Оптронами називаються оптоелектронні прилади, що мають випромінювачі і фотоприймачі і в яких використовуються оптичні та електричні звязки, і які конструктивно обєднані один з одним Деякі різновиди оптронов називаються оптопарами або Оптоізолятори

Принцип дії будь-якого оптрона заснований на подвійному перетворенні енергії У випромінювачах енергія електричного сигналу перетвориться в оптичне випромінювання, а в фотоприймачах, навпаки, оптичний сигнал викликає електричний струм або напругу або призводить до зміни його опору Найбільшого поширення набули оптрони із зовнішніми електричними вхідними та вихідними сигналами і внутрішніми оптичними сигналами, рис 170 В електричній схемі такий прилад виконує функцію вихідного елемента – фотоприймача з одночасною електричною ізоляцією (гальванічною розвязкою) входу і виходу Випромінювач є джерелом фотонів, в якості якого може бути використаний світлодіод або мініатюрна лампа розжарювання Оптичної середовищем може бути повітря, скло, пластмаса або волоконний световод В якості фотоприймачів використовуються фотодіоди, фототранзистори, фототиристори і фоторезистори Дуже часто застосовуються інтегральні фотодіоднотранзісторние структури Різні комбінації цих елементів дозволяють отримати досить різноманітні вхідні, вихідні та передавальні характеристики

Рис 170 Структурна побудова діод-діодного оптрона з внутрішньої оптичної звязком

З конструкторсько-технологічної точки зору випромінювач і фотоприймач є рівноправними Ефективність перетворення енергії і термін служби оптрона в основному визначаються випромінювачем При розробці випромінювача для оптрона головна трудність полягає в оптимізації узгодження з фотоприймачем До параметрів, що підлягають оптимізації, відносяться коефіцієнт посилення, ширина смуги частот, розміри оптичного вікна, електричні характеристики Оскільки бажано мати мале послідовний опір, найкращим варіантом служить випромінювач на основі GaAs Вимоги до виду оптичного вікна випромінювача оптрона і звичайного світлодіода значно відрізняються один від одного Світлодіоди виготовляють з кільцевою випромінюючої областю майданчики, щоб отримати високий коефіцієнт відношення видимої випромінюючої області до фактичної Для оптрона випромінює область повинна бути настільки малою, наскільки це сумісно з припустимою щільністю струму, а контактна площадка розміщується так, щоб мінімально затемнити випромінює область Це забезпечує кращий звязок з приймачем Малий розмір випромінюючої області дозволяє зменшити непотрібні крайові втрати, як струму, так і випромінювання і забезпечити сталість умов звязку незалежно від розкиду величини зазору і точності суміщення з чутливою областю фотоприймача у різних зразків оптронов

При виборі оптичного середовища її ізолюючі властивості відіграють визначальну роль, якщо відстань між випромінювачем і приймачем дуже мало Якщо ж відстань досить велике, наприклад, при використанні волоконної оптики, лінз або іншого середовища (що відображає або пропускає), ізолюючі властивості стають менш важливими Зате велике значення набуває спектр пропускання, особливо, якщо застосовуються пластмаси У більшості оптронов для зменшення втрат на Френелевскую відображення від поверхні випромінювача і приймача використовують покриття, що просвітлюють При цьому одночасно створюється ізоляція, так як матеріали покриттів не є провідниками електричного струму У багатьох типах оптронов для створення гарної ізоляції між випромінювачем і приймачем застосовують шар плівки з прозорого фторопласту Оптична ізоляція дозволяє мати прилад, що забезпечує оптичну звязок сигналів двох роздільних електронних схем, незважаючи на те, що останні гальванічно розвязані Напруга ізоляції таких приладів може досягати тисяч вольт

Принципові фізичні гідності оптронов, як вже зазначалося вище, зумовлені використанням фотонів в якості носіїв інформації, полягають у забезпеченні дуже високою електричної ізоляції входу і виходу, односпрямованість потоку інформації, відсутності зворотного звязку з виходу на вхід і широкій смузі пропускання

До достоїнств оптронов відносяться:

– можливість безконтактного (оптичного) управління електронними обєктами і зумовлені цим різноманітність і гнучкість конструкторських рішень управління

несприйнятливість оптичних каналів звязку до впливу електромагнітних полів, що у разі оптронов з протяжним оптичним каналом обумовлює високу перешкодозахищеність, а також виключає взаємні наводки

– можливість створення функціональних мікроелектронних пристроїв з фотоприймачами, характеристики яких під дією оптичного випромінювання змінюються по заданому (як завгодно складного) закону

– розширення можливостей управління вихідним сигналом оптрона шляхом впливу (в тому числі і неелектричного) на матеріал оптичного каналу і, як наслідок цього, створення різноманітних датчиків та приладів для передачі інформації

До недоліків слід віднести:

– низький ККД, обумовлений необхідністю подвійного перетворення енергії (електрика-випромінювання-електрика), і значна споживана потужність

– сильна температурна залежність параметрів

– високий рівень власних шумів

-Конструктивно-технологічне недосконалість, повязане в основному з використанням гібридної технології

Оптрони можна класифікувати за їх головному функціональним призначенням:

– оптрони з зовнішньої оптичної та внутрішньої електричної звязками, призначені для посилення до перетворення випромінювання

– оптрони з внутрішньої оптичної звязком, використовувані як змінних опорів

– оптрони з електричною звязком, використовувані як ключових елементів

За типом використовуваного фотоприймача оптрони підрозділяються на що використовують фотодіоди, поодинокі фототранзистори, складові фототранзистори, фототиристори і фоторезистори До основних параметрів оптрона відносяться: коефіцієнт передачі струму

(Ki – відношення струму на виході оптрона до струму на вході), опір розвязки і швидкодія (сумарний час включення і виключення), табл 5

Таблиця 5

Основні характеристики оптронов

Параметри електричної ізоляції оптопари описуються прохідний ємністю Спр і опором ізоляції R Особливо важливу роль у динаміці роботи оптопар грає ємність С пр Ємнісний струм в ланцюзі ізоляції оптопари залежить від швидкості зміни напруги як на вході оптопари, так і на виході, тобто можлива електричний звязок через прохідну ємність і відповідно хибне перемикання або самозбудження пристрою

Оптосімістори являє собою двонаправлений тиристор з оптичним управління, управляти навантаженням змінного струму При комутації навантаження доцільно перемикати оптосімістори при зміні полярності змінної напруги в момент переходу його через нуль У результаті на навантаженні напруга наростатиме плавно, а не стрибкоподібно, якщо це не виконується Тому є оптосімістори, містять схеми детектування нульового потенціалу, які при недотриманні зазначеної умови блокує оптосімістори до наступного переходу напруги через нуль Оптосімістори забезпечує гальванічну розвязку електричних ланцюгів Випускаються оптосімістори на номінальні напруги 400, 600 і 800 В змінного струму зі схемою детектування нульової напруги і без неї, Мають електрична міцність ізоляції

2500 . 5000 В Струм включення симистора 5 .. 15 мА, прямий струм 50 мА Оптосімістори органічно підходить для комутації навантаження, живиться напругою змінного струму До таких навантажень відносять електромагнітні реле, пускачі, електромагніти, електродвигуни, соленоїди, електромагнітні муфти і т п

Управління оптосімістори може здійснюватися як мікросхемами, так і микроконтроллерами, мікропроцесорами На рис 171 наведено приклад використання оптосімістори для включення електромагнітного апарату

Рис 171 Приклад використання оптосімістори

Різновидом оптронов є волстрон (рис 172) Це прилад, який представляє єдину конструкцію і містить випромінювач і фотоприймач, між якими розташовується волоконний світловод (довжина якого може становити десятки-сотні метрів)

Джерело: Бєляєв В П, Шуляк Р І, «Електронні пристрої поліграфічного обладнання», Білоруський державний Технологічний університет, Мінськ, 2011 р