Оптроны

Оптрон – это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приёмник излучения, имеющие между собой оптическую связь. В источнике излучения электрические сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприёмник и создают в нём снова электрические сигналы. Если оптрон имеет только один излучатель и один приёмник излучения, то его называют оптопарой или элементарным оптроном.

Конструктивно в оптронах излучатель и приёмник излучения помещается в корпус и заливается оптически прозрачным клеем.

В другом варианте оптопар с открытым каналом световой поток излучателя попадает в фотоприёмник, отражаясь от какого-либо объекта. Цепь излучателя является управляющей, а цепь фотоприёмника – управляемой и связь входа с выходом осуществляется световым сигналом.

Рассмотрим различные типы оптопар, отличающиеся друг от друга фотоприёмниками.

Резисторные оптопары имеют в качестве излучателя сверхминиатюрную лампочку накаливания или светодиод, дающие видимое излучение. Приёмником излучения является фоторезистор из селенида кадмия.

На рисунке схематически изображена резисторная оптопара (светодиод и фоторезистор), у которой выходная цепь питается от источника постоянного или переменного напряжения Е, и имеет нагрузку Rн. Напряжение Uупр., подаваемое на светодиод, управляет током в нагрузке.

Резисторные оптопары применяются для автоматического регулирования усиления, связи между каскадами, формирования различных сигналов.

Диодные оптопары – имеют обычно кремниевый фотодиод и инфракрасный арсенидо-галлиевый светодиод. Фотодиод может работать в фотогенераторном режиме, создавая фото-ЭДС до 0, 8 В.

Основные параметры диодных оптопар – входные и выходные напряжения и токи для непрерывного и импульсного режима, коэффициент передачи тока.

Применение диодных оптопар весьма разнообразно. Например, на основе диодных оптопар создаются импульсные трансформаторы, не имеющие обмоток. Разновидность диодных оптопар – оптопары, в которых фотоприёмником служит фотоварикап.

Транзисторные оптопары – имеют обычно в качестве излучателя арсенидо-галлиевый светодиод, а в качестве приёмника – биполярный кремниевый фототранзистор типа n-p-n. Оптопары этого типа работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутаторных устройствах.

Разновидность транзисторных оптопар – оптопары с полевым фототранзистором. Они отличаются хорошей линейностью выходной ВАХ в широком диапазоне напряжений и токов, и поэтому удобны для аналоговых схем.

Тиристорные оптопары – имеют в качестве фотоприёмника кремниевый фототиристор и применяются в ключевых режимах. Основная область использования – схемы для формирования мощных импульсов, управление мощными тиристорами. Параметры тиристорных оптопар – входные и выходные токи и напряжения.

Достоинства оптронов:

1. Отсутствие между входом и выходом обратной связи

2. Сопротивление изоляции между входом и выходом может достигать 10¹⁴ Ом, а проходная ёмкость не превышает 2 пФ.

3. Широкая полоса частот пропускаемых колебаний, возможность передачи сигналов с частотой от нуля до Гц.

Недостатки оптронов:

1. Большая потребляемая мощность

2. Невысокая температурная стабильность и радиационная стойкость

3. Сравнительно высокий уровень собственных шумов.

Все эти недостатки устраняются в процессе развития оптоэлектронной техники.