Оптрон — Википедия

Различные виды оптронов

Оптопара или 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.

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

По типу источников света

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.

Оптроны имеют несколько областей применения, использующих их различные свойства:

Механическое воздействие[править | править код]

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 (аналогично механическому концевому выключателю), счётчиках и дискретных спидометрах на их базе (например, координатные счётчики в механической мыши, анемометры).

Гальваническая развязка[править | править код]

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[править | править код]

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 — оптодрайверы).

Свойства и характеристики оптопар[править | править код]

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, соответствующие 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[править | править код]

Для транзисторных оптопар характерным является появление шума, связанного с одной стороны наличием проходной ёмкости между светодиодом и базой транзистора, с другой стороны наличием паразитной ёмкости 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[править | править код]

• 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[править | править код]

• 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[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

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

Примеры применения оптореле[править | править код]

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

Неэлектрическая передача[править | править код]

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.

• 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.

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:

7. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции

Диоды — простейшие полупроводниковые приборы, основой которых является электронно-дырочный переход (р-п-переход). Как известно, основное свойство р-n-перехода — односторонняя проводимость: от области р (анод) к области п (катод). Это наглядно передает и условное графическое обрзначение полупроводникового диода [5]: треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости. Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод (рис. 7.1).

 

 Буквенный код диодов — VD. Этим кодом обозначают не только отдельные диоды, но и целые группы, например, выпрямительные столбы. Исключение составляет однофазный выпрямительный мост, изображаемый в виде квадрата с соответствующим числом выводов и символом диода внутри (рис. 7.2, VD1). Полярность выпрямленного мостом напряжения на схемах не указывают, так как ее однозначно определяет символ диода. Однофазные мосты, конструктивно объединенные в одном корпусе, изображают отдельно, показывая принадлежность к одному изделию в позиционном обозначении (см. рис. 7.2, VD2.1, VD2.2). Рядом с позиционным обозначением диода можно указывать и его тип.

 

 

 На основе базового символа построены и условные графические обозначения полупроводниковых диодов с особыми свойствами. Чтобы показать на схеме стабилитрон, катод дополняют коротким штрихом, направленным в сторону символа анода (рис. 7.3, VD1). Следует отметить, что расположение штриха относительно символа анода должно быть неизменным независимо от положения УГО стабилитрона на схеме (VD2—VD4). Это относится и к символу двуханодного (двустороннего) стабилитрона (VD5).

 

 Аналогично построены условные графические обозначения туннельных диодов, обращенных и диодов Шотки — полупроводниковых приборов, используемых для обработки сигналов в области СВЧ. В символе туннельного диода (см. рис. 7.3, VD8) катод дополнен двумя штрихами, направленными в одну сторону (к аноду), в УГО диода Шотки (VD10) — в разные стороны; в УГО обращенного диода (VD9) — оба штриха касаются катода своей серединой.

 
 Свойство обратно смещенного р-n-перехода вести себя как электрическая ёмкость использовано в специальных диодах — варикапах (от слов vari(able) — переменный и cap(acitor) — конденсатор). Условное графическое обозначение этих приборов наглядно отражает их назначение (рис. 7.3, VD6): две параллельные линии воспринимаются как символ конденсатора. Как и конденсаторы переменной ёмкости, для удобства варикапы часто изготовляют в виде блоков (их называют матрицами) с общим катодом и раздельными анодами. Для примера на рис. 7.3 показано УГО матрицы из двух варикапов (VD7).

 
 Базовый символ диода использован и в УГО тиристоров (от греческого thyra — дверь и английского resistor — резистор) — полупроводниковых приборов с тремя р-л-переходами (структура p-n-p-n), используемых в качестве переключающих диодов. Буквенный код этих приборов — VS.

 

 Тиристоры с выводами только от крайних слоев структуры называют динисторами и обозначают символом диода, перечеркнутым отрезком линии, параллельным катоду (рис. 7.4, VS1). Такой же прием использован и при построении УГО симметричного динистора (VS2), проводящего ток (после его включения) в обоих направлениях. Тиристоры с дополнительным, третьим выводом (от одного из внутренних слоев структуры) называют тринисторами. Управление по катоду в УГО этих приборов показывают ломаной линией, присоединенной к символу катода (VS3), по аноду — линией, продолжающей одну из сторон треугольника, символизирующего анод (VS4), Условное графическое обозначение симметричного (двунаправленного) тринистора получают из символа симметричного динистора добавлением третьего вывода (см. рис.7.4, VS5).

 

 Из диодов, изменяющих свои параметры под действием внешних факторов, наиболее широко применяют фотодиоды. Чтобы показать такой полупроводниковый прибор на схеме, базовый символ диода помещают в кружок, а рядом с ним {слева вверху, независимо от положения УГО) помещают знак фотоэлектрического эффекта — две наклонные параллельные стрелки, направленные в сторону символа (рис. 7.5, VD1—VD3). Подобным образом строятся УГО любого другого полупроводникового диода, управляемого оптическим излучением. На рис. 7.5 в качестве примера показано условное графическое обозначение фотодинистора VD4.

 

 Аналогично строятся условные графические обозначения светоизлучающих диодов, но стрелки, обозначающие оптическое излучение, помещают справа вверху, независимо от положения УГО и направляют в противоположную сторону (рис. 7.6). Поскольку светодиоды, излучающие видимый свет, применяют обычно в качестве индикаторов, на схемах их обозначают латинскими буквами HL. Стандартный буквенный код D используют только для инфракрасных (ИК) светодиодов.
Для отображения цифр, букв и других знаков часто применяют светодиодные знаковые индикаторы. Условные графические обозначения подобных устройств в ГОСТе формально не предусмотрены, но на практике широко используются символы, подобные HL3, показанному на рис. 7.6, где изображено УГО семисегментного индикатора для отображения цифр и запятой. Сегменты подобных индикаторов обозначаются строчными буквами латинского алфавита по часовой стрелке, начиная с верхнего. Этот символ наглядно отражает практически реальное расположение светоизлучающих элементов (сегментов) в индикаторе, хотя и не лишен недостатка; он не несет информации о полярности включения в электрическую цепь (поскольку подобные индикаторы выпускают как с общим анодом, так и с общим катодом, то схемы включения будут различаться). Однако особых затруднений это не вызывает, поскольку подключение общего вывода индикаторов обычно указывают на схеме. Буквенный код знаковых индикаторов — HG.

 
 Светоизлучающие кристаллы широко используют в оптронах — специальных приборах, применяемых для связи отдельных частей электронных устройств в тех случаях, если необходима их гальваническая развязка. На схемах оптроны обозначают буквой U и изображают, как показано на рис. 7.7.

 

 Оптическую связь излучателя (светодиода) и фотоприемника показывают в этом случае двумя стрелками, перпендикулярными к линиям электрической связи — выводам оптрона. Фотоприемником в оптроне могут быть фотодиод (см. рис. 7.7, U1), фототиристор U2, фоторезистор U3 и т. д. Взаимная ориентация символов излучателя и фотоприемника не регламентируется. При необходимости составные части оптрона можно изображать раздельно, но в этом случае знак оптической связи следует заменять знаками оптического излучения и фотоэффекта, а принадлежность частей к одному изделию показывать в позиционном обозначении (см. рис. 7.7, U4.1, U4.2).

 

 

ВМЕСТО ЭЛЕКТРОНОВ — СВЕТ | Техника и Программы

Вы уже знакомы с различными оптоэлектронными приборами — светоизлучателями (см. «М-К», 1986, № 1, «Светящийся кристалл») и фотоприемниками («М-К», 1987, № 1, «Электрический «глаз»). Первые применяют в устройствах световой индикации и сигнализации, вторые— в автоматических системах, реагирующих на внешнее освещение. И не только здесь. Нередко светоизлучатель и фотоприемник работает в паре. Вот лишь отдельные примеры: автостоп в магнитофоне, звуковоспроизводящая система в кинопроекторе, турникет в метро. Во всех этих устройствах установлены оптопары, состоящие из светоизлучателя и фотоприемника. Если свет попадает на чувствительный слой фотоэлемента, на его выходе появляется электрический сигнал. Освещение отсутствует — сигнала на выходе нет. Но вот что интересно — между управляющей цепью, куда включен излучатель, и исполнительной, в которой работает фотоприемник, отсутствует электрическая (гальваническая) связь, а управляющая информация передается светом.

Это свойство оптоэлектронной пары оказалось прямо-таки незаменимым в тех электронных узлах, где нужно полностью устранить влияние выходных цепей на входные. Дело в том, что у транзисторных и тири-сторных устройств управляющие и исполнительные цепи электрически связаны друг с другом. Возникающая при этом обратная связь приводит к появлению дополнительных помех. Вот почему специалисты обратили такое пристальное внимание на опто-электронную технику. В шестидесятые годы они впервые попробовали «поселить» светоизлучатель и фотоприемник вместе под одной «крышей» — в одном корпусе. Так родился новый прибор — оптрон (рис. 1). В нем фотоприемник крепится, как правило, на дне корпуса, а излучатель — в верхней части. Зазор между фотоприемником и излучателем заполнен так называемым иммерсионным материалом — чаще всего это полимерный оптический клей. Он выполняет роль линзы, фокусирующей излучение на чувствительный слой фотоприемника. Иммерсионный материал покрыт сверху пленкой, отражающей световые лучи внутрь, чтобы препятствовать рассеянию света за пределы рабочей зоны. В излучателях обычно используется полупроводниковое соединение арсенид галлия, а в фотоприемниках — кремний.

Рис. 1. Конструкция оптрона:

1 — корпус, 2 — излучатель, 3 — иммерсионная среда, 4 — фотоприемник, 5 — выводы, 6 — фланец.

Если роль «излучателей в оптронах чаще всего выполняют светодиоды, то фотоприемниками могут служить самые разнообразные элементы: диоды, биполярные, полевые и составные транзисторы, тиристоры, резисторы. В диодных оптронах применяются не только вентильные диоды, но и варикапы. Причем в одном корпусе иногда помещают сразу два фотоприемника.

Транзисторные оптроны имеют некоторые преимущества по сравнению с диодными. Так, коллекторным током биполярного фототранзистора управляют как по цепи свето-диода (оптически), так и по базовой цепи. У полевого транзистора управление осуществляется через цепь затвора. Кроме того, фототранзистор может работать в ключевом и усилительном режимах, а фотодиод — только в ключевом. Оптроны с составным транзистором имеют наибольший коэффициент усиления, могут коммутировать напряжение и ток достаточно больших величин и по этим параметрам уступают лишь тиристорным оптронам, которые лучше всего приспособлены для коммутации высоковольтных и сильноточных цепей. В резисторных оптронах излучателями могут быть не только светодиоды, но и миниатюрные на-кальные лампы.

Рис. 2. Условные графические обозначения оптронов:

А, Б — диодные, В — динисторные, Г — на варикапе, Д, Е, Ж — транзисторные, 3, И — резисторные.

Рис. 3. Внешний вид оптронов.

Рис. 4. Переговорное устройство «Луч».

На рисунке 2 представлены условные графические обозначения оптронов. Их элементы — диоды, транзисторы, тиристоры и резисторы — изображаются на принципиальных электрических схемах так же, как и обычные аналогичные приборы. А поскольку элементы оптрона размещены в одном корпусе, их помещают в овал. Две стрелки, направленные от излучателя к фотоприемнику, указывают на оптическую связь между ними. Графическим обозначениям оптронов присвоен условный код — латинская буква U, после которой следует порядковый номер прибора в схеме.

Оптроны выпускаются в самых разнообразных корпусах. В некоторых из них размещается сразу по нескольку приборов. На рисунке 3 показан внешний вид наиболее распространенных оптронов.

Рис. 5. Принципиальная схема переговорного устройства.

Маркируются оптроны следующим образом. Первая буква указывает на материал излучателя: А — арсенид галлия; вторая — О, обозначает подкласс оптронов, а третья определяет, к какой разновидности относится прибор: Р — резисторный, Д — диодный, У — тиристорный и Т — транзисторный. Далее следуют три цифры, обозначающие номер разработки, и буква, указывающая на группу прибора.

Среди множества рабочих параметров оптронов прежде всего нужно знать основные. Это, во-первых, статический коэффициент передачи тока К 1, определяющий отношение тока на выходе оптрона к входному. Во-вторых, граничнйя частота f гр, при которой коэффициент передачи тока падает до уровня 0,7 от максимального значения. В-третьих, время включения t вкл или выключения f выкл фотоприемника при его облучении, то есть быстродействие. И наконец, максимально допустимое напряжение между входом и выходом, при котором еще не происходит пробой изоляции (U из max).

Познакомимся с одним из наиболее распространенных оптронов — АОТ110Б. В небольшом цилиндрическом корпусе с пятью выводами помещаются излучатель — свето-диод и фотоприемник на составном транзисторе. Входное напряжение светодиода — 2 В, входной ток — 30 мА. Составной транзистор оптрона коммутирует напряжение до 50 В и ток 100 мА. Рассеиваемая на корпусе тепловая мощность —360 мВт, максимально допустимое напряжение между входной и выходной цепями — 100 В. Диапазон рабочих температур оптрона — от —60 до +70°С. Масса прибора—1,5 г. АОТ110Б становится работоспособным только при подключении к выводам 3 и 5 постоянного резистора сопротивлением 100—1000 кОм.

Рис. 6. Монтажная плата одного аппарата со схемой расположения элементов.

Практическое применение этого оптрона самое разнообразное. Вот одно из них — переговорное устройство «Луч» (рис. 4). В отличие от подобных самоделок, собранных полностью на транзисторах (см., например, «М-К», 1983, № 1, «На помощь слабому голосу»), данное переговорное устройство отличается простотой, содержит минимум радиоэлементов, но в то же время обладает повышенной чувствительностью — его микрофон воспринимает человеческую речь на расстоянии 10—15 см от говорящего.

«Лучом» можно воспользоваться при проведении военно-спортивной игры «Зарница», оборудовать квартиру, разместив один аппарат, например, на кухне, а второй — в комнате, или установить связь с товарищем, живущим в одном подъезде с вами. Можно придумать и другие варианты применения переговорного устройства — все зависит от фантазии и изобретательности.

Переговорное устройство «Луч» состоит из двух аппаратов, соединенных между собой тонким кабелем из трех проводов. Так как оба аппарата полностью идентичны, рассмотрим один из них, например, верхний по схеме (рис. 5). Он представляет собой двух-каскадный низкочастотный усилитель. В первом каскаде работает транзистор VT1, во втором — составной транзистор оптрона U1. Работоспособность второго каскада обеспечивается резистором R4, включенным между выводами 3 и 5 оптрона. Резисторы R1 и R2 обеспечивают необходимое напряжение смещения на базе VT1, a R3 ограничивает ток светодиода оптрона. Конденсатор С1 препятствует прохождению постоянного тока на базу VT1 от «минусовой» шины питания через входную цепь. В качестве микрофона ВМ1 и телефона BF2 используются одинаковые телефонные капсюли ТА-56м. Переговорное устройство снабжено батареями питания СВ1, GB2, подключаемыми тумблерами SA1, SA2.

Принцип действия переговорного устройства достаточно прост. Звуковые колебания преобразуются микрофоном ВМ1 в электрический сигнал, который через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1. При этом сопротивление цепи коллектор-эмиттер VT1 постоянно меняется, а следовательно, меняется и величина тока, протекающего через светодиод оптрона. Составной фототранзистор оптрона улавливает изменения яркости свечения диода и преобразует световую энергию в электрический сигнал, который телефоном BF2 превращается в звуковые колебания. Телефон BF2, подключенный через соединительный кабель к выходному каскаду первого аппарата, установлен во втором аппарате, a BF1, наоборот, в первом. Поэтому вы слышите своего товарища, находящегося на другом конце «провода», а он, в свою очередь, слышит вас.

Разобравшись в работе переговорного устройства, можно приступать к его сборке. Элементы обоих аппаратов лучше всего разместить на одинаковых монтажных платах, выполненных из фольгированного гетинакса или текстолита толщиной 1—2 мм и размером 30X25 мм (рис. 6).

Теперь расскажем о том, какие радиодетали можно применить в переговорном устройстве. Транзисторы — КТ315, КТ312, КТ361 с любыми буквенными индексами, оптроны АОТ110 также с любыми буквенными индексами. Конденсаторы — типа KM, K73 или другие малогабаритные. Постоянные резисторы — ВС, МЛТ, ОМЛТ, подстроечные — СПЗ-16, СП4-1. Микрофоны и телефоны — ТА-56м, ТОН-1, ТА-4 или ТГ1. Низкоомные телефонные капсюли применять нежелательно: фототранзисторы оптронов могут выйти из строя. Тумблеры— ТВ1-2, ТЗ-С или малогабаритные серии МТ. Батарея питания — 3336Л, «Рубин», «Планета» или три элемента по 1,5 В («Марс», «Орион»).

Аппараты переговорного устройства поместите в пластмассовые корпуса подходящих размеров. В верхней панели каждого корпуса вырежьте отверстия 0 10—15 мм под микрофоны и телефоны. Тумблеры установите на боковых стенках корпусов. Аппараты соедините между собой кабелем из трех проводов, скрепленных между собой монтажными нитками или изоляционной лентой. Длина кабеля может быть до 30—40 м.

Налаживаются аппараты просто. Вращая движок подстроечного резистора, добиваются чистого, без искажений, звука в телефоне. Наиболее чистое звучание будет примерно в среднем положении ротора резистора. После этого переговорное устройство готово к работе.

В. ЯНЦЕВ

«Моделист-Конструктор» 9 1989

OCR Pirat

Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности

Фототранзисторы являются твердотельными полупроводниками с внутренним усилением, применяемым для передачи цифровых и аналоговых сигналов. Этот прибор выполнен на основе обычного транзистора. Аналогами фототранзисторов являются фотодиоды, которые уступают ему по многим свойствам, и не сочетаются с работой современных электронных приборов и радиоустройств. Их принцип действия похож на работу фоторезистора.

Чувствительность фототранзистора гораздо выше, чем у фотодиода. Они нашли применение в различных устройствах, в которых применяется зависимость от светового потока. Такими устройствами являются лазерные радары, пульты дистанционного управления, датчики дыма и другие. Фототранзисторы могут реагировать как на обычное освещение, так и на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Устройство

Наиболее популярны биполярные фототранзисторы структуры n-p-n.

Ф-транзисторы имеют чувствительность к свету больше, чем простые биполярные, так как они оптимизированы для лучшего взаимодействия с лучами света. В их конструкции зона коллектора и базы имеет большую площадь. Корпус выполнен из темного непрозрачного материала, с окошком для пропускания света.

Большинство таких полупроводников изготавливают из монокристаллов германия и кремния. Существуют также фототранзисторы на основе сложных материалов.

Принцип действия

Транзистор включает в себя базу, коллектор и эмиттер. При функционировании фототранзистора база не включена в работу, так как свет создает электрический сигнал, который дает возможность протекать току по полупроводниковому переходу.

При нерабочей базе переход коллектора транзистора смещается в обратном направлении, а переход эмиттера в прямом направлении. Прибор остается без активности до тех пор, пока луч света не осветит его базу. Освещение активизирует полупроводник, при этом создавая пары дырок и электронов проводимости, то есть носители заряда. В итоге через коллектор и эмиттер проходит ток.

Свойство усиления

Фототранзисторы имеют рабочий диапазон, размер которого зависит от интенсивности падающего света, так как это связано с положительным потенциалом его базы.

Ток базы от падающего света подвергается усилению в сотни и тысячи раз. Дополнительное усиление тока обеспечивается особым транзистором Дарлингтона, который представляет собой полупроводник, эмиттер которого соединен с базой другого биполярного транзистора. На схеме изображен такой вид фототранзистора.

Это дает возможность создать повышенную чувствительность при слабом освещении, так как происходит двойное усиление двумя полупроводниками. Двумя транзисторами можно добиться усиления в сотни тысяч раз. Необходимо учитывать, что транзистор Дарлингтона медленнее реагирует на свет, в отличие от обычного фототранзистора.

Схемы подключения

Схема с общим эмиттером

По этой схеме создается сигнал выхода, переходящий от высокого состояния в низкое, при падении лучей света.

Эта схема выполнена с помощью подключения сопротивления между коллектором транзистора и источником питания. Напряжение выхода снимают с коллектора.

Схема с общим коллектором

Усилитель, подключенный с общим коллектором, создает сигнал выхода, переходящий от низкого состояния в высокое, при попадании света на полупроводник.

Эта схема образуется подключением сопротивления между отрицательным выводом питания и эмиттером. С эмиттера снимается выходной сигнал.

В обоих вариантах транзистор может работать в 2-х режимах:

1. Активный режим.
2. Режим переключения.

Активный режим

В этом режиме фототранзистор создает сигнал выхода, зависящий от интенсивности падающего света. Когда уровень освещенности превосходит определенную границу, то транзистор насыщается, и сигнал на выходе уже не будет повышаться, даже если увеличивать интенсивность лучей света. Такой режим действия рекомендуется для устройств с функцией сравнения двух порогов потока света.

Режим переключения

Действие полупроводника в этом режиме значит, что транзистор будет реагировать на подачу света выключением или включением. Такой режим необходим для устройств, в которых необходимо получение выходного сигнала в цифровом виде. Путем изменения значения резистора в схеме усилителя, можно подобрать один из режимов функционирования.

Для эксплуатации фототранзистора в качестве переключателя чаще всего применяют сопротивление более 5 кОм. Напряжение выхода повышенного уровня в переключающем режиме будет равно питающему напряжению. Напряжение выхода малого уровня должно равняться менее 0,8 В.

Проверка фототранзистора

Такой транзистор легко проверяется мультитестером, даже без наличия базы транзистора. Если подключить мультитестер к участку эмиттер-коллектор, то его сопротивление при любой полярности будет большим, так как транзистор закрыт. Если луч света попадает на чувствительный элемент, то измерительный прибор покажет низкое значение сопротивления, так как транзистор в этом случае открылся, благодаря свету, при правильной полярности питания.

Так ведет себя обычный транзистор, но он открывается сигналом электрического тока, а не лучом света. Кроме силы света, большую роль играет спектральный состав света.

Применение

• Системы охраны (чаще применяются инфракрасные ф-транзисторы).
• Фотореле.
• Системы расчета данных и датчики уровней.
• Автоматические системы коммутации осветительных приборов (также применяются инфракрасные ф-транзисторы).
• Компьютерные управляющие логические системы.
• Кодеры.

Преимущества

• Выдают ток больше, чем фотодиоды.
• Способны создать мгновенную высокую величину тока выхода.
• Основное достоинство – способность создания повышенного напряжения, в отличие от фоторезисторов.
• Невысокая стоимость.

Недостатки

Ф-транзисторы являются аналогом фотодиодов, однако имеют серьезные недостатки, которые создают условия для узкой специализации этого полупроводника.

• Многие виды фототранзисторов изготавливают из силикона, поэтому они не могут работать с напряжением более 1 кВ.
• Такие светочувствительные полупроводники имеют большую зависимость от перепадов напряжения питания в электрической цепи. В таких режимах фотодиод ведет себя гораздо надежнее.
• Ф-транзисторы не сочетаются с работой в лампах, по причине малой скорости носителей заряда.

Обозначения на схемах

Управляемые световым потоком транзисторы, на схемах обозначаются как обычные транзисторы.

VТ1 и VТ2 – ф-транзисторы с базой, VТ3 – транзисторы без базы. Цоколевка изображена как у простых транзисторов.

Так же, как и другие приборы на основе полупроводников с переходом n-p-n, применяющиеся для преобразования светового потока, фототранзисторы можно назвать оптронами. Их на схемах изображают в виде светодиода в корпусе, или в виде оптронов со стрелками. Усилитель во многих схемах обозначается в виде базы и коллектора.

Похожие темы:

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.

как на схеме буквами обозначается оптрон? (например диод VD) (оптрон в корпусе корпус дип 6)

чаще всего как U

Оптрон!? Ща я те свой скину, я сам рисовал :)<img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/f4247a2bd637f8abbe8630a006dd39ab_i-230.jpg» > Но это на моей принципиалке она так нарисована, а ваще вот те куча вариантов… . <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/fc2d809d8aa1aeac1ede48aa7554ce20_i-231.gif» > Оптопары разные бывают, с фотодиодом, транзистором… да дохрена из чего :)Кстати обычный трансформатор тож можно считать как гальваническая развязка 🙂 А подписывают их вот так » DA»

Обозначают U Если оптрон *разрывают* для удобства читаемости схемы то соответственно U1.1 и U1.2