Optočleny sú také optoelektronické zariadenia, v ktorých je zdroj a prijímač žiarenia (svetelný žiarič a fotodetektor) s jedným alebo iným typom optického a elektrického spojenia medzi sebou, štruktúrne navzájom súvisiacimi.
Princíp činnosti optočleny akéhokoľvek druhu sú založené na nasledujúcom. V žiariči sa energia elektrického signálu premieňa na svetlo, vo fotodetektore naopak svetelný signál spôsobuje elektrickú reakciu.
V praxi sa rozšírili iba optočleny, ktoré majú priame optické spojenie z vysielača na fotodetektor a spravidla sú vylúčené všetky druhy elektrickej komunikácie medzi týmito prvkami.
Podľa stupňa zložitosti štruktúrneho diagramu sa medzi produktmi optronickej technológie rozlišujú dve skupiny zariadení. Optočlen (tiež označovaný ako „elementárny optočlen“) je optoelektronické polovodičové zariadenie pozostávajúce z emitujúcich a fotodetekčných prvkov, medzi ktorými je optické spojenie, ktoré poskytuje elektrickú izoláciu medzi vstupom a výstupom. Optoelektronický integrovaný obvod je mikroobvod pozostávajúci z jedného alebo viacerých optočlenov a jedného alebo viacerých zodpovedajúcich alebo zosilňujúcich zariadení, ktoré sú k nim elektricky pripojené.
V elektronickom obvode teda takéto zariadenie vykonáva funkciu spojovacieho prvku, pri ktorom sa súčasne vykonáva elektrická (galvanická) izolácia vstupu a výstupu.
V blokovej schéme na obr. 1 slúži vstupné zariadenie na optimalizáciu prevádzkového režimu vysielača (napríklad posunutie LED do lineárneho úseku charakteristiky watt-ampér) a premeny (zosilnenia) externého signálu. Vstupná jednotka musí mať vysokú účinnosť premeny, vysokú rýchlosť, široký dynamický rozsah prípustných vstupných prúdov (pre lineárne systémy), malú hodnotu „prahového“ vstupného prúdu, ktorý zaisťuje spoľahlivý prenos informácií po obvode.
Obr. 1. Zovšeobecnená bloková schéma optočlenu
Účelom optického média je prenos energie optického signálu z vysielača do fotodetektora, ako aj v mnohých prípadoch zabezpečenie mechanickej integrity štruktúry.
Zásadná možnosť riadenia optických vlastností média, napríklad pomocou elektrooptických alebo magnetooptických efektov, sa prejaví zavedením ovládacieho zariadenia do obvodu. V takom prípade získame optočlen s riadeným optickým kanálom, ktorý sa funkčne líši od „bežného“ optočlenu: výstupný signál je možné meniť tak, že vstupný a riadiaci obvod.
Vo fotodetektore je informačný signál „obnovený“ z optického na elektrický; a zároveň sa snaží mať vysokú citlivosť a vysokú rýchlosť.
Nakoniec je výstupné zariadenie určené na prevod signálu fotodetektora do štandardnej formy vhodnej na ovplyvnenie stupňov nasledujúcich po optočlene. Takmer nevyhnutnou funkciou výstupného zariadenia je zosilnenie signálu, pretože straty po dvojitej konverzii sú veľmi významné. Samotný fotodetektor (napríklad fototranzistor) často vykonáva funkciu zosilnenia.
Elektrické obvody a výstupné charakteristiky optočlenov s fotorezistorom (a), fotodiódou (b) a fototyristorom (c): 1 - polovodičová svetlo emitujúca dióda; 2 - fotorezistor; 3 - fotodióda; 4-fototyristor; U a Ja - napätie a prúd vo výstupnom obvode optočlenu. Prerušované krivky zodpovedajú neprítomnosti prúdu vo vstupnom obvode optočlenu, plné krivky - dvom rôznym hodnotám vstupných prúdov.
Čo je to optočlen
Optočlen je optoelektronické zariadenie, ktorého hlavnými funkčnými časťami sú svetelný zdroj a fotodetektor, ktoré nie sú navzájom galvanicky spojené, ale sú umiestnené vo vnútri spoločného utesneného krytu. Princíp činnosti optočlenu je založený na skutočnosti, že elektrický signál, ktorý sa na ňu aplikuje, spôsobuje na vysielacej strane žiarenie a už vo forme svetla je signál prijímaný fotodetektorom, ktorý iniciuje elektrický signál na prijímacej strane. To znamená, že signál sa prenáša a prijíma optickou komunikáciou v rámci elektronického komponentu.
Optočlen je najjednoduchší typ optočlenu. Skladá sa iba z vyžarujúcich a prijímajúcich častí. Zložitejším typom optočlenu je optoelektronický mikroobvod, ktorý obsahuje niekoľko optočlenov pripojených k jednému alebo viacerým zodpovedajúcim alebo zosilňujúcim zariadeniam.
Optočlen je teda elektronický komponent, ktorý poskytuje optický prenos signálu v obvode bez galvanického prepojenia medzi zdrojom signálu a jeho prijímačom, pretože o fotónoch je známe, že sú elektricky neutrálne.
Štruktúra a vlastnosti optočlenov
V optočlenoch sa používajú fotodetektory citlivé v blízkej infračervenej a viditeľnej oblasti, pretože práve pre túto časť spektra sú charakteristické zdroje intenzívneho žiarenia, ktoré môžu fungovať ako fotodetektory bez chladenia. Fotodetektory s pn spojkami (diódy a tranzistory) na báze kremíka sú univerzálne, oblasť ich maximálnej spektrálnej citlivosti je blízko 0,8 mikrónu.
Optočlen sa vyznačuje predovšetkým pomerom prenosu prúdu CTR, to znamená pomerom vstupného a výstupného prúdu. Ďalším parametrom je rýchlosť prenosu signálu, v skutočnosti medzná frekvencia fc činnosti optočlenu, spojená s dobou nábehu tr a medznou hodnotou tf pre vysielané impulzy. Nakoniec parametre charakterizujúce optočlen z hľadiska galvanického oddelenia: izolačný odpor Riso, maximálne napätie Viso a priepustná kapacita Cf.
Vstupné zariadenie, ktoré je súčasťou štruktúry optočlenu, je navrhnuté tak, aby vytváralo optimálne prevádzkové podmienky pre vysielač (LED), posúvalo pracovný bod do lineárnej charakteristickej zóny I - V.
Vstupné zariadenie má dostatočnú rýchlosť a široký rozsah vstupných prúdov, čím zaisťuje spoľahlivosť prenosu informácií aj pri nízkom (prahovom) prúde. Optické médium je umiestnené vo vnútri krytu, cez ktoré sa prenáša svetlo z vysielača do fotodetektora.
V optočlenoch s riadeným optickým kanálom existuje ďalšie riadiace zariadenie, prostredníctvom ktorého je možné pomocou elektrických alebo magnetických prostriedkov ovplyvňovať vlastnosti optického média. Na bočnej strane fotodetektora sa obnoví signál s vysokou rýchlosťou konverzie z optického na elektrický.
Výstupné zariadenie na bočnej strane fotodetektora (napríklad fototranzistor zahrnutý v obvode) je určené na prevod signálu do štandardnej elektrickej formy, ktorá je vhodná na ďalšie spracovanie v jednotkách sledujúcich optočlen. Optočlen často neobsahuje vstupné a výstupné zariadenia, preto na vytvorenie normálneho prevádzkového režimu v obvode zariadenia vyžaduje externé obvody.
Aplikácia optočlenov
Optočleny sa široko používajú v blokoch rôznych zariadení, kde sa nachádzajú nízkonapäťové a vysokonapäťové obvody, ovládacie obvody sú oddelené od výkonových obvodov: riadenie výkonných triakov a tyristorov, reléové obvody atď.
Diódové, tranzistorové a rezistorové optočleny sa používajú v schémach rádiovej modulácie a automatického riadenia zisku. Vystavením optickému kanálu je obvod bezkontaktne riadený a prepnutý do optimálneho prevádzkového režimu.
Optočleny sú také všestranné, že sa používajú v tak rozmanitých priemyselných odvetviach a v takom množstve jedinečných funkcií, dokonca aj ako prvky galvanického oddelenia a bezkontaktného riadenia, že nie je možné vymenovať všetko.
Tu je iba niekoľko z nich: počítače, komunikačné technológie, automatizácia, rádiové zariadenia, automatizované riadiace systémy, meracie prístroje, riadiace a regulačné systémy, zdravotnícka technika, prístroje na vizuálne zobrazovanie a oveľa viac.
Výhody optočlenov
Použitie optočlenov na doskách plošných spojov vám umožňuje dosiahnuť ideálne galvanické oddelenie, keď sú požiadavky na izoláciu vysokonapäťových a nízkonapäťových, vstupných a výstupných obvodov z hľadiska odporu mimoriadne vysoké. Napätie medzi obvodmi vysielača a prijímača populárneho optočlenu PC817 je napríklad 5 000 V. Okrem toho sa pomocou optickej izolácie dosahuje extrémne nízka priepustnosť kapacity, približne 1 pF.
Pomocou optočlenov je implementácia bezkontaktného ovládania veľmi jednoduchá, zatiaľ čo zostáva priestor pre jedinečné konštrukčné riešenia týkajúce sa samotných riadiacich obvodov. Tu je tiež dôležité, aby absolútne neprichádzala reakcia prijímača na zdroj, to znamená, že informácie sa prenášajú jednosmerne.
Najširšia šírka pásma optočlenu eliminuje obmedzenia kladené na nízke frekvencie: pomocou svetla môžete vysielať najmenej konštantný signál, dokonca aj pulzný, a s veľmi strmými hranami, čo je v zásade nemožné dosiahnuť pomocou impulzných transformátorov. Komunikačný kanál vo vnútri optočlenu je absolútne odolný voči účinkom elektromagnetických polí, takže signál je chránený pred rušením a rušením. Nakoniec sú optočleny plne kompatibilné s ostatnými elektronickými súčiastkami.
OPTOPERY (optočleny)
Všeobecné informácie
Optoelektronika - jeden z najrozvinutejších smerov funkčnej mikroelektroniky. Pojem „optoelektronika“ zahŕňa aj také nedávno sa rozvíjajúce oblasti ako: laserová technológia, vláknová optika, holografia a ďalšie.
V súčasnosti je optoelektronické zariadenie definované ako:
1) zariadenie je citlivé na elektromagnetické žiarenie vo viditeľnej, infračervenej alebo ultrafialovej oblasti spektra;
2) zariadenie emitujúce a konvertujúce nekoherentné alebo koherentné žiarenie v rovnakých spektrálnych oblastiach;
3) zariadenie, ktoré na svoju prácu využíva elektromagnetické žiarenie.
Optoelektronika je založená na elektrooptickom princípe prijímania, prenosu, spracovania a ukladania informácií, ktorých nosičom je elektricky neutrálny fotón.
Výroba PP prvkov optoelektroniky optočleny kompatibilné s integrovanou technológiou, takže ich vytvorenie možno zahrnúť do jedného technologického cyklu výroby integrovaných obvodov.
Zvážte hlavné technologické prostriedky optoelektroniky. Hlavným prvkom je optočlen alebo optočlen
Optočlen - optoelektronické zariadenie obsahujúce fotoemitér a foto detektor, navzájom opticky a štrukturálne spojené.
Obr. Bloková schéma optočlenu
1– zdroj žiarenia (fotoemitér);
2 - svetlovod (optický kanál);
3 - prijímač žiarenia (fotodetektor), uzavretý
v utesnenom svetlootesnom kryte.
Klasifikácia optočlenu:
Typ a názov optočlenu je určený typom použitého fotodetektora. Na tomto základe sú optočleny:
- odpor (fotodetektor - fotorezistor);
- dióda (fotodetektor - fotodióda);
- tranzistor (fotodetektor - fototranzistor);
- tyristor (fotodetektor - fototyristor);
Aplikácia v elektronických obvodoch:
- prepínanie;
- zisk;
- dohoda;
- transformácia;
- indikácia atď.
Definícia a princíp činnosti
Princíp činnosti optočlenu je založený na dvojitej premene energie, t.j.
1) Vo žiaričoch sa energia elektrického signálu premieňa na optické žiarenie a vo fotodetektoroch naopak;
2) Optický signál indukuje elektrický prúd alebo napätie. V dôsledku toho optočlen Je zariadenie s elektrickými vstupnými a výstupnými signálmi, t.j. spojenie s vonkajším obvodom je elektrické. Ale vo vnútri optočlenu sa pripojenie vstupu k výstupu uskutočňuje pomocou optických signálov.
Uvažujme o rôznych druhoch optočlenov, ktoré sa navzájom líšia fotodetektormi.
Rezistor optočleny
Majú ako žiarič subminiatúrnu žiarovku alebo LED, ktoré poskytujú viditeľné alebo infračervené žiarenie. Prijímač žiarenia je fotorezistor, ktoré môžu pracovať na jednosmerný aj striedavý prúd.
 |
Obr. Spínací obvod odporového optočlenu
Pre tento optočlen je napájaný výstupný obvod zo zdroja jednosmerného alebo striedavého napätia E a má záťaž R n. Napätie Ur dodávané do LED kontroluje prúd v záťaži. Riadiaci obvod je dobre izolovaný od fotorezistora, ktorý je možné pripojiť k obvodu 220 V AC.
Rezistorové optočleny sa používajú na automatické riadenie zosilnenia, komunikáciu medzi stupňami, riadenie bezkontaktných rozdeľovačov napätia, moduláciu signálu, generovanie rôznych signálov atď.
Diódové optočleny
Tento typ zvyčajne obsahuje infračervenú LED a kremíkovú fotodiódu. Ich použitie je veľmi rôznorodé. Na ich základe sú vytvorené impulzné transformátory, ktoré nemajú vinutia, čo je dôležité pre mikroobvody. Používajú sa tiež na prenos signálov medzi blokmi zložitých elektronických zariadení, na riadenie činnosti integrovaných obvodov, najmä tých, ktoré majú veľmi malý vstupný prúd.
Tranzistorové optočleny
Zahŕňajú žiarič - LED a prijímač žiarenia - bipolárny kremíkový fototranzistor typu n-p-n... Optočleny tohto typu pracujú hlavne v kľúčovom režime a používajú sa v spínacích obvodoch, zariadeniach na pripojenie rôznych snímačov k meracím jednotkám, ako relé atď. Na zvýšenie citlivosti optočlenu je možné v ňom použiť kompozitný tranzistor.
Tyristorové optočleny
Ako fotodetektor majú kremíkový fototyristor a používajú sa výlučne v kľúčových režimoch. Slúži na tvarovanie impulzov, riadenie výkonných tyristorov, riadenie a spínanie rôznych zariadení s výkonnou záťažou.
Parametre
Systém parametrov možno rozdeliť do štyroch skupín:
- vstupné parametre (vysielač);
- výstupné parametre (fotodetektor);
- parametre prenosu (parametre prenosu signálu zo vstupu do
- parametre izolácie.
Vstup parametre
1. Menovitý vstupný prúd I in.nom - aktuálna hodnota odporúčaná pre optimálnu činnosť optočlenu a použitá pri meraní jeho hlavných parametrov.
2. Vstupné napätie U in - pokles napätia naprieč vyžarovacou diódou v doprednom smere pri danej hodnote dopredného prúdu (zvyčajne pri Ja vstup).
3. Vstupná kapacita C in - kapacita medzi vstupnými kolíkmi optočlenu v danom režime.
Víkendy parametre
1. VÝSTUP U - maximálna hodnota akejkoľvek formy spätného napätia, ktorá sa môže priviesť na výstup optočlenu.
2. I OUT - maximálna hodnota prúdu, ktorá môže prechádzať fotodetektorom, keď je zapnutý optočlen.
3. I UT - zvodový prúd na výstupe optočlenu pri I v \u003d 0 a nastavená hodnota polarityU von.
4. U OST - výstupné zvyškové napätie na zapnutom fototyristore alebo fotorezistore v režime nasýtenia.
5. S OUT - výstupná kapacita fotodetektora.
Parametre prenosu -charakterizovať účinnosť prenosu elektrického signálu zo vstupu optočlenu na výstup.
Aktuálny prevodový pomer - charakterizuje prenos signálu zo vstupu optočlenu na výstup pre všetky typy optočlenov (okrem tyristorov).
 |
Parametre časovania – charakterizovať rýchlosť alebo rýchlosť prenosu signálu.
1.t NAR - doba nábehu výstupného prúdu z úrovne (0,1-0,9) I out, max
2. t SPÄŤ - čas oneskorenia pri zapnutí, t.j. čas od okamihu t 0 impulzu vstupného prúdu do okamihu, keď výstupný prúd stúpne na úroveň 0,1 I OUT MAX .
3. t ON \u003d t OUT + t REF - čas aktivácie optočlenu.
4. t PER \u003d t ON + t OFF - spínací čas.
Parametre izolácie
1. U MEAS.PEAK. - maximálne prípustné špičkové izolačné napätie určuje schopnosti optočlenu ako prvku elektrickej izolácie.
2.U OD - statické izolačné napätie medzi vstupom a výstupom.
3. R \u200b\u200bFROM - izolačný odpor (R od »10 12 Ohm).
Parametre, ktoré určujú odolnosť optočlenu voči rázovým rázom:
4. С ПР - priepustná kapacita (kapacita medzi vstupom a výstupom).
5. - maximálna prípustná rýchlosť spomalenia výstupného napätia.
Optočlen Je funkčné zariadenie, ktoré sa skladá z fotoemitéra, fotodetektora a svetlovodu a prevádza optické signály na elektrické signály a elektrické signály na optické signály počas prevádzky.
Menovania. V elektrickom obvode vykonáva optočlen funkciu komunikačného prvku, v jednom z liniek, z ktorých sa informácie prenášajú opticky. Toto je hlavný účel optočlenu. Ak sa poskytuje spätná väzba medzi prvkami optočlenu, potom sa optočlen stane optickým zariadením vhodným na zosilnenie a generovanie elektrických a optických signálov.
Klasifikácia. Optočleny sa najčastejšie klasifikujú podľa typu optického spojenia. Existujú optočleny s vnútornou a vonkajšou optickou väzbou. Optočleny s internou optickou komunikáciou sa tiež delia podľa typu internej komunikácie. Rozlišuje sa medzi optočlenmi s vnútornou optickou spätnou väzbou a optočlenmi s vnútornou optickou spätnou väzbou. Klasifikujú sa tiež podľa typu spätnej väzby. Existujú optočleny s vnútornou pozitívnou optickou spätnou väzbou a optočleny s vnútornou negatívnou optickou spätnou väzbou. Ako bude uvedené nižšie, hlavným prvkom, ktorý určuje funkčnosť optočlenu, je fotodetektor. Preto sa optočleny tiež klasifikujú podľa typu fotodetektorov. Rozlišujte medzi odporom, diódou, tranzistorom, tyristorom a kombinovanými optočlenmi.
Obrázok: 1. Podmienené obrazy optočlenov: a - tranzistor; b - dióda; v - rezistor; d - s kompozitným tranzistorom; d - tyristor; e - diferenciál; z - diódový tranzistor
Konvenčné obrázky a symboly.
Podmienené obrázky optočlenov v diagramoch sú znázornené na obr. 1. Symboly optočlenov v textoch kombinujú sedem symbolov označujúcich
materiál, trieda a podtrieda zariadenia, frekvenčný rozsah prevádzky, sériové číslo vývoja, rozdelenie do parametrických skupín. Napríklad označenie AOD130A znamená: halogenidová arzenidová optočlenová dióda, frekvenčný rozsah operácie 1, sériové číslo vývoja 30, parametrická skupina A.
Obrázok: 2. Hlavné prvky optočlenov s vnútorným (a) a vonkajším (b) optickým pripojením
Štruktúra.Optočlen s vnútornou optickou väzbou je štvorpólové zariadenie (obr. 2, a), ktoré sa skladá z troch hlavných prvkov: fotoemitátora (svetelné zdroje) 1, svetelného vodiča 2 a svetelného prijímača (fotodetektor) 3 umiestneného v spoločnom zapečatenom svetlootesnom kryte. Optočlen s externou optickou väzbou je dvojkoncové zariadenie, ktoré má jeden optický vstup a jeden optický výstup (obr. 2, b). Skladá sa z fotodetektora 3, zosilňovača 4 a fotoemiteru 1 a nemá svetlovod. V moderných optočlenoch sa injekčné diódy (LED) používajú hlavne ako fotoemitátory, menej často - luminiscenčné kondenzátory, a ako fotodetektory-fotorezistory, fotodiódy, fototranzistory, fototyristory. Na dosiahnutie vysokej
hodnoty parametrov nestačí používať vysoko efektívne fotoemitátory a foto detektory. Je potrebné zabezpečiť ich zhodu z hľadiska spektrálnych charakteristík, rýchlosti,
rozmery, teplotné charakteristiky. Priradené páry optočlenov sú prvky uvedené v tabuľke. 3.4. Optické vlákno optočlenu (optické médium) má trojaký účel: minimalizovať straty počas prenosu energie z fotoemitátora do foto-prijímača, poskytovať vysoké hodnoty parametrov galvanickej izolácie, vytvárať štrukturálne integrálne zariadenie. Polymérne optické lepidlá a laky sa používajú hlavne ako optické médiá, ktoré majú vysokú priľnavosť k polovodičovým kryštálom, dobré dielektrické vlastnosti, vysokú elasticitu a nízke náklady. Zároveň majú značné nevýhody: indexy lomu týchto materiálov ( n ≈ 1,5) sa významne líšia od indexov lomu kremíka a arzenidu gália ( n ≈ 3,2-3,4) spektrálne charakteristiky polymérov majú veľa poklesov v oblasti blízkej IR kvôli rezonančnej absorpcii skupín OH, CH3, CH2, NH, ktoré pri veľkej veľkosti vlákna môžu ovplyvňovať svetelný výkon; starnutie je charakteristické pre polymérové \u200b\u200bvlákna.
Tabuľka 3.4. Zodpovedajúce páry „fotoemitér-fotodetektor“
Ak je tuhosť optočlenu zabezpečená konštrukčnými prvkami, môžu sa ako optické médium použiť vazelínové silikónové mazivá, ktoré nevyschnú. Chalkogenidové sklo je sľubné z hľadiska zlepšenia optického spojenia medzi fotoemitátorom a foto-detektorom ( n ≈ 1,8..3,0). Jeho nevýhodou je nízka adhézia k polovodičom, vysoká krehkosť, zlé izolačné vlastnosti ( p \u003d 10 9 ... 10 11 Ohm cm), nízka odolnosť voči tepelným cyklom. Skutočné konštrukcie optočlenov (obr. 3) sú navrhnuté nielen na poskytnutie extrémne vysokých hodnôt určujúcich parametrov, ale aj na rozšírenie funkčnosti týchto zariadení.
Robot.Činnosť optočlenu s vnútornou priamou optickou komunikáciou je možné ilustrovať pomocou jeho elektrického obvodu (obr. 4, a), ktorý ukazuje, že vstupné a výstupné signály optočlenu sú elektrické. Nie je tam žiadne elektrické vedenie, ale medzi jeho prvkami existuje optické spojenie. Keď sa na vstup optočlenu privedie elektrický signál, excituje sa fotoemitér, ktorého svetelný tok prechádza vláknom do fotodetektora. Na jeho výstupe sa vytvorí elektrický signál, ktorý naznačuje, že v optočlene prebehla konverzia podľa schémy elektrický signál - opticko - elektrická schéma.
Obrázok: 3. Odrody optočlenov: optočlen v balení DIP (a), vysokonapäťové (b), výkonové (c), optočlen s plastovou hemisférou (d), optočlen (e), reflexný optočlen (e): 1 - foto emitor; 2 - fotodetektor; 3 - svetlovod; 4 - telo; 5 - vonkajšie vodiče; Me - kovové elektródy
Obrázok: 4. Elektrický obvod (a) a prenosová charakteristika (b) optočlenu s vnútornou priamou optickou komunikáciou
V optočlene s vnútornou pozitívnou spätnou väzbou sú fotodetektor a svetelný zdroj zapojené do série (obr. 5, a). Má dva vstupy (optické a elektrické) a dva podobné výstupy.
Obrázok: 5. Elektrický obvod (a) a charakteristika prúdového napätia (b) optočlenu s vnútornou kladnou spätnou väzbou optickou väzbou
Elektrické spojenie je medzi jeho prvkami. Štrukturálne je optočlen vyrobený tak, že sa časť pôvodného svetelného toku dostane späť do fotodetektora. To má za následok zníženie odporu, zvýšenie jasu žiarenia, ďalšie zníženie odporu. Tento proces má stúpajúci charakter a pokračuje dovtedy, kým zmena odporu významne neovplyvní množstvo prúdu alebo napätia dodávaného do svetelného zdroja. K tomu stačí, aby bola splnená podmienka:
kedy, 
kde a - minimálny odpor fotodiódy a odpor svetelného zdroja; a - vstupné a vstupné maximálne prúdy optočlenu; a - počiatočné a
výstupný maximálny jas.
V praxi sa tento režim činnosti optočlenu nazýva stav „zapnutý“. Podmienka „vypnutá“ zodpovedá podmienke: 
Prechod optočlenu zo stavu „vypnutý“ do polohy „zapnutý“ nastáva náhle a je sprevádzaný lavínovou zmenou prúdu a jasu v elektrických a optických kruhoch.
V optočlene s vnútornou negatívnou optickou väzbou sú fotodetektor a svetelný zdroj spojené paralelne (obr. 6, a). Má tiež dva vstupy (elektrický a optický) a dva analogické výstupy. Medzi jeho prvkami je tiež elektrické spojenie. Štrukturálne je optočlen vyrobený tak, že časť pôvodného svetelného toku padá späť do fotodetektora. To vedie k zníženiu odporu fotodetektora a zvýšeniu posunu svetelných zdrojov s ním, v dôsledku čoho začne svietiť slabšie.
V optočlene s externou optickou väzbou sú vstupné a výstupné signály optické. Jeho prvky sú navzájom spojené elektrickým pripojením.
Obrázok: 7. Elektrický obvod (a) a prenosová charakteristika (b) optočlenu s externou optickou komunikáciou
Keď sa na vstup optočlenu privedie optický signál, odpor fotodetektora sa zníži, v dôsledku čoho sa zvýši prúd cez fotoemitátor a podľa toho sa zvýši jas jeho žiary.
Vlastnosti. Vlastnosti optočlenov určujú ich vlastnosti a parametre. Rozlišujeme medzi charakteristikami vstupu, výstupu, prúdového napätia a prenosu. Ich typ je do značnej miery určený elektrickým obvodom optočlenu a povahou dostupných optických pripojení. Pre optočleny s internou priamou optickou komunikáciou je prenosová charakteristika informatívna, vyjadrujúca
závislosť výstupného elektrického signálu od vstupu. Pre nich je každá zmena prúdu alebo napätia fotoelektrického žiarenia sprevádzaná zodpovedajúcimi zmenami jasu jeho žiary, odporu fotodetektora a výstupného prúdu optočlenu. Preto jeho prenosová charakteristika, ktorá vyjadruje závislosť výstupného prúdu na vstupe, má formu znázornenú na obr. 4, b. Je zrejmé, že optočlen s vnútornou priamou optickou väzbou možno považovať za prvok s premenlivým odporom, ktorého hodnota je určená vstupným prúdom alebo vstupným napätím. Pre optočleny s vnútornou kladnou optickou väzbou je hlavnou charakteristika vstupného prúdového napätia, jej špecifickou vlastnosťou je prítomnosť úseku so záporným diferenciálnym odporom, kde napätie klesá a prúd sa zvyšuje. Vzhľadovo pripomína voltampérové \u200b\u200bvlastnosti elektromagnetického relé alebo spúšťača (obr. 5, b).
Pre optočleny s vnútornou negatívnou optickou väzbou je charakteristika vstupného prúdového napätia tiež hlavnou charakteristikou. Jeho vzhľad je znázornený na obr. 6, b. Analýza tvaru krivky ukazuje, že pri rovnakom spektrálnom zložení vstupného a výstupného žiarenia sa pozoruje monochromatické zosilnenie svetelného toku. Ak je spektrálne zloženie vstupného a výstupného žiarenia odlišné, potom sa pozorujú transformácie žiarenia. Optočlen s externou optickou komunikáciou hrá úlohu zosilňovača optického signálu (obr. 7).
Systém parametrov optočlenu obsahuje parametre štyroch skupín:
1.
Parametre popisujúce vstupné charakteristiky optočlenov.
2.
Parametre, ktoré popisujú počiatočnú charakteristiku optočlenov.
3.
Parametre popisujúce prenosové charakteristiky optočlenov.
4.
Parametre popisujúce galvanické oddelenie optočlenov.
Pretože na vstupe optočlenov sú LED alebo elektroluminiscenčné kondenzátory a na výstupe sú fotodiódy, fototranzistory, fotorezistory, fototyristory, sú pre optočleny špecifické iba parametre posledných dvoch skupín. Stupeň vplyvu vysielača na fotodetektor (vysielacia charakteristika) je určený:
- aktuálny prevodový pomer 
používané pre diódové a tranzistorové optočleny;
- pomer odporu tmy k odporu svetla: alebo hodnota odporu svetla, ktorá sa používa pre odporové optočleny;
- minimálny vstupný prúd, ktorý poskytuje usmernené vstupné charakteristiky, ktorý sa používa pre tyristorové optočleny.
Patria sem parametre charakterizujúce zotrvačnosť optočlenu v pulznom režime (doby zapnutia a vypnutia a) a vo vysokofrekvenčnom režime (medzná frekvencia). Kvalita galvanického oddelenia v statike a dynamike sa určuje nastavením napätia a odporu galvanického oddelenia (pripojenie) a priepustnosti (kapacita spojky).
Tranzistorové optočleny sa vyznačujú najväčšou technickou flexibilitou obvodu, majú vysokú hodnotu súčiniteľa prenosu prúdu, ale v porovnaní s nízkou rýchlosťou ( 
). Obzvlášť veľké hodnoty (až 600 ... 800%) sa dosahujú v optočlene s kompozitným tranzistorom. Diódové optočleny vyrábajúce hlavne s použitím r- a n- fotodetektory označené vysokou rýchlosťou 
, ale hodnota pre nich je niekoľko percent, takže je potrebné vylepšenie videa.
Diódové integrované optočleny, ktoré sa vyrábajú pomocou planárnej technológie s použitím GaAs -svitlodive a Si - p - i - n- fotodiódy oddelené skleneným ponorným médiom ( n \u003d 2,7), podobne ako neintegrované optočleny s diódami, majú vysokú rýchlosť 
a malý pomer prenosu prúdu (jednotky percent). Umiestnenie ich vysielacích charakteristík na rovinu súradníc, ktoré určujú koeficient prenosu prúdu, významne závisí od teploty (obr. 8). Izolačný odpor medzi výstupom a vstupom, ktorý určuje stupeň DC oddelenia, je 10 8… 10 12 Ohm. Kvalita riešenia striedavého prúdu závisí od priepustnosti, je jednotiek nF.
Obrázok: 8. Teplotná závislosť vysielacích charakteristík diódového optočlenu s vnútornou optickou väzbou
Obrázok: 9. Výstupná charakteristika optočlenu v režime fotoventilu (je bodom pridelenia maximálneho výkonu)
Jednou z dôležitých vlastností diódových optočlenov je schopnosť pracovať v režime fotoventilu bez dodávania externého napätia do fotodetektora (obr. 9). Optočlen funguje ako riadený izolovaný napájací zdroj. Sériové optočleny v režime fotoventilu majú spravidla nízku účinnosť (<0,5 … 1%), но достижения на лабораторных образцах КПД 10 … 15% и
možnosť pripojenia batérií optočlenov slúži ako základ pre vytvorenie špecifickej skupiny nízkoenergetických zariadení ( U ≈ 0,5 ... 5 V, I ≈ 0,5..50 mA) sekundárne napájacie zdroje. Rezistorové optočleny sa vyznačujú linearitou a symetriou počiatočnej voltampérovej charakteristiky, absenciou vnútorného EMF a vysokým pomerom multiplicity 
... Preto aj napriek svojej veľmi veľkej zotrvačnosti 
a široký vývoj diódových a tranzistorových optočlenov si rezistorové optočleny zachovávajú svoju dôležitú nezávislú hodnotu. Tyristorové optočleny sú veľmi vhodné v „výkonovej“ optoelektronike. Rovnako dobre sa hodia na spínanie silnoprúdových obvodov rádiotechniky a elektrotechniky. 
destinácia. Ovládanie tak vysokých výkonov v záťaži, tyristorové optočleny za vstupom sú prakticky kompatibilné s IC (hodnota Iin sú desiatky miliampérov). Okrem uvažovaných odrôd optočlenov, ktoré sú v priemysle veľmi rozšírené, sú zaujímavé aj také, v ktorých sa ako fotodetektory používajú MOS - varikopy, tranzistory s efektom poľa s dielektrickým hradlom as riadiacim p-n-spojka, jednoprechodové tranzistory, lavínové diódy a tranzistory, diódy so Schottkyho bariérou.
Diferenciálne optočleny, v ktorých jeden vysielač pracuje na dvoch identických fotodetektoroch, sú pre analógovú technológiu veľmi sľubné (obr. 1, f). Medzi základné patria aj viackanálové optočleny, ktoré sú súpravou identických optočlenov v jednom kryte.
Aplikácia. Optočleny s internou optickou komunikáciou sa široko používajú v rôznych odvetviach rádiotechniky a elektroniky, výpočtovej techniky, automatizácie a elektrotechniky. V digitálnych zariadeniach sa používajú na pripojenie zariadení vyrobených na inej báze (napríklad na prepojenie bipolárnych integrovaných obvodov s unipolárnymi, tunelovými diódami a tranzistorovými obvodmi atď.), Používajú sa na riadenie výkonových obvodov motorov a relé jednosmerných a striedavých prúdov z logické obvody nízkeho napätia s nízkym výkonom; na komunikáciu logických obvodov s počítačovými periférnymi zariadeniami; ako odpojenie prvkov od zeme v napájacích zdrojoch; ako relé s nízkym výkonom v elektroluminiscenčných informačných zobrazovacích systémoch; v kontrolných a meracích zariadeniach,
priamo pripojené k vysokoprúdovým obvodom striedavého prúdu.
Optočleny, ktoré sú vhodné na prenos analógových signálov, sa používajú ako spínacie prvky v telefónnych linkách; v komunikačných kruhoch rôznych senzorov s počítačmi; v lekárskej elektronike.
Na riadenie vedení vysokého napätia sa používajú optočleny s flexibilným svetlovodom; v meracích systémoch určených na prevádzku v podmienkach silného rušenia (mikrovlnné rušenie, iskrenie) v riadiacich a monitorovacích zariadeniach vysokonapäťových elektrických vákuových zariadení (klystrony, CRT, zosilňovač obrazu atď.); v technike fyzikálneho experimentu. Optočleny s otvoreným optickým kanálom (optočleny prerušujúce a odrážajúce optočleny) sú v zariadeniach na čítanie informácií z dierovaných nosičov nepostrádateľné ako indikátory polohy objektov a stavu ich povrchov ako snímače vibrácií, objem plnenia kvapalinou atď.
Optočleny umožňujú riešenie rovnakých problémov ako samostatne odobraté páry emitor - fotodetektor, avšak v praxi sú väčšinou pohodlnejšie, pretože charakteristiky emitora a fotodetektora a ich vzájomná poloha sú v nich optimálne zvolené.
Pokiaľ hovoríme o najočividnejšej aplikácii optočlenu, ktorý nemá medzi ostatnými prístrojmi obdoby, je to prvok galvanickej izolácie. Optočleny (alebo, ako sa niekedy nazývajú, optočleny) sa používajú ako komunikačné zariadenia medzi jednotkami zariadenia s rôznymi potenciálmi na prepojenie mikroobvodov s rôznymi hodnotami logických úrovní. V týchto prípadoch optočlen prenáša informácie medzi jednotkami, ktoré nemajú elektrické pripojenie, a nenesie nezávislé funkčné zaťaženie.
Nemenej zaujímavé je použitie optočlenov ako prvkov optického bezkontaktného riadenia silnoprúdových a vysokonapäťových zariadení.
Je vhodné používať optočleny na vytváranie uzlov na spúšťanie silných tyratrónov, distribučných a reléových zariadení, výkonových spínacích zariadení atď.
Optočleny s otvoreným optickým kanálom zjednodušujú riešenie problémov so sledovaním parametrov rôznych prostredí, umožňujú vytvárať rôzne senzory (vlhkosť, hladina a farba kvapaliny, koncentrácia prachu atď.).
Jedným z najdôležitejších je lineárny obvod určený na neskreslený prenos analógových signálov pozdĺž galvanicky izolovaného obvodu. Zložitosť tohto problému je spôsobená skutočnosťou, že na linearizáciu prenosovej charakteristiky v širokom rozmedzí prúdov a teplôt je potrebná spätnoväzbová slučka, ktorá je v zásade nerealizovateľná za prítomnosti galvanického oddelenia. Preto idú cestou použitia dvoch identických optočlenov (alebo diferenciálnych optočlenov), z ktorých jeden funguje ako pomocný prvok poskytujúci spätnú väzbu (obr. 6.13). V takýchto obvodoch je vhodné použiť diferenciálne optočleny KOD301A, KOD303A.
Na obr. 6.14 zobrazuje diagram dvojstupňového tranzistorového zosilňovača s optoelektronickou väzbou. Zmena kolektorového prúdu tranzistora VT1 spôsobí zodpovedajúcu zmenu prúdu LED optočlenu U1 a odpor jeho fotorezistora, ktorý je zahrnutý v základnom obvode tranzistora VT2 ... Na pull-up rezistore R2 Zlatý klinec
poskytuje sa zosilnený výstupný signál. Použitie optočlenu takmer úplne eliminuje prenos signálu z výstupu na vstup zosilňovača.
Optočleny sú vhodné na galvanické oddelenie jednotiek v elektronických zariadeniach. Napríklad v obvode na galvanické oddelenie dvoch blokov (obr. 6.15) je signál z výstupu bloku 1 prešiel na vstup bloku 2 cez diódový optočlen U1... Ak sa ako druhá jednotka použije integrovaný mikroobvod s nízkym vstupným prúdom, nie je potrebné používať zosilňovač a fotodióda optočlenu v tomto prípade pracuje v režime fotogenerátora.
Obrázok: 6.13. Galvanické oddelenie analógového signálu: 01, 02 - optočleny, U1, U2 - operačné zosilňovače
Obrázok: 6.14. Optoelektronický dvojstupňový tranzistorový zosilňovač
Optočleny a optoelektronické mikroobvody sa používajú v zariadeniach na prenos informácií medzi jednotkami, ktoré nemajú uzavreté elektrické spojenia. Použitie optočlenov významne zvyšuje odolnosť komunikačných kanálov proti šumu, eliminuje nežiaduce interakcie oddelených zariadení pozdĺž napájacích obvodov a spoločného vodiča. Prepojovacie obvody využívajúce optočleny sa široko používajú vo výpočtovej a meracej technike, v automatizačných zariadeniach, najmä keď snímače alebo iné prijímacie zariadenia pracujú v podmienkach nebezpečných alebo pre ľudí neprístupných.
Napríklad implementáciu komunikácie galvanicky nezávislých logických prvkov je možné vykonať pomocou optoelektronického spínača (obr. 6.16). Mikroobvod K249LP1, ktorý obsahuje optočlen s otvoreným rámom a štandardný ventil, môže slúžiť ako optoelektronický spínač.
Optočleny umožňujú zjednodušiť riešenie problémov konjugácie blokov, ktoré sú rozdielne v ich funkčnom účele.
charakter napájacieho zdroja, napríklad akčné členy napájané sieťou striedavého prúdu a obvody na generovanie riadiacich signálov napájané zdrojmi jednosmerného prúdu nízkeho napätia.
Veľkú skupinu úloh predstavuje aj koordinácia digitálnych mikroobvodov s rôznymi typmi logiky: tranzistor-tranzistorová logika (TTL), emitorová komunikácia
pripojená logika (ESL), komplementárna štruktúra „kov-oxid-polovodič“ (CMOS) atď. Príklad zladeného obvodu prvku TTL s MIS pomocou tranzistorového optočlenu je znázornený na obrázku 6.17. Vstupné a výstupné stupne nemajú spoločné elektrické obvody a môžu pracovať v rôznych podmienkach a režimoch.
Ideálne galvanické oddelenie je potrebné v mnohých praktických prípadoch, napríklad v lekárskych diagnostických prístrojoch, keď je snímač pripevnený k ľudskému telu a merná jednotka, ktorá zosilňuje a prevádza signály snímača, je pripojená k sieti. V prípade poruchy meracej jednotky môže dôjsť k úrazu elektrickým prúdom. Samotný snímač je napájaný zo samostatného zdroja nízkeho napätia a je pripojený k meracej jednotke prostredníctvom odpojenia optočlenu (obr. 6.18).
Optočleny sú užitočné aj v iných prípadoch, keď sa „neuzemnené“ vstupné zariadenia musia spájať s „uzemnenými“ výstupnými zariadeniami. Príklady
týmito úlohami môžu byť pripojenie diaľkovej komunikačnej linky s displejom, „automatická sekretárka“ pripojená k telefónnej linke atď. Napríklad v rozhraní komunikačnej linky s displejom (obr. 6.19, a) operačný zosilňovač poskytuje požadovanú úroveň signálu na vstupe displeja. Podobne môžete prepojiť vysielaciu konzolu s komunikačnou linkou (obr. 6.19, b).
Obrázok: 6.19. Párovanie „neuzemnených“ a „uzemnených“ zariadení
Obrázok: 6.20. Optoelektronické polovodičové relé:
a - normálne otvorené, b - normálne zatvorené
Je vhodné prenášať zosilnené signály fotodetektora na akčné členy (napríklad elektrické motory, relé, svetelné zdroje atď.) Prostredníctvom optoelektronickej galvanickej izolácie. Príkladom takého odpojenia sú dve varianty najbežnejších polovodičových relé, otvorené a zatvorené (obrázok 6.20). Relé spína jednosmerné signály. Signál prijatý fototranzistorom optočlenu zapne tranzistory VT1, VT2 a zahŕňa náklad
(Obrázok 6.20, a) alebo ho deaktivuje (6.20, b).
Obrázok 6.21. Optoelektronický impulzný transformátor
Pulzný transformátor je veľmi častým prvkom moderných elektronických zariadení. Používa sa v rôznych generátoroch impulzov, výkonových zosilňovačoch impulzného signálu, komunikačných kanáloch, telemetrických systémoch, televíznych zariadeniach atď. Tradičná konštrukcia impulzného transformátora využívajúceho magnetický obvod a vinutia nie je kompatibilná s technologickými riešeniami používanými v mikroelektronike. Frekvenčná odozva transformátora v mnohých prípadoch neumožňuje uspokojivú reprodukciu nízkofrekvenčných aj vysokofrekvenčných signálov.
Takmer ideálny impulzný transformátor je možné vyrobiť na báze diódového optočlenu. Napríklad v diagrame optoelektronického transformátora s diódovým optočlenom je zobrazený tranzistor (obr. 6.21) VT1 napája LED diódu optočlenu U1 Signál generovaný fotodiódou je zosilnený tranzistormi VT2 a VT3.
Trvanie prednej časti impulzov do značnej miery závisí od rýchlosti optočlenu. Najrýchlejšie sú fotodiódy p—
i—
n-st
rukura. Časy nábehu a pádu výstupného impulzu nepresahujú niekoľko desiatok nanosekúnd.
Na základe optočlenov boli vyvinuté a vyrobené optoelektronické mikroobvody, ktoré obsahujú jeden alebo niekoľko optočlenov, ako aj zodpovedajúce mikroelektronické obvody, zosilňovače a ďalšie funkčné prvky.
Kompatibilita optočlenov a optoelektronických mikroobvodov s inými štandardnými mikroelektronickými prvkami z hľadiska úrovne vstupného a výstupného signálu, napájacieho napätia a ďalších parametrov určila potrebu štandardizácie špeciálnych parametrov a charakteristík.
