Conectores ópticos y sus aplicaciones.
Un optoacoplador (u optoacoplador, como comenzó a llamarse recientemente) consta estructuralmente de dos elementos: un emisor y un fotodetector, unidos, por regla general, en una carcasa sellada común.
Hay muchos tipos de optoacopladores: resistencia, diodo, transistor, tiristor. Estos nombres indican el tipo de fotodetector. Como emisor se suele utilizar un LED infrarrojo semiconductor con una longitud de onda en el rango de 0,9…1,2 micras. También se utilizan LED rojos, emisores electroluminiscentes y lámparas incandescentes en miniatura.
El objetivo principal de los optoacopladores es proporcionar aislamiento galvánico entre los circuitos de señal. En base a esto, el principio general de funcionamiento de estos dispositivos, a pesar de la diferencia en los fotodetectores, puede considerarse el mismo: la señal eléctrica de entrada que llega al emisor se convierte en un flujo de luz que, al actuar sobre el fotodetector, cambia su conductividad. .
Si el fotodetector está fotorresistencia, entonces su resistencia a la luz se vuelve miles de veces menor que la resistencia original (oscura) si el fototransistor — la irradiación de su base produce el mismo efecto que cuando se aplica corriente a la base transistor convencionaly abre.
Como resultado, se forma una señal en la salida del optoacoplador, que en general puede no ser idéntica a la forma de la entrada, y los circuitos de entrada y salida no están conectados galvánicamente. Se coloca una masa dieléctrica transparente eléctricamente fuerte (generalmente un polímero orgánico) entre los circuitos de entrada y salida del optoacoplador, cuya resistencia alcanza los 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 ohmios.
Los optoacopladores producidos en la industria se nombran según el sistema actual de designación de dispositivos semiconductores.
La primera letra de la designación del optoacoplador (A) indica el material de partida del emisor: arseniuro de galio o una solución sólida de galio-aluminio-arsénico, la segunda (O) significa la subclase: optoacoplador; el tercero muestra a qué tipo pertenece el dispositivo: P — resistencia, D — diodo, T — transistor, Y — tiristor. Luego están los números, que significan el número del desarrollo, y una letra: este o aquel tipo de grupo.
dispositivo optoacoplador
El emisor, un LED sin envolver, generalmente se coloca en la parte superior de la caja de metal, y en la parte inferior, en un soporte de cristal, hay un fotodetector de silicio reforzado, por ejemplo, un fototiristor. Todo el espacio entre el LED y el fototiristor está lleno de una masa transparente solidificada. Este relleno está cubierto con una capa que refleja los rayos de luz hacia el interior, lo que evita que la luz se disperse fuera del área de trabajo.
Un diseño ligeramente diferente del acoplador óptico de resistencia descrito... Aquí se instala una lámpara en miniatura con un filamento incandescente en la parte superior del cuerpo de metal, y se instala una fotorresistencia basada en cadmio selenio en la parte inferior.
El fotorresistor se fabrica por separado, sobre una fina base de sital. Se rocía una película de un material semiconductor, seleniuro de cadmio, después de lo cual se forman electrodos hechos de un material conductor (por ejemplo, aluminio). Los cables de salida están soldados a los electrodos. La conexión rígida entre la lámpara y la base la proporciona una masa transparente endurecida.
Los orificios de la carcasa para los cables del optoacoplador están rellenos de vidrio. La unión hermética de la tapa y la base del cuerpo se asegura mediante soldadura.
La característica de corriente-voltaje (CVC) de un optoacoplador de tiristor es aproximadamente la misma que la de un solo tiristor… En ausencia de corriente de entrada (I = 0 — característica oscura), el fototiristor puede encenderse solo con un valor muy alto del voltaje que se le aplica (800 … 1000 V). Dado que la aplicación de un voltaje tan alto es prácticamente inaceptable, esta curva tiene un sentido puramente teórico.
Si se aplica al fototiristor una tensión de funcionamiento continua (de 50 a 400 V, según el tipo de optoacoplador), el dispositivo puede encenderse solo cuando se suministra una corriente de entrada, que ahora es la de conducción.
La velocidad de conmutación del optoacoplador depende del valor de la corriente de entrada. Los tiempos de conmutación típicos son t = 5 … 10 μs. El tiempo de apagado del optoacoplador está relacionado con el proceso de reabsorción de los portadores de corriente minoritarios en las uniones del fototiristor y depende únicamente del valor de la corriente de salida que fluye.El valor real del tiempo de disparo está en el rango de 10 … 50 μs.
La corriente de salida máxima y operativa del optoacoplador de la fotorresistencia disminuye drásticamente cuando la temperatura ambiente supera los 40 grados centígrados. La resistencia de salida de este optoacoplador permanece constante hasta el valor de la corriente de entrada de 4 mA, y con un aumento adicional en la corriente de entrada (cuando el brillo de la lámpara incandescente comienza a aumentar) disminuye bruscamente.
Además de los descritos anteriormente, existen optoacopladores con el llamado canal óptico abierto... Aquí, el iluminador es un LED infrarrojo y el fotodetector puede ser una fotorresistencia, un fotodiodo o un fototransistor. La diferencia entre este optoacoplador es que su radiación sale, es reflejada por algún objeto externo y regresa al optoacoplador, al fotodetector. En un optoacoplador de este tipo, la corriente de salida puede controlarse no solo por la corriente de entrada, sino también cambiando la posición de la superficie reflectante exterior.
En los optoacopladores de canal óptico abierto, los ejes ópticos del emisor y el receptor son paralelos o en un ligero ángulo. Hay diseños de dichos optoacopladores con ejes ópticos coaxiales. Tales dispositivos se llaman optoacopladores.
Aplicación de otrones
Actualmente, los optoacopladores son ampliamente utilizados, especialmente para combinar bloques lógicos microelectrónicos que contienen elementos discretos potentes con actuadores (relés, motores eléctricos, contactores, etc.), así como para la comunicación entre bloques lógicos que requieren aislamiento galvánico, modulación de constantes y de cambio lento. voltajes, conversión pulsos rectangulares en oscilaciones sinusoidales, control de potentes lámparas e indicadores de alta tensión.