Optični konektorji in njihova uporaba
Optocoupler (ali optocoupler, kot se je pred kratkim začel imenovati) je strukturno sestavljen iz dveh elementov: oddajnika in fotodetektorja, ki sta praviloma združena v skupnem zaprtem ohišju.
Obstaja veliko vrst optičnih sklopnikov: upor, dioda, tranzistor, tiristor. Ta imena označujejo vrsto fotodetektorja. Kot oddajnik se običajno uporablja polprevodniška infrardeča LED z valovno dolžino v območju 0,9 … 1,2 mikronov. Uporabljajo se tudi rdeče LED diode, elektroluminiscenčni oddajniki in miniaturne žarnice z žarilno nitko.
Glavni namen optičnih sklopnikov je zagotoviti galvansko ločitev med signalnimi vezji. Na podlagi tega se lahko splošno načelo delovanja teh naprav kljub razliki v fotodetektorjih šteje za enako: vhodni električni signal, ki prihaja do oddajnika, se pretvori v svetlobni tok, ki ob delovanju fotodetektorja spremeni svojo prevodnost. .
Če je fotodetektor fotoupor, postane njegova svetlobna upornost tisočkrat manjša od prvotne (temne) upornosti, če fototranzistor — obsevanje njegove baze povzroči enak učinek kot pri dovajanju toka na bazo konvencionalni tranzistorin se odpre.
Posledično se na izhodu optičnega sklopnika oblikuje signal, ki na splošno morda ni enak obliki vhoda, vhodno in izhodno vezje pa nista galvansko povezana. Med vhodno in izhodno vezje optičnega sklopnika je nameščena električno močna prozorna dielektrična masa (običajno organski polimer), katere upor doseže 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Industrijsko izdelani optični sklopniki so poimenovani na podlagi trenutnega sistema označevanja polprevodniških naprav.
Prva črka oznake optičnega sklopnika (A) označuje začetni material oddajnika - galijev arzenid ali trdno raztopino galij-aluminijevega arzena, druga (O) pomeni podrazred - optični sklopnik; tretji prikazuje, kateri vrsti naprava pripada: P — upor, D — dioda, T — tranzistor, Y — tiristor. Sledijo številke, ki pomenijo številko razvoja, in črka - ta ali ona tipska skupina.
Optocoupler naprava
Oddajnik - nezavita LED - je običajno nameščen v zgornjem delu kovinskega ohišja, v spodnjem delu, na nosilcu kristala, pa je ojačan silicijev fotodetektor, na primer fototiristor. Ves prostor med LED in fototiristorjem je zapolnjen s strjevalno prozorno maso. To polnilo je prekrito s plastjo, ki odbija svetlobne žarke navznoter, kar preprečuje razprševanje svetlobe izven delovnega območja.
Nekoliko drugačna zasnova od opisanega uporovnega optičnega spojnika... Tu je v zgornjem delu kovinskega ohišja nameščena miniaturna svetilka z žarilno nitko, v spodnjem delu pa fotorezistor na osnovi kadmijevega selena.
Fotoupor je izdelan posebej, na tanki sitalni podlagi. Nanj se naprši film polprevodniškega materiala, kadmijevega selenida, nakar se oblikujejo elektrode iz prevodnega materiala (npr. aluminija). Izhodne žice so privarjene na elektrode. Togo povezavo med svetilko in podnožjem zagotavlja utrjena prozorna masa.
Luknje v ohišju za žice optičnega sklopnika so zapolnjene s steklom. Tesna povezava pokrova in podnožja telesa je zagotovljena z varjenjem.
Tokovno-napetostna karakteristika (CVC) tiristorskega optičnega sklopnika je približno enaka kot pri enojnem tiristor… V odsotnosti vhodnega toka (I = 0 — temna karakteristika) se lahko fototiristor vklopi le pri zelo visoki vrednosti napetosti, ki se nanj nanaša (800 … 1000 V). Ker je uporaba tako visoke napetosti praktično nesprejemljiva, je ta krivulja čisto teoretično smiselna.
Če na fototiristor pripeljemo enosmerno obratovalno napetost (od 50 do 400 V, odvisno od tipa optičnega spojnika), se naprava lahko vklopi šele ob dovajanju vhodnega toka, ki je zdaj pogonski.
Preklopna hitrost optičnega sklopnika je odvisna od vrednosti vhodnega toka. Tipični preklopni časi so t = 5 … 10 μs. Izklopni čas optičnega sklopnika je povezan s procesom resorpcije manjšinskih tokovnih nosilcev v spojih fototiristorja in je odvisen le od vrednosti pretekajočega izhodnega toka.Dejanska vrednost prožilnega časa je v območju 10 … 50 μs.
Največji in delovni izhodni tok fotoupornega optičnega sklopnika se močno zmanjša, ko se temperatura okolice dvigne nad 40 stopinj Celzija. Izhodni upor tega optičnega sklopnika ostane konstanten do vrednosti vhodnega toka 4 mA, z nadaljnjim povečevanjem vhodnega toka (ko začne svetilnost žarnice z žarilno nitko naraščati) pa se močno zmanjša.
Poleg zgoraj opisanih obstajajo optični sklopniki s tako imenovanim odprtim optičnim kanalom ... Pri tem je osvetljevalec infrardeča LED, fotodetektor pa je lahko fotoupor, fotodioda ali fototranzistor. Razlika med tem optičnim sklopnikom je v tem, da njegovo sevanje gre ven, se odbije od nekega zunanjega predmeta in se vrne v optični sklopnik, v fotodetektor. V takem optičnem sklopniku je mogoče izhodni tok nadzorovati ne samo z vhodnim tokom, temveč tudi s spreminjanjem položaja zunanje odsevne površine.
V optičnih sklopnikih z odprtim optičnim kanalom sta optični osi oddajnika in sprejemnika vzporedni ali pod rahlim kotom. Obstajajo izvedbe takšnih optičnih sklopnikov s koaksialnimi optičnimi osemi. Takšne naprave se imenujejo optični sklopniki.
Uporaba otronov
Trenutno se optični sklopniki pogosto uporabljajo, zlasti za združevanje mikroelektronskih logičnih blokov, ki vsebujejo močne diskretne elemente z aktuatorji (releji, elektromotorji, kontaktorji itd.), Kot tudi za komunikacijo med logičnimi bloki, ki zahtevajo galvansko izolacijo, modulacijo konstantnih in počasi spreminjajočih se napetosti, pretvorba pravokotne impulze pri sinusnih nihanjih, krmiljenje močnih svetilk in indikatorjev visoke napetosti.