Диодная оптопара

Оптическая пара представляет собой электронное устройство, способное трансформировать электрические сигналы в световой поток. Передача луча осуществляется по оптическим каналам как в прямом, так и обратном направлении, трансформируя световой поток в электрический сигнал. Данное устройство получило название оптрон.

История разоаботки и классификация современных оптопар

Первые оптопары появились более века назад в Северной Америке, местным инженером Ч. Флемингом. Уже тогда прибор состоял из лампы и фотодетектора и применялся для измерения яркости светового потока. Изначально структура была примитивна и низкоэффективна, хотя и прослужила на протяжение трех десятков лет. 

В 1950 году специалисты IBM спроектировали оптопару нового поколения, взяв за основу фотоприемник и светодиод, создали оптический канал между компонентами. Это был большой шаг в сторону повышения КПД и быстродействия прибора. Через пять лет новатор Э. Лебнер предложил креативную идею современного оптрона, который получился полностью полупроводниковым, компактным и максимально быстродействующим. Это определило его популярность в электронике на долгие годы.

Не трудно догадаться, что современная оптопара также состоит из двух компонентов: излучателя и приемника. Источником света служит светодиод, а для приемника используется фоточувствительный элемент. Оба компонента объединены в общем корпусе и имеют единый оптический канал. 

Используя смешанную классификацию, по степени интеграции, выделяют три больших категории оптопар: 

• элементарные оптроны;
• оптоэлектронные микросхемы;
• оптические приборы специального назначения.

Ассортимент оптических пар

Виду того что во всех современных оптронах в качестве излучателя используется световой диод, то их различают по типу приемника и конструктивным особенностям прибора.

Оптроны по фоточувствительному элементу разделяют на следующие семейства:

1. Диодная оптопара производится на базе кремниевых фотодиодов и светодиодов из арсенида галлия. Устройства отличаются максимальным быстродействием, небольшими токами на выходе и существенным сопротивлением бесконтактной передачи импульса. Оптрон диодный широко востребован в структурах электронных приборов.
2. Транзисторный оптрон разработан на базе кремниевого фототранзистора. Для излучателя задействуется светодиод из арсенида галлия с максимальной восприимчивостью. Это сочетание обеспечивает получение предельных величин коэффициента передачи по току и позволят управлять высокими токами. Оптотранзистор обладает удовлетворительным быстродействием. Оптопара транзисторная обычно функционирует в режиме ключа или реле, например, в схемах коммутации. 
3. Резисторная оптопара предусматривает использование в качестве приемника сульфидокадмиевого фоторезистора. Приборы обладают мгновенной реакцией, способностью регулирования большими токами, 
4. Оптопары тиристорные имеют приемник, созданный на базе кремниевого фототиристора. Прибор задействуется для управления устройствами большой мощности.
5. Оптопары симисторные изготавливаются на основе кремниевого симметричного транзистора и инфракрасного светового диода. Востребованы в бесконтактном управлении цепями высокого напряжения. 

Принцип действия и конструкция оптронов

Алгоритм функционирования оптрона состоит из двух этапов. На первом электрический сигнал посредством светодиода преобразовывается в световой поток определенной длины и передается на фоточувствительный элемент. На втором – оптический сигнал при помощи приемника трансформирует обратно в электрический.

Конструкция модели оптрона напрямую зависит от специфики применения. Допускаются различные модификации архитектуры с учетом требований конкретного приложения.

Основные виды конструкций оптопар:

1. Открытая, предполагает воздушный зазор между излучателем и приемником, отличается мгновенным откликом, имеет способность к измерению небольших значений физических параметров. Излишне чувствительны к внешним электромагнитным помехам, сложны в производстве, неустойчивы к механическим воздействиям.
2. Щелевые, имеют технологическую щель между светодиодом и приемником, которая обеспечивает прохождение луча. Размер прорези определяет потенциал прибора: малая дает возможность измерять небольшие смещения, углы и вибрации, крупная — позволяет осуществлять контроль скорости, положения и наличия предмета.
3. Закрытые — это такие устройства, в которых излучатель и приемник размещены в едином целостном корпусе, защищающим от электромагнитных помех. Отличаются высоким коэффициентом передачи, гарантирует безупречную надежность. Устройства предназначены для применения в различных условиях эксплуатации, в том числе и экстремальных.

Преимущества оптронов заключаются в бесконтактном управлении приборами, способности обеспечения стабильности каналов связи, в том числе, создания защиты от помех. С помощью оптронов доступно построение различных микроэлектронных устройств с приемниками света, приборами и датчиками для передачи данных.