Optikai csatlakozók és alkalmazásaik
Az optocsatoló (vagy optocsatoló, ahogy a közelmúltban kezdték nevezni) szerkezetileg két elemből áll: egy emitterből és egy fotodetektorból, amelyek általában egy közös zárt házban vannak egyesítve.
Sokféle optocsatoló létezik: ellenállás, dióda, tranzisztor, tirisztor. Ezek a nevek a fotodetektor típusát jelzik. Emiterként általában 0,9…1,2 mikron hullámhosszú félvezető infravörös LED-et használnak. Piros LED-eket, elektrolumineszcens emittereket és miniatűr izzólámpákat is használnak.
Az optocsatolók fő célja a jeláramkörök közötti galvanikus leválasztás. Ez alapján ezen eszközök általános működési elve a fotodetektorok különbsége ellenére azonosnak tekinthető: az emitterhez érkező bemenő elektromos jel fényárammá alakul, amely a fotodetektorra hatva megváltoztatja vezetőképességét. .
Ha a fotodetektor az fotoellenállás, akkor fényellenállása ezerszer kisebb lesz, mint az eredeti (sötét) ellenállás, ha a fototranzisztor - alapjának besugárzása ugyanazt a hatást váltja ki, mint amikor áramot vezetnek az alapra hagyományos tranzisztorés kinyílik.
Ennek eredményeként az optocsatoló kimenetén jel keletkezik, amely általában nem lehet azonos a bemenet alakjával, és a bemeneti és kimeneti áramkörök nincsenek galvanikusan összekapcsolva. Az optocsatoló bemeneti és kimeneti áramkörei közé elektromosan erős átlátszó dielektromos tömeget (általában szerves polimert) helyeznek, amelynek ellenállása eléri a 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohmot.
Az iparilag gyártott optocsatolók elnevezése a jelenlegi félvezető eszközök jelölési rendszere alapján történik.
Az optocsatoló jelölésének első betűje (A) az emitter kiindulási anyagát jelöli – gallium-arzenid vagy gallium-alumínium-arzén szilárd oldata, a második (O) pedig az optocsatoló alosztályát jelenti; a harmadik azt mutatja, hogy melyik típushoz tartozik az eszköz: P — ellenállás, D — dióda, T — tranzisztor, Y — tirisztor. Ezután a számok, amelyek a fejlesztés számát jelentik, és egy betű - ez vagy az a típuscsoport.
Optocsatoló eszköz
Az emittert - egy csomagolatlan LED-et - általában a fémház felső részében helyezik el, az alsó részen pedig egy kristálytartón egy megerősített szilícium fotodetektor, például egy fototirisztor. A LED és a fototirisztor közötti teljes tér megszilárdul átlátszó masszával van kitöltve. Ezt a tölteléket a fénysugarakat befelé visszaverő réteg borítja, amely megakadályozza, hogy a fény a munkaterületen kívülre szóródjon.
A leírt ellenállásos optikai csatolótól kissé eltérő kialakítás... Itt a fémtest felső részébe egy miniatűr izzószálas lámpa, az alsóba pedig egy kadmium-szelén alapú fotoellenállás került beépítésre.
A fotoellenállást külön gyártják, vékony szitál alapra. Félvezető anyagból, kadmium-szelenidből készült filmet szórnak rá, majd vezető anyagból (pl. alumíniumból) elektródákat alakítanak ki. A kimeneti vezetékek az elektródákhoz vannak hegesztve. A lámpa és a talp közötti merev kapcsolatot egy edzett átlátszó massza biztosítja.
Az optocsatoló vezetékeinek házában lévő lyukak üveggel vannak kitöltve. A burkolat és a karosszéria alapjának szoros kapcsolatát hegesztéssel biztosítjuk.
A tirisztoros optocsatoló áram-feszültség karakterisztikája (CVC) megközelítőleg megegyezik az egyetlené tirisztor… Bemeneti áram hiányában (I = 0 – sötét karakterisztika) a fototirisztor csak nagyon magas feszültségnél (800 … 1000 V) tud bekapcsolni. Mivel ilyen nagy feszültség alkalmazása gyakorlatilag elfogadhatatlan, ennek a görbének pusztán elméleti értelme van.
Ha közvetlen üzemi feszültséget (50-400 V, az optocsatoló típusától függően) kapcsolunk a fototirisztorra, akkor a készülék csak akkor kapcsolható be, ha bemeneti áramot kapunk, amely jelenleg a hajtóerő.
Az optocsatoló kapcsolási sebessége a bemeneti áram értékétől függ. A tipikus kapcsolási idők t = 5 … 10 μs. Az optocsatoló kikapcsolási ideje a fototirisztor csomópontjaiban lévő kisebbségi áramhordozók reszorpciós folyamatához kapcsolódik, és csak az átfolyó kimeneti áram értékétől függ.A kioldási idő tényleges értéke 10…50 μs tartományba esik.
A fotoellenállásos optocsatoló maximális és üzemi kimeneti árama meredeken csökken, ha a környezeti hőmérséklet 40 Celsius fok fölé emelkedik. Ennek az optocsatolónak a kimeneti ellenállása állandó marad a 4 mA bemeneti áram értékéig, és a bemeneti áram további növekedésével (amikor az izzólámpa fényereje növekedni kezd) élesen csökken.
A fent leírtakon kívül vannak úgynevezett nyitott optikai csatornával rendelkező optocsatolók... Itt a megvilágító egy infra LED, a fotodetektor pedig lehet fotoellenállás, fotodióda vagy fototranzisztor. Az optocsatoló között az a különbség, hogy a sugárzása kialszik, visszaverődik valamilyen külső tárgyról, és visszatér az optocsatolóhoz, a fotodetektorhoz. Egy ilyen optocsatolóban a kimeneti áram nemcsak a bemeneti árammal szabályozható, hanem a külső visszaverő felület helyzetének változtatásával is.
A nyitott optikai csatornás optocsatolókban az adó és a vevő optikai tengelyei párhuzamosak vagy enyhe szöget zárnak be. Vannak ilyen koaxiális optikai tengellyel rendelkező optocsatolók. Az ilyen eszközöket optocsatolóknak nevezik.
Otronok alkalmazása
Jelenleg az optocsatolókat széles körben alkalmazzák, különösen nagy teljesítményű diszkrét elemeket tartalmazó mikroelektronikai logikai blokkok és működtetőelemek (relék, villanymotorok, kontaktorok stb.) kombinálására, valamint galvanikus leválasztást igénylő logikai blokkok közötti kommunikációra, állandó és lassan változó modulációra. feszültségek, átalakítás téglalap alakú impulzusok szinuszos rezgések esetén nagy teljesítményű lámpák és nagyfeszültségű jelzők vezérlése.