Оптрони

Оптронами називаються такі оптоелектронні прилади, у яких є джерело і приймач випромінювання з тим або іншим видом оптичного і електричного зв’язку між ними, конструктивно об’єднані і розміщені в один корпус.

Принцип дії будь-якого оптрона базується на подвійному перетворенні енергії (рис. 1). Вхідний електричний сигнал (який характеризується силою струму I₁ або напругою U₁) перетворюється джерелом випромінювання 1 у світловий (потік світла Ф₁), який передається потім по оптичному каналу 2 до фотоприймача 3. Фотоприймач здійснює перетворення світлового сигналу в електричний I₂, U₂. Середовище оптичного каналу може бути керованим (наприклад, виготовлене з електрооптичного матеріалу), що відображене на рис.1 введенням у схему пристрою керування 4, який перетворює світловий потік Ф₁ у потік Ф₂. Для узгодження параметрів оптронів з іншими елементами електронних схем можуть використовуватися додаткові вхідні і вихідні пристрої.

На рис.1 фотоприймач і випромінювач електрично не з’єднані один з одним. Такі оптрони з успіхом можуть використовуватися в якості елементів гальванічної розв’язки. Однак введення електричного, а також оптичного зворотного зв’язку між компонентами оптрона забезпечує розширення його можливостей. У цьому випадку він може бути використаний як прилад, здатний генерувати і підсилювати електричні і оптичні сигнали, як запам’ятовуючий пристрій тощо.

Принципові позитивні якості оптопар, зумовлені використанням фотонів у якості носіїв інформації, полягають у забезпечені високої електричної ізоляції входу та виходу, однонапрямленість потоку інформації, відсутність зворотного зв’язку з виходу на вхід і широкої полоси пропускання.

Крім уже відмічених якостей оптрон характеризується:

• високою завадостійкістю (оскільки його оптичний канал несприйнятливий до дії посторонніх електромагнітних полів);

• можливістю реалізації безконтактних (механічних і електричних) типів звязку, наприклад, через повітряне середовище;

• можливість створення функціональних мікроелектронних пристроїв з фотоприймачами, характеристики яких під дією оптичного випромінювання змінюються по заданому закону.

Серед недоліків, властивих сучасним оптронам, необхідно перш за усе відмітити їх низький ККД, що звязано з великими втратами енергії при перетворенні електричного сигналу в оптичний і навпаки. Так само, як і в інших напівпровідникових приладів, параметри оптрона чутливі до зміни температури. Зокрема від температури сильно залежить тривалість роботи таких пристроїв. До недоліків слід віднести також відносно високий рівень власних шумів і певна конструкторсько-технологічна недосконалість сучасних оптронів. Прилади виготовляють по гібридній технології, при цьому в одному пристрої необхідно досить точно сумістити різнорідні елементи –випромінювач і фотоприймач.

Перераховані недоліки обмежують область використання оптронів, однак по мірі удосконалення матеріалів і технології, вирішення ряду схемотехнічних задач, ці недоліки проявляються уже в меншій мірі.