23. Оптроны

Устройство оптронов

Излучатель - бескорпусный светодиод, - как правило, помещают в верхней части металлического корпуса, а в нижней - на кристаллодержателе - укрепляют кристалл кремниевого фотоприемника, например фототиристора. Все пространство между светодиодом и фототиристором заливают твердеющей прозрачной массой. Эту заливку покрывают отражающим внутрь световые лучи слоем, который препятствует рассеянию света за пределы рабочей зоны.

Мало отличается от описанной конструкция резисторного оптрона. Здесь в верхней части металлического корпуса укреплена сверхминиатюрная лампа накаливания, а в нижней - фоторезистор на основе селенистого кадмия.

Фоторезистор изготавливают отдельно, на тонкой подложке из ситалла. На нее напыляют пленку из полупроводникового материала - селенида кадмия, а затем - формообразующие электроды из токопроводящего материала (например алюминия). К электродам приваривают выходные выводы. Жесткое соединение лампы и подложки между собой обеспечивается затвердевшей прозрачной массой.

Отверстия в корпусе для выводов оптрона залиты стеклом. Герметичное соединение крышки и основания корпуса обеспечено сваркой. 

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристорного оптрона примерно такая же, что и у одиночного тиристора. При отсутствии входного тока (I=0 - темновая характеристика) фототиристор может включиться только при очень высоком значении приложенного к нему прямого напряжения (800...1000 В). Так как практически приложение столь большого напряжения недопустимо, то эта кривая имеет чисто теоретический смысл.

Если приложить к фототиристору прямое рабочее напряжение (от 50 до 400 В, в зависимости от типа оптрона), включение прибора возможно только при подаче входного тока, который теперь является управляющим.

Скорость включения оптрона зависит от значения входного тока. Типичные значения времени включения t=5...10 мкс. Время выключения оптрона связано с процессом рассасывания неосновных носителей тока в переходах фототиристора и зависит только от значения протекающего выходного тока. Реальное значение времени выключения находится в пределах 10...50 мкс.

Максимальный и рабочий выходной ток фоторезисторного оптрона резко уменьшается при увеличении температуры окружающей среды выше 40 градусов по цельсия. Выходное сопротивление этого оптрона до значения входного тока 4 мА остается постоянным, а при дальнейшем увеличении входного тока (когда яркость свечения лампы накаливания начинает возрастать) резко уменьшается.

Кроме описанных выше, существуют оптроны с так называемым открытым оптическим каналом. Здесь осветителем служит светодиод инфракрасного излучения, а фотоприемником могут быть фоторезистор, фотодиод или фототранзистор. Отличие этого оптрона в том, что его излучение выходит наружу, отражается от какого-либо внешнего предмета и возвращается в оптрон, к фотоприемнику. В таком оптроне выходным током может управлять не только входной ток, но также изменение положения внешней отражающей поверхности.

У оптронов с открытым оптическим каналом оптические оси излучателя и приемника расположены либо параллельно, либо под небольшим углом. Существует конструкции подобных оптронов с соосным расположением оптических осей. Такие приборы называют оптопрерывателями. 

Основное назначение оптронов - обеспечение гальванической развязки между сигнальными цепями. Исходя из этого общий принцип действия этих приборов, несмотря на различие фотоприемников, можно считать одинаковым: входной электрический сигнал, поступающий на излучатель, преобразуется в световой поток, который, воздействуя на фотоприемник, изменяет его проводимость.

Оптрон (или оптопара, как его стали называть в последнее время) конструктивно состоит из двух элементов: излучателя и фотоприемника, объединенных, как правило, в общем герметичном корпусе.

Существует много разновидностей оптронов: резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные. Эти названия указывают на тип фотоприемника. В качестве излучателя обычно применяют полупроводниковый светодиод инфракрасного излучения с длиной волны в пределах 0,9...1,2 мкм. Используют также светодиоды красного свечения, электролюминесцентные излучатели и сверхминиатюрные лампы накаливания.

Условное графическое обозначение оптопары показано на рисунке а:

24. RC-генератор с мостом Вина

Это наиболее распространенный тип RC-генератора. Основу его составляет последовательно-параллельная RC-цепочка, включенная в цепь обратной связи (рис. 1.8).

                            Рис. 1.8. Схема RC-генератора с мостом Вина

Генератор с мостом Вина — разновидность электронных генераторов синусоидальных колебаний. Схема основывается на электрической цепи (полосовом фильтре), первоначально разработанной Максом Вином в 1891 г. и известной, как мост Вина. Генератор представляет из себя электронный усилитель, охваченный частотнозависимой положительной обратной связью через мост Вина. Может генерировать в широком диапазоне частот и позволяет получить сигнал с очень малыми отличиями от идеальной синусоиды.

Современная схема происходит из работы Уильяма Хьюлетта на степень магистра в 1939 г. в Стэнфордском университете. Хьюлетт с Дэвидом Паккардомосновали фирму Хьюлетт-Паккард. Их первой продукцией был прецизионный синусоидальный генератор HP200A, основанный на мосте Вина. Генератор HP200A был одним из первых приборов с такими низкими искажениями.

Частота генерации:

,

где R — сопротивление резисторов R₁, R₂; C — ёмкость конденсаторов C₁, C₂ (см. схему).

Генератор с мостом Вина (выделен зеленым) на операционном усилителе. R₁=R₂, C₁=C₂

25. Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

Тип - Активный электронный элемент

Принцип работы - Электролюминесценция

Изобретён - Олег Лосев (1927), Ник Холоньяк (1962)

Впервые создан - 1962

Символьное обозначение -

Электролюминесценция — люминесценция (нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения.), возбуждаемая электрическим полем.

Конструкция:Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.