מחברים אופטיים והיישומים שלהם

מושג מצמד אופטו, סוגי מצמדים אופטו.

מצמד אופטו (או מצמד אופטו, כפי שהוא התחיל להיקרא לאחרונה) מורכב מבחינה מבנית משני אלמנטים: פולט ופוטו-גלאי, המאוחדים, ככלל, בבית אטום משותף.

ישנם סוגים רבים של מצמדים אופטיים: נגד, דיודה, טרנזיסטור, תיריסטור. שמות אלה מציינים את סוג הפוטו-גלאי. כפולט, בדרך כלל נעשה שימוש ב-LED אינפרא אדום מוליכים למחצה עם אורך גל בטווח של 0.9 ... 1.2 מיקרון. נורות לד אדומות, פולטי אלקטרו-אור ומנורות ליבון מיניאטוריות משמשים גם כן.

המטרה העיקרית של מצמדים אופטיים היא לספק בידוד גלווני בין מעגלי האות. בהתבסס על כך, עקרון הפעולה הכללי של מכשירים אלה, למרות ההבדל בגלאי הפוטו, יכול להיחשב זהה: האות החשמלי המבוא המגיע אל הפולט מומר לשטף אור, אשר, הפועל על הפוטו-גלאי, משנה את מוליכותו .

אם הפוטו-גלאי הוא photoresistor, אז התנגדות האור שלו הופכת פי אלפי מונים מההתנגדות המקורית (כהה) אם הפוטוטרנזיסטור - הקרנת הבסיס שלו מייצרת את אותו אפקט כמו כאשר זרם מופעל על הבסיס טרנזיסטור קונבנציונליונפתח.

כתוצאה מכך, נוצר אות ביציאה של המצמד האופטי, שבאופן כללי עשוי שלא להיות זהה לצורת הקלט, ומעגלי הקלט והיציאה אינם מחוברים גלוונית. מסה דיאלקטרית שקופה חזקה חשמלית (בדרך כלל פולימר אורגני) ממוקמת בין מעגלי הקלט והמוצא של המצמד האופטי, שהתנגדותו מגיעה ל-10 ^ 9 ... 10 ^ 12 אוהם.

מצמדים אופטיים מתוצרת התעשייה נקראים על סמך מערכת ייעוד התקן מוליכים למחצה הנוכחית.

האות הראשונה של ייעוד המצמד האופטו (A) מציינת את חומר המוצא של הפולט - גליום ארסניד או תמיסה מוצקה של גליום-אלומיניום-ארסן, השנייה (O) פירושה תת-המעמד - מצמד אופטו; השלישי מראה לאיזה סוג המכשיר שייך: P - נגד, D - דיודה, T - טרנזיסטור, Y - תיריסטור. בהמשך יש מספרים, שפירושם מספר הפיתוח, ואות - קבוצת סוג זה או אחר.

מכשיר מצמד אופטו

הפולט - LED לא עטוף - ממוקם בדרך כלל בחלק העליון של מארז המתכת, ובחלק התחתון, על מחזיק קריסטל, נמצא פוטו-גלאי סיליקון מחוזק, למשל, פוטו-תיריסטור. כל החלל בין ה-LED והפוטו-תריסטור מלא במסה שקופה מתמצקת. מילוי זה מכוסה בשכבה המחזירה קרני אור פנימה, המונעת פיזור אור מחוץ לאזור העבודה.

עיצוב מעט שונה מהמצמד האופטי של הנגד המתואר... כאן מותקנת מנורה מיניאטורית עם חוט ליבון בחלק העליון של גוף המתכת ובחלקו התחתון מותקן פוטו-נגד על בסיס קדמיום סלניום.

הנגד הפוטו מיוצר בנפרד, על בסיס סיטאלי דק. מרוסס עליו סרט של חומר מוליך למחצה, קדמיום סלניד, ולאחר מכן נוצרות אלקטרודות העשויות מחומר מוליך (למשל אלומיניום). חוטי המוצא מרותכים לאלקטרודות. החיבור הנוקשה בין המנורה לבסיס מסופק על ידי מסה שקופה מוקשה.

החורים במארז עבור חוטי המצמד האופטו מלאים בזכוכית. החיבור ההדוק של הכיסוי ובסיס הגוף מובטח על ידי ריתוך.

מאפיין הזרם-מתח (CVC) של מצמד אופטו תיריסטור זהה בערך לזה של יחיד תיריסטור... בהיעדר זרם כניסה (I = 0 - מאפיין כהה), הפוטו-תיריסטור יכול להידלק רק בערך גבוה מאוד של המתח המופעל עליו (800 ... 1000 וולט). מכיוון שהיישום של מתח גבוה כזה הוא כמעט בלתי מתקבל על הדעת, עקומה זו הגיונית תיאורטית בלבד.

אם מתח הפעלה ישיר (מ-50 עד 400 וולט, תלוי בסוג המצמד האופטו) מופעל על הפוטוטיריסטור, ניתן להפעיל את ההתקן רק כאשר מסופק זרם כניסה, שהוא כעת הגורם המניע.

מהירות המיתוג של המצמד האופטו תלוי בערך זרם הכניסה. זמני מיתוג אופייניים הם t = 5 … 10 מיקרומטר שניות. זמן הכיבוי של המצמד האופטו קשור לתהליך הספיגה של נושאי זרם מיעוט בצמתים של הפוטוטיריסטור ותלוי רק בערך של זרם המוצא הזורם.הערך האמיתי של זמן היציאה הוא בטווח של 10 … 50 μs.

זרם המוצא המרבי והתפעולי של מצמד האופטו-נגד פוטו יורד בחדות כאשר טמפרטורת הסביבה עולה מעל 40 מעלות צלזיוס. התנגדות הפלט של מצמד אופטו זה נשארת קבועה עד לערך זרם הכניסה של 4 mA, ועם עלייה נוספת בזרם הכניסה (כאשר הבהירות של מנורת הליבון מתחילה לעלות) היא יורדת בחדות.

בנוסף לאלו שתוארו לעיל, ישנם מצמדים אופטו עם מה שנקרא ערוץ אופטי פתוח... כאן, המאיר הוא LED אינפרא אדום, והפוטו-גלאי יכול להיות פוטונגד, פוטודיודה או פוטוטרנזיסטור. ההבדל בין מצמד אופטו זה הוא שהקרינה שלו יוצאת החוצה, מוחזרת מעצם חיצוני כלשהו וחוזרת למצמד האופטו, אל הפוטו-גלאי. במצמד אופטו כזה, ניתן לשלוט בזרם המוצא לא רק על ידי זרם הכניסה אלא גם על ידי שינוי המיקום של המשטח הרפלקטיבי החיצוני.

במצמדי ערוצים אופטיים פתוחים, הצירים האופטיים של הפולט והמקלט מקבילים או בזווית קלה. ישנם עיצובים של מצמדים אופטיים כאלה עם צירים אופטיים קואקסיאליים. מכשירים כאלה נקראים מצמדים אופטו.

יישום של אוטרונים

כיום, נעשה שימוש נרחב במצמדים אופטיים, במיוחד לשילוב בלוקים לוגיים מיקרו-אלקטרוניים המכילים אלמנטים בדידים רבי עוצמה עם מפעילים (ממסרים, מנועים חשמליים, מגעים וכו'), כמו גם לתקשורת בין בלוקים לוגיים הדורשים בידוד גלווני, אפנון של קבוע ומשתנה לאט. מתחים, המרה פולסים מלבניים בתנודות סינוסואידיות, שליטה על מנורות חזקות ומחוונים של מתח גבוה.