Connettori ottici e loro applicazioni
Un accoppiatore ottico (o accoppiatore ottico, come ha iniziato a essere chiamato di recente) è strutturalmente costituito da due elementi: un emettitore e un fotorilevatore, uniti, di regola, in un comune alloggiamento sigillato.
Esistono molti tipi di accoppiatori ottici: resistore, diodo, transistor, tiristore. Questi nomi indicano il tipo di fotorilevatore. Come emettitore viene solitamente utilizzato un LED a infrarossi a semiconduttore con una lunghezza d'onda compresa tra 0,9 e 1,2 micron. Vengono utilizzati anche LED rossi, emettitori elettroluminescenti e lampade a incandescenza miniaturizzate.
Lo scopo principale degli optoaccoppiatori è quello di fornire l'isolamento galvanico tra i circuiti di segnale. In base a ciò, il principio generale di funzionamento di questi dispositivi, nonostante la differenza dei fotorilevatori, può essere considerato lo stesso: il segnale elettrico in ingresso che arriva all'emettitore viene convertito in un flusso luminoso che, agendo sul fotorilevatore, ne modifica la conducibilità .
Se il fotorilevatore è fotoresistenza, quindi la sua resistenza alla luce diventa migliaia di volte inferiore alla resistenza originale (oscura) se il fototransistor - l'irradiazione della sua base produce lo stesso effetto di quando la corrente viene applicata alla base transistor convenzionalee si apre.
Di conseguenza, si forma un segnale all'uscita dell'optoaccoppiatore, che in generale potrebbe non essere identico alla forma dell'ingresso, e i circuiti di ingresso e uscita non sono collegati galvanicamente. Una massa dielettrica trasparente elettricamente forte (solitamente un polimero organico) è posta tra i circuiti di ingresso e di uscita dell'accoppiatore ottico, la cui resistenza raggiunge 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Gli accoppiatori ottici prodotti nel settore sono denominati in base all'attuale sistema di designazione dei dispositivi a semiconduttore.
La prima lettera della designazione dell'accoppiatore ottico (A) indica il materiale di partenza dell'emettitore - arseniuro di gallio o una soluzione solida di gallio-alluminio-arsenico, la seconda (O) indica la sottoclasse - accoppiatore ottico; il terzo mostra a quale tipo appartiene il dispositivo: P - resistore, D - diodo, T - transistor, Y - tiristore. Successivamente ci sono i numeri, che indicano il numero dello sviluppo e una lettera: questo o quel gruppo di tipi.
Dispositivo optoaccoppiatore
L'emettitore - un LED da scartare - è solitamente posizionato nella parte superiore della custodia metallica e nella parte inferiore, su un supporto di cristallo, è un fotorilevatore di silicio rinforzato, ad esempio un fototiristore. L'intero spazio tra il LED e il fototiristore è riempito da una massa trasparente in via di solidificazione. Questa imbottitura è ricoperta da uno strato che riflette i raggi di luce verso l'interno, impedendo alla luce di disperdersi all'esterno dell'area di lavoro.
Un design leggermente diverso dall'accoppiatore ottico del resistore descritto... Qui una lampada in miniatura con un filamento a incandescenza è installata nella parte superiore del corpo metallico e nella parte inferiore è installata una fotoresistenza a base di selenio cadmio.
La fotoresistenza è fabbricata separatamente, su una sottile base di sital. Su di esso viene spruzzato un film di un materiale semiconduttore, il seleniuro di cadmio, dopodiché si formano degli elettrodi di un materiale conduttivo (ad esempio alluminio). I fili di uscita sono saldati agli elettrodi. Il collegamento rigido tra la lampada e la base è fornito da una massa trasparente indurita.
I fori nell'alloggiamento per i fili dell'accoppiatore ottico sono riempiti di vetro. La stretta connessione del coperchio e della base del corpo è assicurata dalla saldatura.
La caratteristica corrente-tensione (CVC) di un fotoaccoppiatore a tiristori è approssimativamente uguale a quella di un singolo tiristore… In assenza di corrente di ingresso (I = 0 — caratteristica scura), il fototiristore può accendersi solo a un valore molto elevato della tensione ad esso applicata (800 … 1000 V). Poiché l'applicazione di una tensione così elevata è praticamente inaccettabile, questa curva ha un senso puramente teorico.
Se al fototiristore viene applicata una tensione continua di funzionamento (da 50 a 400 V, a seconda del tipo di optoaccoppiatore), il dispositivo può essere acceso solo quando viene fornita una corrente in ingresso, che ora è quella di pilotaggio.
La velocità di commutazione dell'optoaccoppiatore dipende dal valore della corrente di ingresso. I tempi di commutazione tipici sono t = 5 … 10 μs. Il tempo di spegnimento dell'optoaccoppiatore è correlato al processo di riassorbimento dei portatori di corrente minoritari nelle giunzioni del fototiristore e dipende solo dal valore della corrente di uscita fluente.Il valore effettivo del tempo di intervento è compreso tra 10 e 50 μs.
La corrente di uscita massima e operativa dell'accoppiatore ottico a fotoresistenza diminuisce bruscamente quando la temperatura ambiente supera i 40 gradi Celsius. La resistenza di uscita di questo optoaccoppiatore rimane costante fino al valore della corrente di ingresso di 4 mA, e con un ulteriore aumento della corrente di ingresso (quando la luminosità della lampada ad incandescenza inizia ad aumentare) diminuisce bruscamente.
Oltre a quelli sopra descritti, esistono optoaccoppiatori con il cosiddetto canale ottico aperto... Qui l'illuminatore è un LED a infrarossi e il fotorilevatore può essere una fotoresistenza, un fotodiodo o un fototransistor. La differenza tra questo optoaccoppiatore è che la sua radiazione esce, viene riflessa da qualche oggetto esterno e ritorna all'optoaccoppiatore, al fotorilevatore. In un tale accoppiatore ottico, la corrente di uscita può essere controllata non solo dalla corrente di ingresso ma anche modificando la posizione della superficie riflettente esterna.
Negli optoaccoppiatori a canale ottico aperto, gli assi ottici dell'emettitore e del ricevitore sono paralleli o leggermente inclinati. Esistono progetti di tali accoppiatori ottici con assi ottici coassiali. Tali dispositivi sono chiamati optoaccoppiatori.
Applicazione di otron
Attualmente, gli accoppiatori ottici sono ampiamente utilizzati, in particolare per combinare blocchi logici microelettronici contenenti potenti elementi discreti con attuatori (relè, motori elettrici, contattori, ecc.), nonché per la comunicazione tra blocchi logici che richiedono isolamento galvanico, modulazione di costanti e variazioni lente tensioni, conversione impulsi rettangolari nelle oscillazioni sinusoidali, controllo di potenti lampade e indicatori di alta tensione.