . — коэффициент передачи тока.

Kрег= SU Kопт S Kу — коэффициент регенерации оптрона

(58.)

анализе цепей оптопара представляется обычно четырех­полюсником. В оптроны с управляемым оптическим каналом между излучателем и фотоприемником помещается электрооптический или магнитооптический элемент, светопропускание которого регу­лируется электрически. Такой оптрон представляет собой шестиполюсник с двумя двухполюсными входами (по цепи излучателя и по цепи управления оптическим каналом) и одним двухполюсным выходом.

Оптроны / Публикации / Energoboard.ru

26 июня 2012 в 10:00

Оптрон (или оптопара, как его стали называть в последнее время) конструктивно состоит из двух элементов: излучателя и фотоприемника, объединенных, как правило, в общем герметичном корпусе.

Существует много разновидностей оптронов: резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные. Эти названия указывают на тип фотоприемника. В качестве излучателя обычно применяют полупроводниковый светодиод инфракрасного излучения с длиной волны в пределах 0,9…1,2 мкм. Используют также светодиоды красного свечения, электролюминесцентные излучатели и сверхминиатюрные лампы накаливания.

Основное назначение оптронов — обеспечение гальванической развязки между сигнальными цепями. Исходя из этого общий принцип действия этих приборов, несмотря на различие фотоприемников, можно считать одинаковым: входной электрический сигнал, поступающий на излучатель, преобразуется в световой поток, который, воздействуя на фотоприемник, изменяет его проводимость. 12 Ом.

Выпускаемым промышленностью оптронами присваивают наименование исходя из действующей системы обозначений полупроводниковых приборов.

Первая буква обозначения оптрона (А) указывает на исходный материал излучателя — арсенид галлия или твердый раствор галлий-алюминий-мышьяк, вторая (О) означает подкласс — оптроны; третья указывает, к какой разновидности относится прибор: Р — резисторный, Д — диодный, Т — транзисторный, У — тиристорный. Далее следуют цифры, которые означают номер разработки, и буква — ту или иную группу типа.

Излучатель — бескорпусный светодиод, — как правило, помещают в верхней части металлического корпуса, а в нижней — на кристаллодержателе — укрепляют кристалл кремниевого фотоприемника, например фототиристора. Все пространство между светодиодом и фототиристором заливают твердеющей прозрачной массой. Эту заливку покрывают отражающим внутрь световые лучи слоем, который препятствует рассеянию света за пределы рабочей зоны.

Мало отличается от описанной конструкция резисторного оптрона. Здесь в верхней части металлического корпуса укреплена сверхминиатюрная лампа накаливания, а в нижней — фоторезистор на основе селенистого кадмия.

Фоторезистор изготавливают отдельно, на тонкой подложке из ситалла. На нее напыляют пленку из полупроводникового материала — селенида кадмия, а затем — формообразующие электроды из токопроводящего материала (например алюминия). К электродам приваривают выходные выводы. Жесткое соединение лампы и подложки между собой обеспечивается затвердевшей прозрачной массой.

Отверстия в корпусе для выводов оптрона залиты стеклом. Герметичное соединение крышки и основания корпуса обеспечено сваркой. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристорного оптрона примерно такая же, что и у одиночного тринистора. При отсутствии входного тока (I=0 — темновая характеристика) фототиристор может включиться только при очень высоком значении приложенного к нему прямого напряжения (800…1000 В). Так как практически приложение столь большого напряжения недопустимо, то эта кривая имеет чисто теоретический смысл.

Если придожить к фототиристору прямое рабочее напряжение (от 50 до 400 В, в зависимости от типа оптрона), включение прибора возможно только при подаче входного тока, который теперь является управляющим.

Скорость включения оптрона зависит от значения входного тока. Типичные значения времени включения t=5…10 мкс. Время выключения оптрона связано с процессом рассасывания неосновных носителей тока в переходах фототиристора и зависит только от значения протекающего выходного тока. Реальное значение времени выключения находится в пределах 10…50 мкс.

Максимальный и рабочий выходной ток фоторезисторного оптрона резко уменьшается при увеличении температуры окружающей среды выше 40 градусов по цельсия. Выходное сопротивление этого оптрона до значения входного тока 4 мА остоется постоянным, а при дальнейшем увеличении входного тока (когда яркость свечения лампы накаливания начинает возрастать) резко уменьшается.

Кроме описанных выше, существуют оптроны с так называемым открытым оптическим каналом. Здесь осветителем служит светодиод инфракрасного излучения, а фотоприемником могут быть фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Отличие этого оптрона в том, что его излучение выходит наружу, отражается от какого-либо внешнего предмета и возвращается в оптрон, к фотоприемнику. В таком оптроне выходным током может управлять не только входной ток, но также изменение положения внешней отражающей поверхности.

У оптронов с открытым оптическим каналом оптические оси излучателя и приемника расположены либо параллельно, либо под небольшим углом. Существует конструкции подобных оптронов с соосным расположением оптических осей. Такие приборы называют оптопрерывателями.

В настоящее время оптроны получили широкое применение, особенно в целях согласования микроэлектронных логических блоков, содержащих можные дискретные элементы, с исполнительными устройствами (реле, электродвигателями, контакторами и др.), а также для связи между логическими блоками, требующими гальванической развязки, модуляции постоянных и медленно изменяющихся напряжений, преобразования прямоугольных импульсов в синусоидальные колебания, управления можными лампами и высоковольтными индикаторами.

Автор: Андрей Повный

1225

Закладки

Удмуртэнерго отмечает 60 лет со дня образования!

17 февраля в 19:11 112

ГК «АНТРАКС» решает проблему обледенения проводов

17 февраля в 12:23 122

Игорь Маковский: в 2022 году блок безопасности «Россети Центр» и «Россети Центр и Приволжье» показал рост по основным показателям деятельности

17 февраля в 11:02 150

Энергетики «Калугаэнерго» приняли участие в отчете главы Тарусского района

17 февраля в 10:28 124

Удмуртэнерго присоединило к сетям компании ЖК «Счастье» в Ижевске

14 февраля в 16:20 120

Энергетики призывают соблюдать правила электробезопасности во время расчистки крыш от снега и наледи

14 февраля в 16:19 119

Игорь Маковский: группы инспекционного контроля эффективно решают задачи по защите интересов «Россети Центр» и «Россети Центр и Приволжье»

14 февраля в 13:23 164

«Кировэнерго» отмечает 80-летний юбилей

13 февраля в 12:54 180

Трансформатор «Полигон» для Медсанчасти «Севрыба»!

13 февраля в 11:36 205

Игорь Маковский встретился с производственным персоналом филиала «Удмуртэнерго»

10 февраля в 16:25 239

Новая газотурбинная ТЭЦ в Касимове выдаст в энергосистему Рязанской области более 18 МВт мощности

4 июня 2012 в 11:00 255428

Выключатель элегазовый типа ВГБ-35, ВГБЭ-35, ВГБЭП-35

12 июля 2011 в 08:56 54927

Выключатели нагрузки на напряжение 6, 10 кВ

28 ноября 2011 в 10:00 46288

Распределительные устройства 6(10) Кв с микропроцессорными терминалами БМРЗ-100

16 августа 2012 в 16:00 29479

Элегазовые баковые выключатели типа ВЭБ-110II

21 июля 2011 в 10:00 23784

Признаки неисправности работы силовых трансформаторов при эксплуатации

29 февраля 2012 в 10:00 21745

Оформляем «Ведомость эксплуатационных документов»

24 мая 2017 в 10:00 20196

Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

7 января 2012 в 10:00 15744

Правильная утилизация батареек

14 ноября 2012 в 10:00 15222

Элегаз и его применение. Свойства и производство

7 октября 2011 в 10:00 14757

публикации Оптроны

1225

Сегодня, в 16:00

товары и услуги Продам дробленку ПК.

606

Сегодня, в 16:00

товары и услуги пакеты для шин

602

Сегодня, в 16:00

справочник Инструкция по производству замеров нагрузок силовых трансформаторов

18419

Сегодня, в 16:00

товары и услуги RGK Z2 — Окулярная насадка для оптических теодолитов RGK

607

Сегодня, в 16:00

публикации ПИШУ ПМ:::Часть 4

218

Сегодня, в 16:00

публикации Классификация электротехнологических установок

5966

Сегодня, в 16:00

товары и услуги Цилиндры шнеки для термопластавтоматов и экструдеров

1092

Сегодня, в 16:00

товары и услуги КТПН-250/6(10)/0. 4

672

Сегодня, в 16:00

товары и услуги Линии переработки кабеля и стрипперы

749

Сегодня, в 16:00

публикации Новая газотурбинная ТЭЦ в Касимове выдаст в энергосистему Рязанской области более 18 МВт мощности

255428

Сегодня, в 13:55

справочник Инструкция по монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств

77185

Сегодня, в 15:46

справочник Измерение сопротивления обмоток постоянному току

64212

Сегодня, в 15:02

публикации Выключатель элегазовый типа ВГБ-35, ВГБЭ-35, ВГБЭП-35

54927

Сегодня, в 14:37

справочник Инструкция по осмотру РП, ТП, КТП, МТП

51051

Сегодня, в 15:38

пользователи Профиль пользователя ID7667

48938

Сегодня, в 09:20

справочник Эксплуатация, хранение и транспортировка кислородных баллонов

47495

Сегодня, в 14:44

публикации Выключатели нагрузки на напряжение 6, 10 кВ

46288

Сегодня, в 15:46

справочник Методика измерения сопротивления изоляции

44869

Сегодня, в 15:58

справочник Положение об оперативно-выездной бригаде района электрических сетей

42431

Сегодня, в 13:37

Информация обновлена сегодня, в 15:59

Евгений 426 Объявлений

Евгений 212 Объявлений

522889 124 Объявления

Николай 75 Объявлений

Анатолий 49 Объявлений

Игорь 42 Объявления

Неликвиды 40 Объявлений

baraboshin 39 Объявлений

Сергей 33 Объявления

Николай 31 Объявление

Информация обновлена сегодня, в 15:59

Ирина 974 Объявления

koemz@mail. ru 735 Объявлений

Евгений 695 Объявлений

Елена Владимировна 656 Объявлений

Евгений 426 Объявлений

Сергей 267 Объявлений

Дмитрий 225 Объявлений

Сергей 178 Объявлений

522889 136 Объявлений

Сергей 134 Объявления

Информация обновлена сегодня, в 15:59

Какие типы оптоизоляторов подходят для вашего сигнала? | Блог

Оптоизолятор — это электронное устройство, которое можно использовать для передачи информации между диодами без пропускания электрического тока. Поскольку нет необходимости напрямую передавать напряжение или ток между входами и выходами в схеме оптоизолятора, эти компоненты можно использовать для обеспечения гальванической развязки в двух областях печатной платы. Оптоизоляторы действуют как защитный механизм, гарантируя, что вредные электрические токи не пройдут через устройство.

Проще говоря, оптоизолятор работает, принимая входной электрический сигнал и преобразовывая его в световой сигнал с помощью светодиода, обычно работающего в ближнем инфракрасном диапазоне. Затем внутри того же устройства светочувствительное устройство, такое как фотодиод, фототранзистор или фотодарлингтон-транзистор, преобразует световой сигнал обратно в электрический сигнал. Это обеспечивает барьер для любых переходных процессов напряжения или уровней перенапряжения, которые появляются на входе и не влияют на электрическую цепь на выходе оптоизолятора. Компоненты запечатаны в непрозрачную упаковку для предотвращения помех от внешнего света.

Существует множество различных типов схем оптоизоляторов, которые широко используются в системах связи, управления и мониторинга, где сигналы данных могут стать точкой проникновения вредных напряжений, способных повредить устройство. Они особенно полезны, когда длинные кабели передачи данных, которые могут быть восприимчивы к индуцированным переходным процессам напряжения или скачкам заземления, входят в электронное устройство, содержащее чувствительные полупроводниковые компоненты.

Следует отметить, что термины «оптопары» и «оптоизоляторы» часто используются взаимозаменяемо; однако обычно принято считать, что оптопары — это устройства, которые могут изолировать напряжения примерно до 5000 В, а оптоизоляторы — это устройства, которые могут изолировать напряжения более 5000 В. Не удивляйтесь, если увидите исключения из этого правила. Есть также разные скорости оптоизоляторов, и быстрые оптоизоляторы, такие как твердотельное реле, будут превосходить что-то вроде диодного оптоизолятора с точки зрения передачи данных. Если сомневаетесь, изучите техпаспорт. На изображении ниже показана типичная принципиальная схема оптоизолятора или оптопары со входами слева и выходами справа.

Сейчас мы хотим сосредоточиться на различных типах оптоизоляторов. При выборе оптоизолятора ключевыми параметрами, которые следует учитывать, являются напряжение изоляции, полоса пропускания, линейность, коэффициент передачи тока и требования к мощности.

Напряжение изоляции

Напряжение изоляции — это максимальная номинальная разность напряжений, которая может присутствовать между светодиодом и датчиком освещенности. Это напряжение изоляции определяется конструкцией самого оптоизолятора и внешними факторами. Внутренний пробой произойдет, когда напряжение на элементе источника света устройства достигнет дугового разряда элемента датчика света. Точно так же внешний пробой произойдет, когда напряжение на входном контакте устройства достигнет дуги на выходном контакте. На это влияет конструкция печатной платы, то есть то, как проложены и разделены дорожки для входов и выходов, а также условия окружающей среды вокруг устройства. Напряжение, при котором возникает дуга, будет зависеть от температуры, влажности, разделительного расстояния, давления и наличия загрязняющих веществ в воздухе. Расстояние и влажность являются наиболее важными факторами. Типичные готовые оптоизоляторы могут выдерживать перепады входного и выходного напряжения до 10 кВ и переходные процессы напряжения около 25 кВ/мкс.

Полоса пропускания

Если схема оптоизолятора используется для развязки заземляющих слоев или входов датчиков напряжения, скорость изменения изолированного сигнала относительно не важна. Однако там, где оптоизолятор используется для развязки каналов передачи данных и линий связи, пропускная способность устройства становится существенной. Типичные приложения варьируются от относительно медленных последовательных каналов передачи данных, таких как I2C или SPI, работающих на десятках Мбит/с, до высокоскоростных протоколов, работающих на Гбит/с. Более простые оптоизоляторы обычно имеют полосу пропускания около 10 МГц (см. ниже), но есть устройства, специально разработанные для более высоких скоростей передачи данных. Имейте в виду, что достижимая скорость передачи данных для любой схемы оптоизолятора будет зависеть от того, как выход загружен и зависит от температуры. Внимательно изучите техническое описание, если вы изолируете быстрые каналы передачи данных.

Полоса пропускания отображается на кривой усиления оптоизолятора. Показанный здесь пример относится к HCPL-7840-000E от Broadcom.

Стоит отметить, что для проводных сетей Ethernet, в которых используется электромагнитная индукция для создания непроводящего барьера без необходимости внешнего источника питания, доступны готовые пассивные сетевые изоляторы. Реализация схемы оптоизолятора не всегда может быть наиболее подходящим решением, но это решение будет зависеть от ваших индивидуальных обстоятельств.

Линейность

Как и в любом полупроводниковом устройстве, фотодиод, используемый в оптоизоляторе, будет иметь элемент нелинейности в соотношении между входом и выходом, который может искажать сигнал, проходящий через изолятор. Обеспечение смещения фотодиода и работы в его линейном диапазоне, избегая областей отсечки или насыщения, в некоторой степени уменьшит этот эффект. Любая остаточная нелинейность будет особенно заметна там, где оптоизоляторы используются для развязки аналоговых сигналов.

Специализированные аналоговые оптоизоляторы были разработаны с минимальной нелинейностью. Обычно в них используются два фотодиода, подключенных к операционному усилителю. Один фотодиод работает как обычно, в то время как второй элемент с идентичными характеристиками нелинейности находится в контуре обратной связи усилителя для компенсации, компенсируя нелинейности.

Коэффициент передачи тока

Коэффициент передачи тока (CTR) — это отношение между токами светодиода и датчика, эффективно усиливающее устройство и отражающее его эффективность. Оптоизоляторам с низким CTR потребуется больший ток для управления светодиодом, чтобы создать достаточный ток на фототранзисторе для конкретной выходной нагрузки.

CTR не является постоянным, а зависит от входного тока, поступающего на компонент. CTR также будет варьироваться в зависимости от каждого компонента, его температуры и возраста компонента, поэтому крайне важно выбрать устройство, которое обеспечивает требуемый CTR при максимальной номинальной температуре и максимальном сроке службы устройства, которое будет использовать оптоизолятор. Производственные допуски в компонентах могут привести к широкому диапазону CTR в пределах одной и той же партии компонентов, поэтому конструкция должна работать на основе минимального CTR, указанного в техпаспорте. Все эти факторы могут затруднить выбор оптимального устройства. Если вы сомневаетесь, добавьте разумный запас погрешности и смоделируйте схему, используя значения компонентов для наихудшего случая, чтобы убедиться, что схема будет работать правильно.

Мощность

Последним фактором, который следует учитывать, являются требования к мощности самой схемы оптоизолятора и управление теплом, выделяемым компонентом из-за потерь. Основные компоненты могут быть относительно неэффективными и генерировать значительные уровни тепловой энергии, с которыми необходимо обращаться надлежащим образом, особенно потому, что на работу самого оптоизолятора негативно влияют эффекты нагрева. При проектировании схемы помните, что входные дорожки схемы оптоизолятора должным образом отделены от всех других дорожек, особенно земли и силовых плоскостей, чтобы предотвратить емкостную или индуктивную связь переходных процессов между дорожками.

Оптоизоляторы Конструкция

Оптоизоляторы обычно используют светодиод ближнего инфракрасного диапазона для преобразования входного электрического сигнала в эквивалентный световой сигнал. Свет содержится в закрытом канале оптической изоляции, также называемом диэлектрическим каналом. Фотодатчик в конце канала оптической изоляции либо непосредственно генерирует электрический сигнал из полученного света, либо использует полученный свет для модуляции электрического тока, протекающего от внешнего источника питания. Фоточувствительным устройством может быть фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, кремниевый выпрямитель (SCR) или симистор. Поскольку фоторезисторы можно использовать как в качестве источника света, так и в качестве фоточувствительного устройства, можно сформировать двунаправленный оптоизолятор с использованием двух фоторезисторов, по одному на каждом конце канала оптической развязки. Проблемы с производительностью и эффективностью ограничивают доступность и применение двунаправленных оптоизоляторов. Эквивалентная схема может быть реализована с использованием двух однонаправленных оптоизоляторов в обратной конфигурации за счет необходимости использования большего количества дискретных компонентов с гораздо большей занимаемой площадью.

Четыре типа компонентов оптоизолятора (слева направо): буфер Шмитта, симистор, фототранзистор и тринистор. Эти устройства также могут быть настроены на несколько каналов.

Физическая компоновка оптоизоляторов зависит прежде всего от желаемого напряжения изоляции. Устройства, рассчитанные менее чем на несколько кВ, обычно имеют плоскую конструкцию. Матрица датчика покрыта листом стекла или прозрачного пластика, на который сверху наложен кристалл светодиода. Спектр поглощения датчика будет соответствовать выходному спектру светодиода. Толщина канала оптической изоляции определяет номинальное напряжение пробоя устройства. Устройства, рассчитанные на более высокие напряжения пробоя, обычно имеют силиконовую купольную конструкцию. Светодиод и кристалл сенсора размещены на противоположной стороне корпуса, разделены зазором, образованным прозрачным силиконовым куполом. Купол имеет такую ​​форму, чтобы направлять максимально возможное количество света от светодиода к датчику.

Заявка

Электронное оборудование и линии передачи сигналов и электроэнергии могут регулярно подвергаться скачкам напряжения, вызванным молнией и электростатическими разрядами, радиочастотными помехами и импульсами, генерируемыми изменениями нагрузки. Как обсуждалось в предыдущей статье, удаленные удары молнии могут вызывать выбросы в несколько киловольт в протяженных линиях связи и линиях электропередач. Оптоизоляторы могут обеспечить решение для предотвращения воздействия скачков напряжения на входах устройства на более чувствительные компоненты внутри этого устройства. Существуют также приложения, в которых устройство включает в себя элементы, использующие высокое напряжение как часть конструкции. В проекте вполне может потребоваться интерфейс между высоковольтными элементами схемы и стандартными низковольтными элементами. В этом случае оптоизоляторы также могут помочь безопасно разделить различные элементы.

Если оптоизоляторы используются для управления цифровыми логическими уровнями, необходимо учитывать конфигурацию выхода. Если требуется, чтобы выход оптоизолятора колебался от нуля вольт до шины питания, чтобы приспособиться к цепи нагрузки, потребуется оптоизолятор с конфигурацией выхода Totem-Pole. В противном случае можно выбрать более распространенную конфигурацию Push-Pull.

Главной особенностью оптоизоляторов, отличающей их от эквивалентных разделительных трансформаторов, является отсутствие потоков энергии через устройство. Они работают, модулируя электрическую энергию, подаваемую на выход, чтобы отразить уровень энергии, достигающей входа. Однако одно существенное преимущество оптоизоляторов перед изолирующими трансформаторами заключается в том, что они могут передавать очень низкочастотные сигналы вплоть до уровня постоянного тока. Их также проще внедрить в схему, поскольку входное и выходное сопротивления независимы и не требуют дополнительных компонентов для согласования импедансов.

Типы датчиков в оптоизоляторах

Фоторезисторы

Фоторезисторы представляют собой неполярные устройства, используемые как в цепях постоянного, так и переменного тока. Они работают, изменяя свое сопротивление обратно пропорционально интенсивности полученной световой энергии. Рабочий диапазон сопротивления может быть от нескольких сотен Ом до разомкнутой цепи. Традиционно используемые в телефонии и промышленной автоматизации, они в основном были вытеснены, за исключением нишевых приложений для усиления музыкальных инструментов.

Фотодиоды

Когда световая энергия падает на фотодиод, генерируется заряд, пропорциональный интенсивности полученной световой энергии. Этот небольшой заряд можно использовать для управления нагрузкой с высоким импедансом, а фотодиод работает в фотогальваническом режиме. Когда фотодиод смещается в обратном направлении с использованием внешнего источника напряжения, полученная световая энергия увеличивает обратный ток, протекающий через диод, модулируя поток энергии от внешнего источника. Скорость потока энергии прямо пропорциональна интенсивности полученной световой энергии при работе в этом фотопроводящем режиме. Путем включения драйверов светодиодов и выходных усилителей в устройство оптоизоляторов фотодиод, работающий в этом фотопроводящем режиме, может быть оптимизирован для работы на относительно высоких скоростях. Это тип датчика, который вы найдете в высокофункциональной, быстрой схеме оптоизолятора.

Фототранзисторы

Фототранзисторы по своей природе медленнее фотодиодов и должны быть правильно смещены и нагружены для достижения скоростей в десятки кГц. Однако их выход с открытым коллектором означает, что они имеют преимущество в том, что могут генерировать большие выходные токи и являются более чувствительными. Они больше подходят для использования в цепях постоянного тока, где более медленное время отклика не имеет значения. Использование зажима Шоттки на выходе фототранзистора с открытым коллектором может обеспечить относительно хорошую линейность отклика устройства.

Фотодарлингтон — это вариант фототранзистора, в котором пара транзисторов в конфигурации «пара Дарлингтона» обеспечивает гораздо более высокие уровни усиления и чувствительности, чем стандартный фототранзистор, за счет более низкой скорости отклика.

Выпрямители с фотокремниевым управлением

Оптоизоляторы с кремниевым выпрямителем (SCR) представляют собой тип тиристорного изолятора, предназначенного для приложений управления питанием переменного тока. Также известные как фототиристоры, они обеспечивают полную изоляцию помех и скачков напряжения, присутствующих в линии электропитания переменного тока. Ограничения производительности из-за работы только в положительной половине основного цикла переменного тока делают их использование менее распространенным, чем устройства с фототриаками.

Фото-триак

Фото-триак (триод для переменного тока) оптоизоляторы, как и фототиристоры, оптимизированы для использования в твердотельных реле для управления нагрузками, питаемыми от сети переменного тока. Симисторный оптоизолятор может безопасно работать от источника переменного тока высокого напряжения от простого коммутируемого входа постоянного тока. В отличие от фототиристоров, симисторный оптоизолятор может работать на протяжении всего цикла сети переменного тока с обнаружением пересечения нуля, что позволяет схеме подавать полную мощность на нагрузку с минимальным пусковым током при переключении индуктивных нагрузок.

Photo-MOSFET

Photo-MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) Реле представляют собой менее распространенный тип оптоизоляторов, предназначенный для устройств с быстрым переключением, где требуется высокая надежность и длительный срок службы в сложных условиях окружающей среды. Эти полупроводниковые устройства, способные эффективно коммутировать 1,5 кВ и обрабатывать токи до 5 А без дребезга контактов, используются в системах управления батареями последнего поколения для солнечных электростанций и электромобилей.

Заключение

Выбирая между типами оптоизоляторов, не останавливайтесь только на том устройстве, которое соответствует вашему бюджету и есть в наличии у вашего любимого поставщика. Оптоизоляторы бывают самых разных типов, оптимизированных для конкретных приложений. Начните процесс выбора с рассмотрения ключевых факторов;

• Какое максимальное напряжение необходимо для защиты?
• Вам требуется более высокая скорость передачи данных, обеспечиваемая быстрой схемой оптоизолятора?
• Какова полоса пропускания сигнала, который вы хотите изолировать?
• Вам нужно изолировать постоянный или переменный ток, или вы хотите изолировать высокоскоростную линию передачи данных?
• Как вы питаете выход и какую нагрузку он управляет?
• Зная это и характеристики входа, какой текущий коэффициент передачи вам потребуется?
• Тогда как вы будете включать оптоизолятор(ы) в свою конструкцию и какие меры по управлению тепловым режимом вам необходимо предусмотреть?

Урок здесь заключается в том, что простое подключение оптоизолятора к вашей плате не так просто, как может показаться на первый взгляд. Это должно рассматриваться как часть общего процесса проектирования с первого дня, чтобы гарантировать правильную работу вашей схемы. Оптоизоляторы отлично подходят для развязки постоянного тока и низкочастотных сигналов от остальной части схемы, но они требуют внешнего питания и, как правило, имеют плохой отклик на высоких частотах. Трансформаторные изоляторы отлично работают на высоких частотах, но не могут обрабатывать сигналы постоянного тока. Однако расчеты для учета индуктивности, которая добавляется к цепи, и требование согласования импедансов могут сделать их непригодными для некоторых приложений. Еще одно соображение заключается в том, что микросхема оптоизолятора будет значительно меньше, чем эквивалентный трансформаторный изолятор, и ее гораздо проще разместить на печатной плате. И, наконец, не забывайте о мощных инструментах моделирования, которые помогут вам сделать правильный выбор.

Инструменты проектирования в Altium Designer® содержат все необходимое, чтобы идти в ногу с новыми технологиями. Начните бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.

Какие существуют типы оптронов? – Gzipwtf.

com

Какие бывают типы оптронов?

Четыре оптрона называются: фототранзистор, фотодарлингтон, фототиристор и фототриак, как показано ниже.

В какой форме оптопары доступны на рынке?

В зависимости от использования в основном доступны четыре типа оптронов. Оптопара, в которой используется фототранзистор. Оптопара, в которой используется фототранзистор Дарлингтона. Оптопара, использующая Photo TRIAC.

Что делает фотопара?

Оптоизолятор (также называемый оптроном, оптроном или оптическим изолятором) — это электронный компонент, передающий электрические сигналы между двумя изолированными цепями с помощью света. Оптоизоляторы предотвращают воздействие высокого напряжения на систему, принимающую сигнал.

Что такое автосцепка?

Сцепка или сцепка — это устройство для соединения рельсовых транспортных средств в поезде. Полупостоянная сцепка имеет шарнир из вулканизированного металла и резины, который обеспечивает относительное перемещение между автомобилями.

Для чего используются оптопары?

При правильном использовании оптопара может эффективно: Удалять электрические помехи из сигналов. Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей. Позволяет использовать небольшие цифровые сигналы для управления большими переменными напряжениями.

Что из следующего верно в отношении оптронов?

Оптопара может использоваться на обоих входах. и выходная схема. Оптопара действует как устройство ввода. Оптопара действует как устройство вывода.

Что такое оптоизоляторы MCQS?

Пояснение: Оптоизоляторы — это устройства, которые можно использовать как электромагнитное реле без драйвера. Обычно он состоит из светодиода (передатчика) и фоторезистивного приемника.

Оптроны аналоговые или цифровые?

Оптопара используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями с сохранением гальванической развязки при напряжении до 5000 вольт. Оптоизолятор используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями, где разность потенциалов превышает 5000 вольт.

Что такое 4N35?

4N35 представляет собой оптопару общего назначения. Он состоит из инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия и кремниевого фототранзистора NPN. Что делает оптопара, так это разрывает соединение между источником сигнала и приемником сигнала, чтобы остановить электрические помехи.

Для чего используется оптопара?

Что такое оптрон McQ?

Оптопара представляет собой электронный компонент, передающий электрические сигналы между двумя изолированными цепями с помощью света. Его также называют оптоизолятором, оптроном или оптическим изолятором.

Что такое WDM Mcq?

«Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) — это метод аналогового мультиплексирования для объединения» вопросов с несколькими вариантами ответов (MCQ) по мультиплексированию с разделением по длине волны с выбором магнитных, электромагнитных, цифровых и оптических сигналов для онлайн-курсов по разработке программного обеспечения.