Пристрій і принцип дії оптронов

Оптронами називають такі оптоелектронні прилади, в яких є джерело і приймач випромінювання (світловипромінювач і фотоприймач) з тим чи іншим видом оптичної і електричного зв'язку між ними, конструктивно пов'язані один з одним.

Принцип дії оптронов будь-якого виду заснований на наступному. У випромінювачі енергія електричного сигналу перетворюється в світлову, в фотоприемнике, навпаки, світловий сигнал викликає електричний відгук.

Практично поширення набули лише оптрони, у яких є пряма оптична зв'язок від випромінювача до фотоприймача й, як правило, виключені всі види електричного зв'язку між цими елементами.

За ступенем складності структурної схеми серед виробів оптронной техніки виділяють дві групи приладів. Оптопара (кажуть також "елементарний оптрон") являє собою оптоелектронний напівпровідниковий прилад, що складається з випромінює і фотоприймального елементів, між якими є оптична зв'язок, що забезпечує електричну ізоляцію між входом і виходом. Оптоелектронна інтегральна мікросхема є мікросхемою, що складається з однієї або декількох оптопар і електрично з'єднаних з ними одного або декількох узгоджувальних або підсилюючих пристроїв.

Таким чином, в електронній ланцюга такий прилад виконує функцію елемента зв'язку, в якому в той же час здійснена електрична (гальванічна) розв'язка входу і виходу.

У структурній схемі на рис. 1 вхідний пристрій служить для оптимізації робочого режиму випромінювача (наприклад, зміщення світлодіода на лінійний ділянку ват-амперної характеристики) і перетворення (посилення) зовнішнього сигналу. Вхідний блок повинен мати високий ККД перетворення, високою швидкодією, широким динамічним діапазоном допустимих вхідних струмів (для лінійних систем), малим значенням "порогового" вхідного струму, при якому забезпечується надійна передача інформації по ланцюгу.

Рис 1. Узагальнена структурна схема оптрона

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, відображена введенням в схему пристрою управління, В цьому випадку ми отримуємо оптрон з керованим оптичним каналом, функціонально відрізняється від "звичайного" оптрона: зміна вихідного сигналу може здійснюватися як по входу, так і по ланцюгу управління.

У фотоприемнике відбувається "відновлення" інформаційного сигналу з оптичного в електричний; при цьому прагнуть мати високу чутливість і високу швидкодію.

Нарешті, вихідний пристрій покликане перетворити сигнал фотоприймача в стандартну форму, зручну для впливу на наступні за Оптрон каскади. Практично обов'язковою функцією вихідного пристрою є посилення сигналу, так як втрати після подвійного перетворення дуже значні. Нерідко функцію посилення виконує і сам фотоприймач (наприклад, фототранзистор).

Електричні схеми та вихідні характеристики оптронів з фоторезистором (а), фотодиодом (б) і Фототиристори (в): 1 - напівпровідниковий світловипромінювальних діод; 2 - фоторезистор; 3 - фотодіод; 4 фототиристор; U і I - напруга і струм у вихідному ланцюзі оптрона. Пунктирні криві відповідають відсутності струму у вхідному ланцюзі оптрона, суцільні - двом різним значенням вхідних струмів.