РЕФЕРАТ
Із предмету: «Функціональна електроніка»
На тему: «Оптопари, будова та принцип дії»
ЗМІСТ:
Уведення. 3
Основні визначення. 3
Відмінні риси оптронів. 4
Узагальнена структурна схема. 5
Застосування. 7
Історія. 8
Параметри й характеристики оптопар і оптоелектронних
інтегральних мікросхем. 9
Класифікація параметрів виробів оптронної техніки. 9
Діодні оптопари. 10
Транзисторні й тиристорні оптопари. 11
Резисторные оптопари. 11
Диференціальні оптопари. 12
Оптоелектронні мікросхеми. 12
Сфери застосування оптронів і оптронних мікросхем. 13
Передача інформації. 13
Одержання й відображення інформації. 15
Контроль електричних процесів. 15
Заміна електромеханічних виробів. 16
Енергетичні функції. 17
1. УВЕДЕННЯ
1.1 Основні визначення.
Оптронами називають такі оптоелектронні прилади, у яких є
джерело й приймач випромінювання (світлоджерело і фотоприймач) з
тим або іншим видом оптичному й електричному зв’язку між ними,
конструктивно зв’язані один з одним .
Принцип дії оптронів будь-якого виду заснований на наступному.
У випромінювачі енергія електричного сигналу перетвориться у
світлову, у фотоприймачі, навпаки, світловий сигнал викликає
електричний відгук.
Практично поширення одержали лише оптрони, у яких є прямий
оптичний зв’язок від випромінювача до фотоприймача й, як правило,
виключені всі види електричного зв’язку між цими елементами.
По ступеню складності структурної схеми серед виробів оптронної
техніки виділяють дві групи приладів. Оптопара (говорять також
“елементарний оптрон”) являє собою оптоелектронний
напівпровідниковий прилад, що полягає з випромінюючого й
фотоприйомного елементів, між якими є оптичний зв’язок, що
забезпечує електричну ізоляцію між входом і виходом.
Оптоелектронна інтегральна мікросхема являє собою мікросхему, що полягає
з однієї або декількох оптопар і електрично з’єднаних з ними
одного або декількох, що погодять або підсилювальних пристроїв.
У такий спосіб в електронному ланцюзі такий прилад виконує функцію
елемента зв’язки, у якім у той же час здійснена електрична
(гальванічна) розв’язка входу й виходу.
Рис. 1. Зовнішній вигляд оптрона
1.2 Відмінні риси оптронів.
Гідності цих приладів базуються на загальному оптоелектронному
принципі використання електрично нейтральних фотонів для
переносу інформації. Основні з них наступні:
– можливість забезпечення ідеальної електричної
(гальванічної);розв’язки між входом і виходом; для оптронів не існує
яких-небудь принципових фізичних або конструктивних обмежень по
досягненню як завгодно високих напруг і опорів розв’язки і як
завгодно малої прохідної ємності;
– можливість реалізації безконтактного оптичного керування
електронними об’єктами й обумовлені цим різноманітність і гнучкість
конструкторських розв’язків керуючих ланцюгів;
– односпрямованість поширення інформації з оптичного каналу,
відсутність зворотної реакції приймача на випромінювач;
– широка частотна смуга пропущення оптрона, відсутність обмеження з
боку низьких частот (що властиво імпульсним трансформаторам);
можливість передачі по оптронної ланцюги як імпульсного сигналу,
так і постійної складової;
– можливість керування вихідним сигналом оптрона шляхом
впливу ( у тому числі й неелектричного) на матеріал оптичного
каналу можливість, що й випливає звідси, створення різноманітних
датчиків, а також різноманітних приладів для передачі інформації;
– можливість створення функціональних мікроелектронних
пристроїв з фотоприймачами, характеристики яких при висвітленні
змінюються по складному заданому закону;
– несприйнятливість оптичних каналів зв’язки до впливу
електромагнітних полів, що у випадку “довгих” оптронів (із
протяжним волоконно-оптичним світловодом між випромінювачем і
приймачем) обумовлює їхня захищеність від перешкод і витоку інформації,
а також виключає взаємні наведення ;
– фізична й конструктивно-технологічна сумісність із іншими
напівпровідниковими й мікроелектронними приладами.
Оптронам властиві й певні недоліки:
– значна споживана потужність, обумовлена необхідністю подвійного
перетворення енергії (електрика – світло – електрика) і невисокими
ККД цих переходів;
– підвищена чутливість параметрів і характеристик до
впливу підвищеної температури й проникаючої ядерної радіації;
– більш-менш помітна тимчасова деградація (погіршення) параметрів;
-відносно високий рівень власних шумів, обумовлений, як і два попередні
недоліки, особливостями фізики світлодіодів;
– складність реалізації зворотних зв’язків, викликана електричною
роз’єднаністю вхідний і вихідний ланцюгів;
– конструктивно-технологічна недосконалість, пов’язане з
використанням гібридної непланарної технології, (з необхідністю
об’єднання в одному приладі декількох – окремих кристалів з різних
напівпровідників, розташовуваних у різних площинах).
Перераховані недоліки оптронів у міру вдосконалювання матеріалів,
технології, схемотехніки частково усуваються, але проте ще
тривалий час будуть носити досить принциповий характер. Однак їх
гідності настільки високі, що забезпечують певен внеконкурентность
оптронів серед інших приладів мікроелектроніки.
1.3 Узагальнена структурна схема (мал. 1.1).
Рис 1.1. Узагальнена структурна схема оптрона.
Як елемент зв’язку оптрон характеризується коефіцієнтом
передачі Кi, обумовленим відношенням вихідного й вхідного
сигналів, і максимальною швидкістю передачі інформації F.
Практично замість F вимірюють тривалості наростання й спаду
переданих імпульсів tнар(сп) або граничну частоту. Можливості
оптрона як елемента гальванічної розв’язки характеризуються
максимальною напругою й опором розв’язки Uразв і Rразв і
прохідною ємністю Cразв.
У структурою схемі мал. 1.1 вхідний пристрій служить для
оптимізації робочого режиму випромінювача (наприклад, зсуву
світлодіода на лінійну ділянку ватт-амперної характеристики) і
перетворення (посилення) зовнішнього сигналу. Вхідний блок
повинен мати високий ККД перетворення, високою швидкодією,
широким динамічним діапазоном припустимих вхідних струмів ( для
лінійних систем), малим значенням “граничного” вхідного струму, при
якім забезпечується надійна передача інформації з ланцюга.
Призначення оптичного середовища – передача енергії оптичного
сигналу від випромінювача до фотоприймача, а також у багатьох
випадках забезпечення механічної цілісності конструкції.
Принципова можливість керування оптичними властивостями
середовища, наприклад за допомогою використання електрооптичних
або магнітооптичних ефектів, відбита введенням у схему пристрою
керування, У цьому випадку ми одержуємо оптрон з керованим
оптичним каналом, що функціонально відрізняється від “звичайного”
оптрона: зміна вихідного сигналу може здійснюватися як по входу, так
і по ланцюгу керування.
У фотоприймачі відбувається “відновлення” інформаційного сигналу з
оптичного в електричний; при цьому прагнуть мати високу чутливість і
висока швидкодія.
Нарешті, вихідний пристрій покликано перетворити сигнал фотоприймача
в стандартну форму, зручну для впливу на наступні за оптроном
каскади. Практично обов’язковою функцією вихідного пристрою є
посилення сигналу, тому що втрати після подвійного перетворення дуже
значні. Нерідко функцію посилення виконує й сам фотоприймач
(наприклад, фототранзистор).
Загальна структурна схема мал. 1.1 реалізується в кожному
конкретному приладі лише частиною блоків. Відповідно до цього
виділяють три основні групи приладів оптронної техніки; раніше
названі оптопари (елементарні оптрони) блоки, що використовують,
світлоджерело – оптичне середовище – фотоприймач; оптоелектронні
(оптронні) мікросхеми (оптопари з додаванням вихідного, а іноді й
вхідного пристрою); спеціальні види оптронів – прилади, що
функціонально й конструктивно суттєво відрізняються від елементарних
оптронів і оптоелектронних ІС
Реальний оптрон може бути влаштований і складніше, чим схема на мал.
1.1; кожний із зазначених блоків може містити в собі не один, а трохи
однакових або подібних один одному елементів, зв’язаних електрично й
оптично, однак це не змінює суттєво основ фізики й електроніки
оптрона.
1.4 Застосування.
У якості елементів гальванічної розв’язки оптрони застосовуються: для
зв’язку блоків апаратури, між якими є значна різниця потенціалів;
для захисту вхідних ланцюгів вимірювальних пристроїв від перешкод і
наведень; і т.д.
Інша найважливіша область застосування оптронів – оптичне,
безконтактне керування потужнострумовими й високовольтними
ланцюгами. Запуск потужних тиристорів, тріаків, симисторів, керування
електромеханічними релейними пристроями
Специфічну групу керуючих оптронів становлять резисторні оптрони,
призначені для слабкострумових схем комутації в складних пристроях
візуального відображення інформації, виконаних на
електролюмінесцентних (порошкових) індикаторах, мнемосхемах,
екранах.
Створення “довгих” оптронів (приладів із протяжним гнучким
волоконнооптичним світловодом) відкрив зовсім новий напрямок
застосування виробів оптронної техніки – зв’язок на коротких відстанях.
Різні оптрони (Діодні, резисторні, транзисторні) знаходять застосування
й у чисто радіотехнічних схемах модуляції, автоматичного
регулювання посилення й ін. Вплив по оптичному каналу
використовується тут для виводу схеми в оптимальний робочий режим,
для безконтактної перебудови режиму й т.п.
Можливість зміни властивостей оптичного каналу при різних
зовнішніх впливах на нього дозволяє створити цілу серію оптронних
датчиків: такі датчики вологості й загазованості, датчика
наявності в обсязі тієї або іншої рідини, датчики чистоти обробки
поверхні предмета, швидкості його переміщення й т.п.
Досить специфічним є використання оптронів в енергетичних цілях,
тобто робота діодного оптрона у фотовентильному режимі. У
такому режимі фотодіод генерує електричну потужність у навантаження
й оптрон до певного ступеня подібний малопотужному вторинному
джерелу живлення, повністю розв’язаному від первинного ланцюга;
Створення оптронів з фоторезисторами, властивості яких при
висвітленні міняються по заданому складному закону, дозволяє
моделювати математичні функції, є кроком на шляху створення
функціональної оптоелектроніки.
Універсальність оптронів як елементів гальванічної розв’язки й
безконтактного керування, різноманітність і унікальність багатьох інших
функцій є причиною того, що сферами застосування цих приладів стали
обчислювальна техніка, автоматика, зв’язна й радіотехнічна апаратура,
автоматизовані системи керування, вимірювальна техніка, системи
контролю й регулювання, медична електроніка, пристрої візуального
відображення інформації.
1.5 Історія
Ідея створення й застосування oптронів ставиться до 1955 р., коли в
роботі Loebner E. E. “Opto-electronic devices network” була
запропонована ціла серія приладів з оптичними й електричними зв’язками
між елементами, що дозволяло здійснювати посилення й спектральне
перетворення світлових сигналів, створювати прилади із двома
стійкими станами – бістабільні оптрони, оптоелектронні пристрої
нагромадження й зберігання інформації логічні схеми, регістри
зрушення. Там же був запропонований і термін “оптрон”, утворений як
скорочення від англійського “optical-electronic device”.
Описані в цій роботі оптрони, відмінно ілюструючи принципи,
виявилися непридатними для промислової реалізації, тому що ґрунтувалися
на недосконалій елементарній базі – неефективних і інерційних
порошкових електролюмінесцентних конденсаторах (випромінювач) і
фоторезисторах (приймач). Недосконалі були й найважливіші
експлуатаційні характеристики приладів: низькотемпературна й
тимчасова стабільність параметрів, недостатня стійкість до механічних
впливів. Тому. спочатку оптрон залишався лише цікавим науковим
досягненням, що не знаходить застосування в техніку.
Лише в середині 60-х років розвитку напівпровідникових світлогенеруючих
діодів і технологічно зроблених високоефективних швидкодіючих
кремнієвих фотоприймачів з р – n-переходами (фотодіоди й
фототранзистори) почала створюватися елементарна база сучасної
оптронної техніки. До початку 70-х років виробництво оптронів у
провідних країнах миру перетворилося у важливу, що й швидко
розвивається галузь електронної техніки, що успішно доповнює традиційну
мікроелектроніку.
2. ПАРАМЕТРИ Й ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТОПАР І ОПТОЕЛЕКТРОННИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ
МІКРОСХЕМ
2.1. КЛАСИФІКАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБІВ
ОПТРОННОЇ ТЕХНІКИ
При класифікації виробів оптронної техніки враховується два
моменти: тип фотоприйомного пристрою й конструктивні особливості
приладу в цілому .
Вибір першої класифікаційної ознаки обумовлений тим, що
практично у всіх оптронів на вході поміщений світодіод і
функціональні можливості приладу визначаються вихідними
характеристиками фотоприйомного пристрою.
У якості другої ознаки прийняте конструктивне виконання, яке визначає
специфіку застосування оптрона.
Використовуючи цей змішаний конструктивно-схемотехнічний принцип
класифікації, логічно виділити три основні групи виробів оптронної
техніки: оптопари (елементарні оптрони), оптоелектронні (оптронні)
інтегральні мікросхеми й спеціальні види оптронів. До кожної із
цих груп ставиться велика кількість видів приладів.
Для найпоширеніших оптопар використовуються наступні скорочення:
Д – діодна, Т – транзисторна, R – резисторна, В – тиристорна, Т2 – зі
складеним фототранзистором, ДТ – діод-транзисторна, 2Д (2Т) – диодна
(транзисторна) диференціальна.
Система параметрів виробів оптронної техніки базується на
системі параметрів оптопар, яка формується із чотирьох груп
параметрів і режимів.
Рис 2.1. До визначення імпульсних параметрів оптопар.
O
P†?.
–
i
°
I
O
Oe
*
,
L
\
f
?
’
”
O
a
e
e
4Перша група характеризує вхідний ланцюг оптопари (вхідні
параметри), друга – її вихідний ланцюг (вихідні параметри), третя
– поєднує параметри, що характеризують ступінь впливу
випромінювача на фотоприймач і пов’язані із цим особливості
проходження сигналу через оптопару як елемент зв’язку (параметри
передатної характеристики), нарешті, четверта група поєднує
параметри гальванічної розв’язки, значення яких показують, наскільки
наближається оптопара до ідеального елемента розв’язки. Із
чотирьох перерахованих груп визначальними, специфічно “оптронними”
є параметри передатної характеристики й параметри гальванічної
розв’язки.
Найважливішим параметром діодної і транзисторної оптопар є коефіцієнт
передачі струму. Визначення імпульсних параметрів оптронів ясно з
(мал. 2.1). Відліковими рівнями при вимірі параметрів tнар(сп), tзд, і
tвкл(выкл) звичайно служать рівні 0.1 і 0.9, повний час логічної
затримки сигналу визначається за рівнем 0,5 амплітуди імпульсу.
Рис. 2.2. Умовні позначки оптопар.
Параметрами гальванічної розв’язки. Оптопар є: максимально
припустима пікова напруга між входом і виходом Uразв п max;
максимально допустиме напруження між входом і виходом
Uразв max; опір гальванічної розв’язки Rразв; прохідна ємність Cразв;
максимально припустима швидкість зміни напруги між входом у виходом
(dUразв/dt)max. Найважливішим є параметр Uразв п max. Саме він
визначає електричну міцність оптопари і її можливості як
елемента гальванічної розв’язки.
Розглянуті параметри оптопар повністю або з деякими змінами
використовуються й для опису оптоелектронних інтегральних мікросхем.
2.2. ДІОДНІ ОПТОПАРИ
Діодні оптопари (мал. 2.2,а) у великому ступені, чому які-небудь: інші
прилади, характеризують рівень оптронної техніки. По величині Кi можна
судити про досягнуті ККД перетворення енергії в оптроне; значення
тимчасових параметрів дозволяють визначити граничні швидкості
поширення інформації. Підключення до діодної оптопаре тих або інших
підсилювальних елементів, досить корисне й зручне, не може проте дати
виграшу ні по енергетиці, ні по граничних частотах.
2.3. ТРАНЗИСТОРНІ Й ТИРИСТОРНІ ОПТОПАРИ
Транзисторні оптопари (мал. 2.2, c) рядом своїх властивостей вигідно
відрізняються від інших видів оптронів. Це насамперед схемотехнічна
гнучкість, що проявляється в тому, що колекторним струмом можна
управляти як по ланцюгу світодіода (оптично), так і по базовому ланцюгу
(електрично), а також у тому, що вихідний ланцюг може працювати й у
лінійному й у ключовому режимі. Механізм внутрішнього посилення
забезпечує одержання більших значень коефіцієнта передачі струму Кi,
так що наступні підсилювальні каскади не завжди необхідні.
Важливо, що при цьому інерційність оптопари не дуже велика й для
багатьох випадків цілком припустима. Вихідні струми
фототранзисторів значно вище, чим, наприклад, у фотодіодів, що робить
їхніми придатними для комутації широкого кола електричних кіл.
Нарешті, слід зазначити, що все це досягається при відносній
технологічній простоті транзисторних оптопар.
Тиристорні оптопари (мал. 2.2, b) найбільш перспективні для комутації
потужнострумових високовольтних ланцюгів: по комбінації потужності,
що комутирується в навантаженні, і швидкодії вони явно переважніше Т2
-оптопар. Оптопари типу АОУ103 призначені для використання в якості
безконтактних ключових елементів у різних радіоелектронних схемах: у
ланцюгах керування, підсилювачах потужності, формувачах імпульсів і
т.п.
2.4. РЕЗИСТОРНІ ОПТОПАРИ
Резисторні оптопари (мал. 2.2, d) принципово відрізняються від усіх
інших видів оптопар фізичними й конструктивно-технологічними
особливостями, а також составом і значеннями параметрів.
В основі принципу дії фоторезистора лежить ефект фотопровідності,
тобто зміни опору напівпровідника при висвітленні.
2.5. ДИФЕРЕНЦІАЛЬНІ ОПТОПАРИ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛУ
Увесь викладений вище матеріал стосується питань передачі
цифрової інформації з гальванічно розв’язаного ланцюга. У всіх
випадках, коли говорилося про лінійність, про аналогові сигнали, мова
йшла про вид вихідної характеристики оптопари. У всіх випадках
керування по каналу випромінювач – фотоприймач не описувалося
лінійною залежністю. Важливе завдання являє собою передача аналогової
інформації за допомогою оптопари, тобто, забезпечення лінійності
передатної характеристики вхід – вихід [36]. Лише при наявності
таких оптопар стає можливим безпосереднє поширення аналогової
інформації з гальванічно розв’язаним ланцюгам без перетворення її до
цифрової форми (послідовності імпульсів).
Зіставлення властивостей різних оптопар по параметрах, важливих з
погляду передачі аналогових сигналів приводить до висновку, що якщо це
завдання й може бути вирішена, те тільки за допомогою діодних
оптопар, що володіють гарними частотними й шумовими
характеристиками. Складність проблеми полягає насамперед у вузькому
діапазоні лінійності передатної характеристики й ступені цієї лінійності
в діодних оптопар.
Слід зазначити, що в створенні приладів з гальванічною розв’язкою,
придатних для передачі аналогових сигналів, зроблені лише перші кроки й
можна чекати подальшого прогресу.
2.6. ОПТОЕЛЕКТРОННІ МІКРОСХЕМИ Й ІНШІ ПРИЛАДИ ОПТРОННОГО ТИПУ
Оптоелектронні мікросхеми являють собою один з найбільше широко
застосовувань, розвиваються, перспективних класів виробів оптронної
техніки. Це обумовлене повною електричною й конструктивною сумісністю
оптоелектронних мікросхем із традиційними мікросхемами, а також їх більш
широкими в порівнянні з елементарними оптронами функціональними
можливостями. Як і серед звичайних мікросхем, найбільш широке поширення
одержали перемикальні оптоелектронні мікросхеми.
Спеціальні види оптронів різко відрізняються від традиційних оптопар
і оптоелектронних мікросхем. До них ставляться насамперед оптрони
з відкритим оптичним каналом. У конструкції цих приладів між
випромінювачем і фотоприймачем є повітряний зазор, так що,
поміщаючи в нього ті або інші механічні перешкоди, можна управляти
світловим потоком і тим самим вихідним сигналом оптрона. Таким
чином, оптрони з відкритим оптичним каналом виступають у якості
оптоелектронних датчиків, що фіксують наявність (або відсутність)
предметів, стан їх поверхні, швидкість переміщення або повороту й т.п.
3. СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ ОПТРОНІВ І ОПТРОННИХ МІКРОСХЕМ
Перспективні напрямки розвитку і застосування оптронної техніки в
значній мірі визначилися. Оптрони й оптронні мікросхеми ефективно
застосовуються для передачі інформації між пристроями, що не мають
замкнених електричних зв’язків. Традиційно сильними залишаються
позиції оптоелектронних приладів у техніку одержання й відображення
інформації. Самостійне значення в цьому напрямку мають оптронні
датчики, призначені для контролю процесів і об’єктів, досить
різних по природі й призначенні. Помітно прогресує функціональна
оптронна мікросхемотехніка, орієнтована на виконання різноманітних
операцій, пов’язаних з перетворенням, нагромадженням і зберіганням
інформації. Ефективної й корисної виявляється заміна громіздких,
недовговічних і нетехнологичних (з позицій мікроелектроніки)
електромеханічних виробів (трансформаторів, потенціометрів, реле)
оптоелектронними приладами й пристроями. Досить специфічним, але в
багатьох випадках виправданим і корисним є використання оптронних
елементів в енергетичних цілях.
3.1. ПЕРЕДАЧА ІНФОРМАЦІЇ
Рис 3.1. Схема міжблокової гальванічної розв’язки.
При передачі інформації оптрони використовуються в якості
елементів зв’язки, і, як правило, не несуть самостійного функціонального
навантаження. Їхнє застосування дозволяє здійснити досить ефективну
гальванічну розв’язку пристроїв керування й навантаження (рис 3.1), що
діють у різних електричних умовах і режимах. Із уведенням оптронів
різко підвищується завадостійкість каналів зв’язки; практично
усуваються “паразитні” взаємодії по ланцюгах “землі” і живлення.
Інтерес представляє також раціональне й надійне узгодження цифрових
інтегральних пристроїв з різнорідною елементною базою (ТТЛ, ЕСЛ,
И2Л, КМОП і т. п).
Рис 3.2. Схема сполучення ТТЛ і МДП елементів по оптичному каналу.
Схема узгодження елемента транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ)
з інтегральним пристроєм на Мдп-Транзисторах побудована на
транзисторному оптроне (мал. 4.2). У конкретному варіанті: E1 = Е2 =5 В,
Е3 = 15 В, R1 = 820 Ом, R2 = 24 кому – світодіод оптрона збуджується
струмом (5 мА), достатнім для насичення транзистора й певен
керування пристроєм на Мдп-Транзисторах.
Активно використовуються оптичні зв’язки в телефонних пристроях і
системах. За допомогою оптронів технічно нескладними засобами
вдається підключати до телефонних ліній мікроелектронні пристрої,
призначені для виклику, індикації, контролю й інших цілей.
Уведення оптичних зв’язків в електронну вимірювальну апаратуру, крім
корисної в багатьох відносинах гальванічної розв’язки досліджуваного
об’єкта й вимірювального приладу, дозволяє також різко зменшити вплив
перешкод, що діють по ланцюгах заземлення й живлення.
Рис 3.3. Схема комутації навантаження змінного струму.
Значний інтерес представляють можливості й досвід використання
оптоелектронних приладів і пристроїв у біомедицинській апаратурі.
Оптрони дозволяють надійно ізолювати хворого від дії високих напруг,
наявних, наприклад, в електрокардіографічних приладах.
Безконтактне керування потужними, високовольтними ланцюгами по
оптичних каналах досить зручно й безпечно в складних технічних
режимах, характерних для багатьох пристроїв і комплексів промислової
електроніки. У цій області сильні позиції тиристорних оптронів (рис
3.3).
3.2. ОДЕРЖАННЯ Й ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ
Рис 3.4. Оптоелектронний датчик.
Оптрони й оптронні мікросхеми займають міцні позиції в
безконтактній дистанційній техніці оперативного одержання й точного
відображення інформації про характеристики й властивості досить різних
( по природі й призначенню) процесів і об’єктів. Унікальними
можливостями в цьому плані мають оптрони з відкритими оптичними
каналами. Серед них оптоелектронні переривники, що реагують на
перетинання оптичного каналу непрозорими об’єктами (рис 3.4), і
відбивні оптрони, у яких вплив світлоджерел на фотоприймачі цілком
пов’язане з відбиттям випромінюваного потоку від зовнішніх об’єктів.
Коло застосувань оптронів з відкритими оптичними каналами великий
і різноманітний. Уже в 60 роки оптрони подібного типу ефективно
використовувалися для реєстрації предметів і об’єктів. При такій
реєстрації, характерної в першу чергу для пристроїв автоматичного
контролю й рахунку об’єктів, а також для виявлення й індикації
різного роду дефектів і відмов, важливо чітко визначити
місцезнаходження об’єкта або відбити факт його існування. Функції
реєстрації оптрони виконують надійно й оперативно.
3.3. КОНТРОЛЬ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРОЦЕСІВ
Потужність випромінювання, генерованого світлодіодом, і рівень
фотоструму, що виникає в лінійних ланцюгах з фотоприймачами, прямо
пропорційні току електричної провідності випромінювача. Таким чином,
по оптичних (безконтактним, дистанційним) каналам можна одержати
цілком певну, інформацію про процеси в електричних колах,
гальванічно пов’язаних з випромінювачем. Особливо ефективним
виявляється використання світлоджерел оптронів у якості датчиків
електричних змін у потужнострумових, високовольтних ланцюгах. Чітка
інформація про подібні зміни важлива для оперативного захисту джерел
і споживачів енергії від електричних перевантажень.
Рис. 3.5. Стабілізатор напруги з контролюючим оптроном.
Оптрони успішно діють у високовольтних стабілізаторах напруги, де
вони створюють оптичні канали негативних зворотних зв’язків.
Розглянутий стабілізатор (мал. 3.5) ставляться до пристрою
послідовного типу, причому регулюючим елементом є біполярний
транзистор, а кремнієвий стабілітрон діє як джерело, опорного
(еталонного) напруги. елементом, що порівнює, служить світодіод.
Якщо вихідна напруга в схемі мал. 3.5 зростає, то збільшується й
струм провідності світодіода. Фототранзистор оптрона впливає на
транзистор, пригнічуючи можливу нестабільність вихідної напруги.
3.4. ЗАМІНА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ВИРОБІВ
Рис 3.5. Схема оптоелектронного трансформатора
У комплексі технічних розв’язків, орієнтованих на підвищення
ефективності і якості пристроїв автоматики, радіотехніки,
електрозв’язку, промислової й побутової електроніки, доцільним і
корисним заходом є заміна електромеханічних виробів
(трансформаторів, реле, потенціометрів, реостатів, кнопкових і
клавішних перемикачів) більш компактними, довговічними,
швидкодіючими аналогами. Провідна роль у цьому напрямку
приділяється оптоелектронним приладам і пристроям. Справа в тому, що
досить важливі технічні гідності трансформаторів і
електромагнітних реле (гальванічна розв’язка ланцюгів керування й
навантаження, певен функціонування в потужних, високовольтних,
потужнострумових системах) властиві й оптронам. Разом з тим
оптоелектронні вироби суттєво перевершують електромагнітні аналоги по
надійності, довговічності, перехідних і частотних характеристиках.
Керування компактними й швидкодіючими оптоелектронними
трансформаторами, перемикачами, реле впевнено здійснюється за допомогою
інтегральних мікросхем цифрової техніки без спеціальних засобів
електричного узгодження.
Приклад заміни імпульсного трансформатора наведено на рис 3.5.
3.5. ЕНЕРГЕТИЧНІ ФУНКЦІЇ
В енергетичному режимі оптрони використовуються в якості вторинних
джерел ЕДС і струму. ККД оптронних перетворювачів енергії
невеликий. Однак можливість уведення додаткового джерела напруги або
токи в будь-який ланцюг пристрою без гальванічного зв’язку з
первинним джерелом живлення дає розроблювачеві новий ступінь волі,
особливо корисну при розв’язку нестандартних технічних заду.
PAGE
PAGE 17
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
