الموصلات الضوئية وتطبيقاتها
يتكون optocoupler (أو optocoupler ، كما بدأ يطلق عليه مؤخرًا) هيكليًا من عنصرين: باعث وكاشف ضوئي ، متحدان ، كقاعدة عامة ، في مبيت مغلق مغلق.
هناك أنواع عديدة من مقارنات البصريات: المقاوم ، الصمام الثنائي ، الترانزستور ، الثايرستور. تشير هذه الأسماء إلى نوع جهاز الكشف الضوئي. كباعث ، عادة ما يتم استخدام مصباح LED للأشعة تحت الحمراء لأشباه الموصلات بطول موجة في حدود 0.9 ... 1.2 ميكرون. كما يتم استخدام المصابيح الحمراء والبواعث الكهربائية والمصابيح المتوهجة المصغرة.
الغرض الرئيسي من optocouplers هو توفير عزل كلفاني بين دوائر الإشارة. بناءً على ذلك ، يمكن اعتبار المبدأ العام لتشغيل هذه الأجهزة ، على الرغم من الاختلاف في أجهزة الكشف الضوئي ، هو نفسه: يتم تحويل الإشارة الكهربائية المدخلة التي تصل إلى الباعث إلى تدفق ضوئي ، والذي يعمل على جهاز الكشف الضوئي ، ويغير الموصلية. .
إذا كان كاشف الضوء المقاوم الضوئي، عندئذٍ تصبح مقاومته للضوء أقل بآلاف المرات من المقاومة الأصلية (المظلمة) إذا كان الترانزستور الضوئي - ينتج تشعيع قاعدته نفس التأثير الذي يحدث عند تطبيق التيار على القاعدة الترانزستور التقليديويفتح.
نتيجة لذلك ، يتم تكوين إشارة عند خرج optocoupler ، والتي قد لا تكون متطابقة بشكل عام مع شكل الإدخال ، ودارات الإدخال والإخراج غير متصلة كلفانيًا. يتم وضع كتلة عازلة شفافة قوية كهربائياً (عادة ما تكون بوليمر عضوي) بين دائرتي الإدخال والإخراج للمزدوج البصري ، والتي تصل مقاومتها إلى 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 أوم.
تتم تسمية أجهزة optocouplers التي تنتجها الصناعة بناءً على نظام تعيين جهاز أشباه الموصلات الحالي.
يشير الحرف الأول من تعيين optocoupler (A) إلى مادة البداية للباعث - زرنيخيد الغاليوم أو محلول صلب من الغاليوم والألمنيوم والزرنيخ ، والثاني (O) يعني الفئة الفرعية - optocoupler ؛ يوضح الثالث إلى أي نوع ينتمي الجهاز: P - المقاوم ، D - الصمام الثنائي ، T - الترانزستور ، Y - الثايرستور. فيما يلي الأرقام ، التي تعني رقم التطوير ، وحرفًا - مجموعة النوع هذه أو تلك.
جهاز Optocoupler
عادةً ما يتم وضع الباعث - مصباح LED غير مغلف - في الجزء العلوي من العلبة المعدنية ، وفي الجزء السفلي ، على حامل بلوري ، عبارة عن كاشف ضوئي من السيليكون المقوى ، على سبيل المثال ، جهاز ضوئي ضوئي. تمتلئ المساحة الكاملة بين LED و photothyristor بكتلة شفافة صلبة. هذه الحشوة مغطاة بطبقة تعكس أشعة الضوء للداخل مما يمنع الضوء من التشتت خارج منطقة العمل.
تصميم مختلف قليلاً عن المقرن البصري المقاوم الموصوف ... هنا يتم تثبيت مصباح صغير مع فتيل متوهج في الجزء العلوي من الجسم المعدني ، ويتم تثبيت مقاوم ضوئي يعتمد على السيلينيوم الكادميوم في الجزء السفلي.
يتم تصنيع المقاوم الضوئي بشكل منفصل ، على قاعدة رقيقة. يتم رش فيلم من مادة شبه موصلة ، سيلينيد الكادميوم ، وبعد ذلك يتم تشكيل أقطاب كهربائية مصنوعة من مادة موصلة (مثل الألومنيوم). أسلاك الإخراج ملحومة بالأقطاب الكهربائية. يتم توفير الاتصال الصلب بين المصباح والقاعدة بواسطة كتلة صلبة شفافة.
تمتلئ الثقوب الموجودة في مبيت أسلاك optocoupler بالزجاج. يتم ضمان الربط المحكم للغطاء وقاعدة الجسم عن طريق اللحام.
إن خاصية الجهد الحالي (CVC) لمقارن البصريات الثايرستور هي تقريبًا نفس خاصية واحدة الثايرستور... في حالة عدم وجود تيار الإدخال (I = 0 - خاصية مظلمة) ، لا يمكن تشغيل الفوتوثيرستور إلا عند قيمة عالية جدًا من الجهد المطبق عليه (800… 1000 فولت). نظرًا لأن تطبيق مثل هذا الجهد العالي غير مقبول عمليًا ، فإن هذا المنحنى له معنى نظري بحت.
إذا تم تطبيق جهد تشغيل مباشر (من 50 إلى 400 فولت ، اعتمادًا على نوع optocoupler) على الفوتوثيرستور ، فلا يمكن تشغيل الجهاز إلا عند توفير تيار إدخال ، وهو الآن الدافع.
تعتمد سرعة تحويل optocoupler على قيمة تيار الإدخال. أوقات التبديل النموذجية هي t = 5 ... 10 μs. يرتبط وقت إيقاف تشغيل optocoupler بعملية ارتشاف ناقلات التيار الأقلية في تقاطعات الفوتوثيرستور ويعتمد فقط على قيمة تيار الإخراج المتدفق.القيمة الفعلية لوقت الإطلاق في حدود 10… 50 μs.
يتناقص الحد الأقصى لتيار الخرج والتشغيل للمزود البصري المقاوم للضوء بشكل حاد عندما ترتفع درجة الحرارة المحيطة عن 40 درجة مئوية. تظل مقاومة الخرج لجهاز optocoupler هذا ثابتة حتى قيمة تيار الإدخال البالغ 4 مللي أمبير ، ومع زيادة أخرى في تيار الإدخال (عندما يبدأ سطوع المصباح المتوهج في الزيادة) ينخفض بشكل حاد.
بالإضافة إلى تلك الموصوفة أعلاه ، هناك مقارنات بصرية مع ما يسمى بالقناة الضوئية المفتوحة ... هنا ، المنور عبارة عن مصباح LED يعمل بالأشعة تحت الحمراء ، ويمكن أن يكون الكاشف الضوئي مقاومًا ضوئيًا أو ثنائيًا ضوئيًا أو ترانزستورًا ضوئيًا. الفرق بين جهاز optocoupler هذا هو أن إشعاعها يخرج ، وينعكس بواسطة كائن خارجي ويعود إلى optocoupler ، إلى جهاز الكشف الضوئي. في مثل هذا optocoupler ، يمكن التحكم في تيار الخرج ليس فقط من خلال تيار الإدخال ولكن أيضًا عن طريق تغيير موضع السطح الخارجي العاكس.
في المحاور البصرية للقنوات البصرية المفتوحة ، تكون المحاور البصرية للباعث والمستقبل متوازية أو بزاوية طفيفة. هناك تصميمات لمثل هذه الأجهزة ذات المحاور البصرية المحورية. تسمى هذه الأجهزة optocouplers.
تطبيق otrons
حاليًا ، تُستخدم أدوات التوصيل البصري على نطاق واسع ، خاصة للجمع بين الكتل المنطقية الإلكترونية الدقيقة التي تحتوي على عناصر منفصلة قوية مع المشغلات (المرحلات ، والمحركات الكهربائية ، والموصلات ، وما إلى ذلك) ، وكذلك للتواصل بين الكتل المنطقية التي تتطلب عزلًا كلفانيًا ، وتعديل ثابت ومتغير ببطء الفولتية والتحويل نبضات مستطيلة في التذبذبات الجيبية ، والتحكم في المصابيح القوية ومؤشرات الجهد العالي.