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Optokopplern und deren Anwendung

Einführung

Geschichte

Die Idee der Schaffung und die Verwendung von Optokopplern bezieht sich auf 1955, wenn der Loebner EE „optoelektronische Geräte Netzwerk“ eine ganze Reihe von Instrumenten ist mit den optischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Elementen vorgeschlagen worden, die für die Verstärkung und die spektrale Umwandlung von Lichtsignalen ermöglicht Geräte mit bistabilen erstellen - bistabile Optokoppler, optoelektronischen Bauelementen Akkumulation und Speicherlogikschaltungen, Schieberegister. Es hat sich auch als Abkürzung gebildet vorgeschlagen und der Begriff „Optokoppler“ für „optisch-elektronische Vorrichtung“.

Beschrieben in diesem Papier Optokopplern, perfekt zur Veranschaulichung der Prinzipien bewährt für die industrielle Umsetzung ungeeignet, da sie auf unvollständige elementare Grundlage beruht - ineffizient und Trägheits Pulver Elektrolumineszenz-Kondensatoren (Emitter) und Photowiderständen (Empfänger). Waren unvollkommen und wichtige Betriebseigenschaften der Vorrichtungen: eine Tieftemperatur- und zeitliche Stabilität der Parameter, unzureichende mechanische Festigkeit. Daher. Zunächst gab es nur Optokoppler interessante wissenschaftliche Leistung ist zu finden Anwendung nicht in der Technik.

Erst Mitte der 60er Jahre der Halbleiter-Leuchtdioden und technologisch fortschrittliche High-Performance-High-Speed-Silizium-Photodetektoren mit p - n-Übergänge (Photodioden und Fototransistoren) begann eine elementare Grundlage der modernen opto-Technologie zu entwickeln. In den frühen 70er Jahren die Produktion von Optokopplern in den führenden Ländern der Welt ist zu einem wichtigen und schnell wachsenden Industrie von elektronischen Geräten geworden, erfolgreich traditionelle Mikroelektronik ergänzen.

grundlegende Definitionen

Genannt Optokoppler solche optoelektronischen Vorrichtungen, in denen Strahlung gibt es Quellen und Detektoren (Lichtemitter und der Photodetektor) mit der einen oder anderen Art von optischen und elektrischen Verbindung dazwischen, strukturell miteinander verwandt.

Das Funktionsprinzip von Optokopplern jede Basis Art auf dem folgenden. Die Energie des Heizkörper elektrischen Signals wird am Fotodetektor in Licht umgewandelt, im Gegenteil, das Leuchtsignal bewirkt, daß die elektrische Antwort.

Fast verbreiten nur Optokopplern, die eine direkte optische Verbindung von der Quelle zu dem Photodetektor und in der Regel haben, ausgeschlossen, alle Arten von elektrischer Kommunikation zwischen diesen Elementen.

Nach dem Grad der Schwierigkeit des Blockdiagramms umfasst opto Kunstprodukte zwei Gruppen von Geräten. Optokopplers (auch sagen „Elementare Photokoppler“) ist eine optoelektronische Halbleitervorrichtung ein Strahlungselement und einen Photodetektor umfasst, zwischen denen eine optische Verbindung ist, die zwischen Eingang und Ausgang eine elektrische Isolation bereitstellt. Der optoelektronischen integrierte Schaltkreis-Chip ist aus einem oder mehreren Optokopplern bestehen und elektrisch daran einer oder mehr passenden oder Verstärkungsvorrichtungen angeschlossen ist.

Somit führt in solchen elektronischen Schaltungsvorrichtung, um die Funktion des Kopplungselementes, wobei gleichzeitig der elektrische (galvanische) Isolierung der Eingangs- und Ausgangsdurchgeführt.

Besondere Merkmale des Optokopplern

Die Vorteile dieser Vorrichtungen basieren auf dem allgemeinen Prinzip der optoelektronischen elektrisch neutralen Photonen unter Verwendung von Informationen zu tragen. Die wichtigsten sind die folgenden:

  • die Möglichkeit, eine perfekte elektrische (galvanische) Isolierung zwischen Eingang und Ausgang zu gewährleisten; Optokoppler für eine beliebig hohen Spannungen und Widerstände Vertauschungen und Hindurchleiten eine beliebig kleine Kapazität zu erreichen, keine wesentlichen physikalische oder Konstruktionsbeschränkungen existieren;
  • die Möglichkeit, einen berührungslosen optischen Kontrolle von elektronischen Objekten und die sich ergebende Vielfalt und Flexibilität der Konstruktionslösungen der Steuerkreise der Umsetzung;
  • unidirektionale Ausbreitung eines optischen Kanaldaten, das Fehlen von Rückmeldung an einen Emitter der Empfänger-Reaktion;
  • große Frequenzbandbreite Optokoppler, gibt es keine Begrenzung für die niedrige Frequenz (dh eigentümlich den Impulstransformator); Möglichkeit der Übertragung Photokoppler Schaltung als ein Impulssignal, und die Gleichstromkomponente;
  • Möglichkeit, den Ausgang des Optokopplers durch die Wirkung Steuerung (einschließlich der nicht-elektrisch), um optische Kanalmaterial und die damit verbundene Fähigkeit, eine Vielzahl von Sensoren für die Übertragung von Informationen sowie eine Vielzahl von Geräten zu schaffen;
  • Möglichkeit, ein funktionelles mikroelektronische Geräte mit Bildsensoren zu schaffen, deren Eigenschaften die Änderung, wenn von einem komplexen Gesetz beleuchtet;
  • Immunity optischer Kommunikationskanal zu den Auswirkungen elektromagnetischer Felder, im Fall von „langen“ Optokopplern (mit einem verlängerten Lichtwellenleiter-Wellenleiter zwischen dem Sender und Empfänger) ist verantwortlich für deren Störsicherheit und Informationsleckage und eliminiert die gegenseitigen Störungen;
  • körperliche und strukturelle und technische Kompatibilität mit anderen Halbleitern und mikroelektronischen Bauelementen.

Photokoppler gewisse inhärente Nachteile:

  • großer Energieverbrauch aufgrund der Notwendigkeit von Dual Power Conversion (Strom - Licht - Strom) und die geringen Effizienz dieser Übergänge;
  • Überempfindlichkeitsparameter und Eigenschaften auf eine erhöhte Temperatur und Kernstrahlung durchdringt;
  • mehr oder weniger temporären Abbau (Verschlechterung) Parameter markiert;
  • ein relativ hoher Geräuschpegel, verursacht wird, wie in den vorhergehenden zwei Nachteile, insbesondere Physik LEDs;
  • Feedback-Implementierungskomplexität durch die elektrische Dissoziation Eingangs- und Ausgangsschaltungen hervorgerufen;
  • konstruktive und technologische Unvollkommenheiten mit nichtplanaren Hybridtechnik verbunden ist (mit der Notwendigkeit, in einem einzigen Gerät zu vereinigen mehrerer - Einkristallen von verschiedenen Halbleitern, in verschiedenen Ebenen).

Diese Optokoppler Mangel bei der Verbesserung von Materialien, Technik, Schaltungsdesign teilweise entfernt, aber dennoch für eine lange Zeit ausreichend von grundlegender Bedeutung sein wird. Doch ihre Würde so hoch, dass bietet nicht-kompetitive zuversichtlich Optokopplern unter anderen mikroelektronischen Bauelementen.

Ein verallgemeinertes Blockdiagramm

Da das Kupplungselement wird durch einen Optokoppler Übertragungskoeffizienten K i, durch das Verhältnis von Eingangs- und Ausgangssignale, und eine maximale Informationsübertragungsrate F. In der Praxis wird anstelle von F gemessene Dauer Anstiegs- und Abfallzeiten der Impulse übertragen t Pritschen (cn) oder die Grenzfrequenz bestimmt , gekennzeichnet ist . Funktionen wie Optokoppler galvanisch getrennt Element gekennzeichnet durch eine maximale Spannung und Isolationswiderstand R U Isolator und Isolator und Isolatordurchgangskapazität C.

Das Blockschaltbild in Fig. 1 ist die Eingabevorrichtung für die Optimierung des Arbeitsmodus Heizkörper (z.B. LED Verschiebung auf dem linearen Teil der Licht-Strom-Kennlinien) und Umwandlung (Verstärkung) des externen Signals verwendet. Die Eingabeeinheit muss einen hohen Umwandlungswirkungsgrad, hohe Geschwindigkeit, großen Dynamikbereich des zulässigen Eingangsstrom (für lineare Systeme), kleiner Wert „threshold“ des Eingangsstroms an dem einem zuverlässige Übertragung von Information durch die Kette gewährleistet.

Ein verallgemeinertes Blockdiagramm des Photokoppler

Abbildung 1. verallgemeinertes Blockdiagramm Optokoppler

Zweck des optischen Mediums - die optische Signalübertragung der Energie von der Quelle zu dem Photodetektor, und in vielen Fällen der mechanische Integrität der Struktur zu gewährleisten.

Die theoretische Möglichkeit, die optischen Eigenschaften des Mediums zu steuern, zum Beispiel durch elektrooptische oder magnetooptische Effekte verwenden, reflektiert durch in der Steuereinrichtung Schaltung einzuführen, in diesem Fall haben wir einen Fotokoppler mit gesteuerten optischen Kanal zu erhalten, unterscheidet sich funktionell von „konventionellen“ Optokoppler: Ausgangsänderung durch durchgeführt werden kann, Eingang und in der Steuerschaltung.

Der Photodetektor ist eine „Rekonstituierung“ des Informationssignals von optisch zu elektrisch; so neigen dazu, hohe Empfindlichkeit und hohe Geschwindigkeit zu haben.

Schließlich wird die Ausgabevorrichtung ausgelegt Photodetektorsignal in eine Standard-Form, die für Auswirkungen auf den nachfolgenden Stufen des Optokopplers zu konvertieren. Praktisch Bindungsfunktion des Ausgabegerätes ist eine Signalverstärkung, da der doppelten Umwandlung Verlust nach sehr bedeutsam. Oft verstärken die Funktion des Photodetektors selbst (zum Beispiel einen Fototransistor).

Das Gesamtblockschaltbild in Fig. 1 ist in jedem Gerät nur ein Teil der Blöcke implementiert. Dementsprechend gibt es drei Hauptgruppen von opto-Technik-Geräten; zuvor genannten Optokopplern (Elementar Optokopplern) verwenden einen Lichtemitter Block - optisches Medium - einen Photodetektor; Optoelektronische (opto) -Schaltung (Fotokoppler mit dem Additions-Ausgangssignal, und manchmal Eingabegerät); spezielle Arten von Optokopplern - Geräten, die funktionell und strukturell im wesentlichen verschieden von elementarem und optoelektronischen IC Optokopplern sind.

Real Optokoppler kann als das Schema in Fig angeordnet und komplexer werden. 1; jeder der Blöcke möglicherweise nicht eine, sondern mehrere, gleich oder ähnlich zueinander die verbundenen Elemente elektrisch und optisch, aber es ändert sich nicht wesentlich die physikalischen Grundlagen und die Elektronik Optokoppler.

Anwendung

Als Elemente werden galvanische Trennung Optokoppler verwendet: für Kommunikationsgeräte-Einheiten, zwischen denen es eine signifikante Potentialdifferenz ist; die Eingangskreise der Meßvorrichtungen vor Störungen und Übersprechen zu schützen, usw.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet Optokopplern - optisch, berührungslosen Steuerung von Hochstrom- und Hochspannungsschaltungen. Laufleistung Thyristoren, Thyristor, Triac, Steuerung elektromechanische Relais.

Eine spezielle Gruppe von Steuerwiderstand umfasst Photokoppler Optokopplern für Niederspannungsschaltgeräte in komplexer Schaltungen Bildanzeige auf Elektrolumineszenz (Pulver) Indikatoren, MIMIC, Bildschirm gebildet bestimmt.

ein „lang“ Optokopplern (Geräte mit einem erweiterten flexiblen faseroptischen Lichtleiter) Erstellen eröffnete ein ganz neues Anwendungsgebiet von opto-Technologie Produkten bis - Kommunikation über kurze Entfernungen.

Verschiedene Optokoppler (Diode, einen Widerstand, Transistor) sind in den reinen Funkmodulationsschemata, automatische Verstärkungsregelung, und andere verwenden. Auswirkungen auf dem optischen Kanal werden hierin verwendet, zu der Ausgangsschaltung im optimalen Betriebsmodus für die kontaktlose Einstellungsmodus, und so weiter. N.

Die Fähigkeit, die Eigenschaften des optischen Kanals unter verschiedenen äußeren Einflüssen auf, es zu ändern erzeugt eine Reihe von optronischen Sensoren: Sensoren, wie Feuchtigkeit und Gaskonzentration, Präsenzmelder in einem Volumen flüssige Oberflächensensoren Reinheit unterschiedlichen Objekts Verarbeitung, seine Geschwindigkeit, etc ...

Spezifisch genug ist Optokopplern zu verwenden für Energiezwecke, dh. E. Die Arbeit der Diode in dem Optokoppler fotoventilnom Modus. In diesem Modus erzeugt Fotodiode die elektrische Leistung an die Last und den Optokoppler in ein Ausmaß ähnlich wie bei einer niedrigen Leistungssekundärstromquelle vollständig von dem Primärkreis isoliert.

ein Schritt zur Schaffung von funktionalen optoelektronik Erstellen Optokoppler mit Fotowiderständen, der Eigenschaften, wenn sie in einem gegebenen komplexen Gesetz beleuchtet verändern, erlaubt ist, mathematische Funktionen zu modellieren.

Vielseitigkeit Optokoppler als Elemente der galvanischen Trennung und Nicht-Kontakt-Management, die Vielfalt und Einzigartigkeit der vielen anderen Merkmale sind der Grund, dass die Anwendungen dieser Geräte Rechenmaschinen geworden sind, Geräte, Telekommunikation und elektronische Geräte, automatisierte Steuerungssysteme, Geräte Mess-, Regel- und Steuerungssysteme, medizinische Elektronik Bildanzeigegerät.

Physikalische Grundlage der opto-Technologie

Element Basiseinheit und Optokopplern

Elemental Basis Optokoppler macht Photodetektoren und Emitter sowie optisches Medium zwischen ihnen. Alle diese Elemente sind solche allgemeinen Anforderungen wie geringe Größe und Gewicht, hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, Beständigkeit gegen mechanische und klimatische Einflüsse, Anpassungsfähigkeit, gering Kosten dargestellt. Es ist auch wünschenswert, dass die Elemente ausreichend breit gewesen sein und langfristige industrielle Approbation.

Funktionell (als ein Schaltungselement) Optokoppler sind in erster Linie gekennzeichnet, in welchem ​​Typ Photodetektor darin verwendete.

Die erfolgreiche Verwendung eines Photokopplers wird durch einen Photodetektor Durchführung der folgenden Grundanforderungen bestimmt: Wirkungsgrad der Energieumwandlung von Strahlungsquanten in elektrische Energie zu bewegen; das Vorhandensein und die Wirksamkeit der internen Firmware Verstärkung; hohe Geschwindigkeit; Breite der Funktionalität.

Die Optokoppler-Photodetektoren mit verschiedenen Strukturen verwendet werden, das im sichtbaren und nahen infraroten Bereich empfindlich ist, da es in diesem Bereich des Spektrums gibt es intensive Strahlungsquellen und Photodetektoren ist, kann ohne Kühlung betrieben werden.

Photodetektoren sind vielseitigste mit p - n-Übergängen (. Dioden, Transistoren und m, n), in den meisten Fällen auf der Basis von Silizium und dem Bereich der maximalen spektralen Empfindlichkeit gemacht werden in der Nähe von L = 0,7 ... 0,9 m .

Zahlreiche Anforderungen an die Emitter von Optokopplern gemacht. Die wichtigsten sind: spektrale Anpassung mit dem ausgewählten Photodetektor; Hochleistungsenergieumwandlung des elektrischen Stroms in Strahlungsenergie; bevorzugte Abstrahlungsrichtung; hohe Geschwindigkeit; Einfachheit und Leichtigkeit der Anregungs- und Emissionsmodulation.

Optokopplern für die Verwendung in einem geeigneten und zugänglichen Heizkörpern sind mehrere Sorten:

  • Miniatur - Glühlampen.
  • Neonröhren, die eine elektrische Glimmentladung Gasgemisch aus Neon-Argon verwenden.
    Diese Arten von Heizkörpern gekennzeichnet durch geringe Lichtleistung, geringe Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung, begrenzte Haltbarkeit, große, komplett Inkompatibilität mit der integrierten Technologie. Bei bestimmten Arten von Optokopplern, können sie Verwendung finden.
  • Pulver Elektrolumineszenz - Zelle unter Verwendung von Leuchtkörpern als feinkristalline Körner von Zinksulfid (aktiviert mit Kupfer, Mangan oder anderen Dotierungsmitteln) in dem polymerisierten dielektrischen suspendiert. Bei Anlegen einer ausreichend hoher Wechselspannung ist in dem Prozess predprobojnoj Lumineszenz.
  • TFEL - Zellen. Lumineszenz wird mit einer Anregung von Manganatomen „heißer“ Elektronen verbunden.

Und Pulver, Film und Elektrolumineszenz-Zellen haben eine niedrige Wirkungsgrad Umwandlung von elektrischer Energie in Licht, geringe Haltbarkeit (insbesondere - Dünnfilm), schwer zu kontrollieren (zum Beispiel der beste Modus für Pulver Phosphore ~ ​​220 V bei f = 800 Hz ... 400). Der Hauptvorteil dieser Strahler - konstruktiv-technologische Kompatibilität mit Photowiderständen, die Fähigkeit, auf dieser Grundlage, Multi-Funktions-, Multi-Element-optoelektronischen Strukturen zu schaffen.

Der Haupt universellsten Meßwertumformer in den Optokopplern verwendet wird spritz Halbleiter-Leuchtdiode - LED. Dies ist aufgrund seiner folgenden Vorteile auf: ein hoher Wert des Umwandlungswirkungsgrades von elektrischer Energie in optischen; schmales Emissionsspektrum (kvazimonohromatichnost); Latitude Spektralbereichs abdeckt verschiedenen LEDs; Strahlungsrichtung; hohe Geschwindigkeit; Kleine Werte der Versorgungsspannungen und Ströme; Kompatibilität mit Transistoren und integrierten Schaltkreisen; einfache Modulation der Strahlungsleistung durch den Vorwärtsstrom ändert; Möglichkeit, sowohl in gepulster und Dauerbetrieb arbeiten; lineare Licht-Strom-Charakteristik in einem mehr oder weniger weiten Bereich von Eingangsströmen; Hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit; geringe Größe; technologische Kompatibilität mit Mikroelektronikprodukten.

Die allgemeinen Anforderungen an optische Immersionsmedium Optokoppler, die folgenden: der hohe Wert des Brechungsindex n von ihnen; hohe Wert des spezifischen Widerstands r sie; hohe kritische Feldstärke E cr sie eine ausreichende Hitzebeständigkeit , sie Slave dq; gute Haftung an den Siliziumkristallen und Galliumarsenid; Elastizität (dies ist notwendig, da es nicht die Koordinationselemente Optokoppler aus den Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Verfügung stellen kann); mechanische Festigkeit, wie das Immersionsmedium in den Optokoppler nicht nur lichtdurchlässig ist aber auch strukturelle Merkmale; Verarbeitbarkeit (einfache Bedienung, die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften, gering Kosten, und so weiter. p.).

Der Haupttyp des Immersionsmediums in Optokopplern verwendet werden, sind polymere optische Klebstoffe. Für sie ist es in der Regel n = 1,4 ... 1,6, sier 10> 12 ... 14 October ohm cm, es cr E = 80 kV / mm, dq sie Slave = - 60 ... 120 C. Klebstoffe zeigen eine gute Haftung auf Silicium und Galliumarsenid, eine hohe mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegenüber thermischen Zyklen kombinieren. Eingesetzt als gummiartig und nicht-hydraulisch optisches Medium vazelinopodobnye.

Physik der Energieumwandlung in der Diode Optokopplern

Die Berücksichtigung der Energieumwandlung in den Optokoppler erfordert Berücksichtigung der Quantennatur des Lichts zu nehmen. Es ist bekannt, dass elektromagnetische Strahlung als Strom von Teilchen dargestellt werden - Quanten (Photonen), die Energie. von denen jeder durch die folgende Beziehung definiert ist:

E f= hn = hc / n l ( 2.1)

wobei h - Planck-Konstante;
c - Lichtgeschwindigkeit im Vakuum;
n - Brechungsindex des Halbleiters;
n, l - Schwingungsfrequenz und die Wellenlänge der optischen Strahlung.

Wenn Quantenflussdichte (.. dh die Anzahl der Photonen durch eine Flächeneinheit pro Zeiteinheit vorbei) gleich N f, dann ist die gesamte Strahlungsleistung wird spezifisch:

P f = N f * E f (2.2)

und wie aus (2.1) für ein gegebenen f N gesehen wird , ist umso größer, je kürzer die Wellenlänge der Strahlung. Da in der Praxis P ip (Energiebestrahlungsstärke Photodetektor) gegeben ist, ist die folgende Beziehung nützlich

N f = P f / E f = 5 * 15l P fOktober (2.3)

wobei N p, cm -2 s -1; l, m; P f, mW / cm.

Direktbandenergiediagramm des Halbleiters (beispielsweise ternäre Verbindungen GaAsP)

Fig. 2. Energiediagramm Direktband-Halbleiter (beispielsweise ternäre Verbindungen GaAsP)

Der Mechanismus der Lumineszenz in Injektions LED umfasst drei Hauptprozesse: radiative (und nicht-strahlende) Rekombination in Halbleitern, die Injektion von überschüssigen Minoritätsladungsträgern in der Basis der LED und aus dem Bereich der Erzeugung der Strahlung.

Rekombination von Ladungsträgern in einem Halbleiter wird durch seine Banddiagramm und das Vorhandensein und die Art der Verunreinigungen und Defekte, den Grad der Störung des Gleichgewichtszustands in erster Linie bestimmt. Grundmaterialien optoelektronischen Emittern (GaAs und die ternären Verbindung auf ihr basiert GaA1As und GaAsP) sind direkte Spalt Halbleiter, d.h. k, so dass direkte optische Band-Band-Übergänge (Fig. 2) erlaubt sind. Jedes Rekombinationsereignis in diesem Schema Ladungsträger von einer Photonenemission begleitet wird, die Wellenlänge in Übereinstimmung mit dem Gesetz der Erhaltung der Energie ist gegeben durch:

radl [m] = 1,23 / E p [eB] (2.4)

Es sollte beachtet werden, dass es konkurrierende strahlungslose - Rekombinationsmechanismen. Zu den wichtigsten von ihnen sind:

  1. Rekombination bei tiefen Zentren. Das Elektron kann zu dem Valenzband bewegt sie nicht direkt , sondern über eine oder andere Zentren Rekombination die erlaubten Energieniveaus in dem verbotenen Band (Stufe E t in 2) zu bilden.
  2. Auger-Rekombination (oder Schock). Bei sehr hohen Konzentrationen an freien Ladungsträgern im Halbleiter erhöht die Wahrscheinlichkeit der Kollision von drei Körpern, die Energie der mit dem gegebenen dritten freien Ladungsträger in der Form von kinetischer Energie Elektron-Loch-Paare rekombinieren, die in Kollisionen mit dem Gitter allmählich abführt.

Schematische (a) und optische (b) LEDs Modell

Fig. 3. Schematische (a) und optischen (b) LEDs Modell. A - optisch „transparent“ Teil des Kristalls; B - der aktive Teil des Kristalls; C - „opaque“ -Teil des Kristalls; D - ohmsche Kontakte; E - die Raumladungszone

Die relative Bedeutung der verschiedenen Rekombinationsmechanismen beschrieben , indem das Konzept der internen Quanteneffizienz von Strahlung h int Einführung durch das Verhältnis der Wahrscheinlichkeit einer Strahlungsrekombination zu voll (Strahlungs- und nichtstrahl) Rekombinationswahrscheinlichkeit definiert (oder alternativ das Verhältnis der erzeugten Photonen zu der Anzahl der während der gleichen Zeit der Minoritätsladungsträger injiziert). Der Wert von h int ist eine wesentliche Eigenschaft des Materials in der LED verwendet wird ; es ist offensichtlich, dass 0 hint 100%.

Erzeugung von Überschußkonzentration an freien Ladungsträger in der aktiven (abstrahlenden) Fläche der LED-Chips wird durch Injektion von p-n-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt, durchgeführt.

„Nützliche“ Stromkomponente , die strahlende Rekombination in dem aktiven Bereich der Diode Stütz ist der Elektronenstrom I n (Fig. 3a), die injizierte p-n-Übergang. Mit „nutzlos“ Gleichstromkomponenten sind:

  1. Lochkomponente I p, aufgrund der Injektion von Löchern in die n-Region und spiegelt die Tatsache wider , dass die p - n-Übergänge von einseitig Injektion nicht geschieht, den Stromanteil von weniger als stark dotiertem n-Bereich im Vergleich zu dem p-Typ - Bereich.
  2. Ток рекомбинации (безызлучательной) в области объемного заряда р - n-перехода I рек . В полупроводниках с большой шириной запрещенной зоны при малых прямых смещениях доля этого тока может быть заметной.
  3. Туннельный ток I тун , обусловленный "просачиванием" носителей заряда через потенциальный барьер. Ток переносится основными носителями и вклада в излучательную рекомбинацию не дает. Туннельный ток тем больше, чем уже р - n-переход, он заметен при сильной степени легирования базовой области и при больших прямых смещениях.
  4. Oberflächenleckstrom I Abrichten aufgrund des Unterschieds der Eigenschaften der Halbleiteroberfläche vom Umfang der Eigenschaften und die Gegenwart bestimmter Einschlüssen kurzschließt.

Wirkungsgrad von p - n-Übergang wird durch Einspritzverhältnis gekennzeichnet ist:

(2.5)

Offensichtlich sind die Grenzen der möglichen Variation von g ist die gleiche wie die des h int, t. E. 0 g 100%.

In der Erzeugung von Strahlung abzuleiten hat die folgenden Arten von Energieverlusten Ort (3b.):

  1. Verluste für Selbstabsorption (Rays 1). Wenn die Wellenlänge der erzeugten Photonen genau Formel entspricht, (2.4), zusammenfällt mit der „roten boundary“ Absorption (cm. Unten) und solche Strahlung wird in der Dicke der Halbleiter (Selbstabsorption) schnell resorbiert. In der Tat ist die Strahlung in Gleich Lücke Halbleiter nicht über ideales Schema. Daher welligen Photonen erzeugt etwas mehr als (2.4):
  2. Verluste der inneren Totalreflexion (Strahlen 2). Es ist bekannt, daß das Auftreten von Lichtstrahlen an der Grenzfläche eines optisch dichtes Medium (Halbleiter) mit einer optisch weniger dichten (Luft) für einen Teil dieser Strahlen, die Bedingung der Totalreflexion solcher Strahlen, die in den Kristall reflektiert wurden schließlich durch Selbstabsorption verloren.
  3. Verluste umgekehrt mechanische und Strahlung (Balken 3 und 4).

Quantitativ wird die Effizienz der optischen Energieabgabe von dem Kristall mit einem Koeffizienten K opt definiert Ausgangsstrahlungsleistung - Verhältnis in der richtigen Richtung zu der Kraft der in dem Kristall erzeugte Strahlung austritt , gekennzeichnet ist . Sowie für die Koeffizienten g und h int erfüllt immer die Bedingung 0 für Großhandel 100%.
g. Integral Emissions LED - Anzeige ist der Wert der externen Quanteneffizienz h ext. Aus dem obigen ist es , dass h ext = hint g K opt klar.

Fahren Sie mit der Empfangseinheit. Das Prinzip des Betriebes in Optokopplern verwendet fotpriemnikov auf dem inneren photoelektrischen Effekt basiert, von den Atomen innerhalb des Körpers unter der Wirkung der elektromagnetischen (optischen) Strahlung bei der Trennung von Elektronen besteht.

Quanta des Lichts in dem Kristall absorbiert wird, können sowohl von den Atomen der Trennung von Elektronen bewirken, dass der Halbleiter und der Verunreinigung. In Übereinstimmung mit diesem Wort über ihre eigenen (unlegiert) und Verunreinigungsabsorption (Photoeffekt). Da die Konzentration der Fremdatome gering ist, Lichteffekte, auf die Eigenabsorption basiert ist immer wichtiger, als auf der Grundlage einer Verunreinigung. Alle Materialien in Optokoppler Photodetektoren verwendet werden, „arbeiten“ auf unlegierten photoelektrischen Effekt. Um die Lichtquanten Elektronen vom Atom erforderlichen Kriterien erfüllt sind, die offensichtlichen Energiebeziehungen beraubt:

E 1Q-1 = hn E C - E v (2.6)

E p2 = hn 2 E C - E t (2.7)

So eigener photoelektrischer Effekt kann nur auftreten , wenn sie mit einer Wellenlänge des Halbleiters Strahlung ausgesetzt, bei einem bestimmten Wert CL:

l c= hc / (E C - E v) 1,23 / E g (2.8)

Die zweite Gleichung in (2.8) ist gültig , wenn L c in Mikrometern ausgedrückt wird, und die Breite des verbotenen Bandes des Halbleiter E g - in Elektronenvolt. Der Wert cl Wellenlänge genannt oder „rot“ Grenze der spektralen Empfindlichkeit des Materials.

Die Intensität der Strömung des photoelektrischen Effekts (zu dem spektralen Bereich, wo sie existieren können) hängt von der Quantenausbeute bestimmt Verhältnis der Anzahl der erzeugten Elektronen-Loch-Paare der Anzahl der absorbierten Photonen. Die Analyse der experimentellen Kurven zeigt , dass in der interessanten Spektralbereich für Fotokoppler b = 1.

Photoleitfähigkeit (Erhöhung der Leitfähigkeit der Probe unter Beleuchtung) und Photovoltaik (- n-Übergang, oder jede anderen Form der Potentialbarriere in dem Halbleiter durch Beleuchtung Auftreten Photospannung durch p): Die Bildung von freien Ladungsträgern unter Bestrahlung wird in dem Halbleiter in Form von zwei fotoelektrischen Effekten gezeigt. Beide Effekte werden in der Praxis der Konstruktion von Photodetektoren verwendet werden; Optokopplern für die bevorzugten und dominant ist die Verwendung von Foto-EMF-Effekt.

Die grundlegenden Parameter und Eigenschaften von Photodetektoren (unabhängig von der physikalischen Natur und Konstruktion dieser Vorrichtungen) können in mehrere Gruppen zu den optischen Eigenschaften umfassen Bereich lichtempfindlicher Oberfläche unterteilt werden, das Material, die Abmessungen und die Konfiguration des optischen Fensters; maximale und minimale Sendeleistungspegel. Für die elektrooptische - Lichtempfindlichkeit, der Grad der Empfindlichkeit der Verteilungsgleichmäßigkeit des Photodetektorfläche; die spektrale Empfindlichkeit der Dichte (abhängigen Parameter, der die Empfindlichkeit der Wellenlänge); Eigenrauschen Photoempfänger und deren Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke und der Bereich von Betriebsfrequenzen; Auflösungszeit (Geschwindigkeit); Qualitätsfaktor (kombinierte Score, verschiedene Fotodetektoren miteinander zu vergleichen, so dass); Figur der Linearität; der Dynamikbereich. Als Photoelementschaltung wird die Anwesenheit (oder Abwesenheit) eingebetteter-Verstärkungsmechanismus, die Art und Form des Ausgangssignals, in erster Linie ihrer äquivalenten Schaltungsparameter, Anforderungen für die Betriebsart gekennzeichnet. Weitere Merkmale: Leistung, nadezhnostnogo insgesamt Technologie - nichts spezifisch „Photodetektor“ nicht enthalten.

Je nach der Art des Ausgangssignals (Spannung, Strom) zeigt Spannungs- oder Stromnehmerlichtempfindlichkeit S jeweils gemessen in V / W oder A / W. U O (I bzw. O) ~ P f: Linearität (oder Nicht-Linearität) des Photodetektors wird durch den Exponenten n in der Gleichung , die das Ausgangssignal an den Eingang bestimmt. für n 1 linearer Photodetektor; Wertebereich f P (von P nach P f maxf min), in der sie durchgeführt wird, um den dynamischen Bereich der Linearität des Photodetektor D bestimmt, in der Regel in Dezibel ausgedrückt: D = 10 lg (P f max / f P min).

Der wichtigste Parameter Photodetektor seine Ansprechschwelle Bestimmen spezifische Detektivität D, in W -1 m 1/2 Hz gemessen. Mit einem bekannten Wert von D Schwelle (minimale scheinbare Strahlungsleistung) ist definiert als

F min = P / D (2,9)

wobei A - quadratische lichtempfindliche Fläche; D f- Bandbreite Photosignale Verstärker. Mit anderen Worten spielt der Parameter D die Rolle des Qualitätsfaktors des Photodetektors.

Messschaltung, und die Familie der Strom-Spannungs-Kennlinien in der Photodiode (a) und fotoventilnom (b) Diodenmoden

Fig. 4. Messschemata und der Familie der Strom-Spannungs-Kennlinien in der Photodiode (n) und fotoventilnom (b) Diodenmoden

Wenn an den Optokoppler angelegt ist nicht alle diese Merkmale ebenso wichtig sind. Typischerweise arbeiten die Photodetektoren in Optokopplern unter Bestrahlung, sehr weit von der Schwelle ist , so dass die Verwendung der Parameter P p und D min ist praktisch unbrauchbar. Strukturell, in der Regel der Photodetektor in dem Optokoppler „ertrunken“ im Tauch. Mittwoch, den es mit dem Kühler verbindet, so Kenntnis der optischen Eigenschaften des Eingangsfensters ist bedeutungslos (in der Regel, insbesondere eines solchen Fensters nicht vorhanden ist). Nicht sehr wichtig und Empfindlichkeitsverteilung der lichtempfindlichen Fläche zu kennen, da Zinseffekte integriert sind.

Der Mechanismus der Photodetektoren auf dem photovoltaischen Effekt basieren, Man betrachtet das Beispiel einer planaren Fotodiode mit epitaktischen p-n-Übergang und einer p-in-Struktur, die n + isoliert werden kann - Substratbasis n- oder i-Typ (n schwache Leitfähigkeit n-Typ) und dünne p & spplus; -Schicht. Wenn in der Photodiode Modus arbeitet (. 4a) von außen angelegten Spannung bewirkt, daß Löcher und Elektronen weg von der p - n (p - i) Kreuzung; mit dem Muster der Feldverteilung im Kristall ist für die beiden Strukturen dramatisch anders aus.

Lichtstrahlen absorbiert, in dem Diodenbasisbereich erzeugt Elektron-Loch-Paare, die mit dem p diffundieren - n-Übergang, sie werden getrennt, und verursachen das Auftreten von zusätzlichen Strom in einer externen Schaltung. Die p - in-Dioden erfolgt diese Trennung in der i-o6lasti Diffusionsprozess statt und hält die Drift der Ladungsträger unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes. Jedes Elektron-Loch-Paar zu erzeugen, durch die p bestanden - n-Übergang, bewirkt, dass die Passage in der äußeren Schaltung der Ladung gleich die Elektronenladung. Je größer die Bestrahlungsstärke der Diode, desto größer ist der Photostrom. Der Photostrom fließt und um die Diode in der Vorwärtsrichtung (Fig. 4a), aber es ist viel kleiner als der Gleichstrom, selbst bei niedriger Spannung, so dass seine Auswahl schwierig ist.

Arbeitsbereich der Strom-Spannungs-Kennlinien der Photodiode ist ein Quadrant III in Fig. 4, und; entsprechend wirkt in der aktuellen Empfindlichkeit als kritische Parameter

(2.10)

Die zweite Gleichung in (2.10) ist unter der Annahme einer linearen Abhängigkeit von I f = f (P t) erhalten, und der dritten - der Bedingung Vernachlässigung der Dunkelstrom (I T << I F), die für die Silizium - Photodioden in der Regel durchgeführt wird .

Wenn Photodiode beleuchten, ohne einen externen Vorspannungs Anwendung, wobei das Verfahren die erzeugten Elektronen und Löcher des Trennens tritt aufgrund der Wirkung der eigenen integrierten Feld p - n-Übergang. In diesem Fall werden die Löcher an dem p-Bereich fließen, und teilweise für den Bereich innerhalb kompensieren p - n-Übergangs. Es schafft ein neues Gleichgewicht (für einen gegebenen Wert: P f) Zustand , in dem externen Pin - Diode Photo emf U f auftritt. Wenn Sie die beleuchtete Fotodiode eine Last schließen, wird er es sinnvoll , elektrische Leistung P e geben.

Die charakteristischen Punkte der Strom-Spannungs - Kennlinien der Diode , die in einem - fotoventilnom - Modus sind Uxx EMF Leerlauf und Kurzschlussstrom I sc (4b.).

Photodiode schematisch in dem Ventil arbeitet als eine Art einer Sekundärstromquelle, so ist es ein Parameter, der die Effizienz der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie Bestimmung:

Effizienz = P e / f = AP aU xx I ks / A pf (2,11)

In fotoventilnom Modus wirkt eine wichtige Klasse von Photovoltaik-Geräte - Sonnenkollektoren.

Die Parameter und Eigenschaften der opto und optoelektronische integrierte Schaltung

Klassifikationsparameter Produkte optronische Ausrüstung

Bei der Kennzeichnung von Produkten optronische Ausrüstung von zwei Punkten gezählt: die Lichterfassungsvorrichtung und den Konstruktionsmerkmalen des Geräts als Ganzes.

Auswahl der ersten Merkmalsklassifikation aufgrund der Tatsache, daß praktisch alle Optokoppler an dem Eingang gelegt LED, und die Funktionalität der Vorrichtung definierte Ausgangscharakteristiken der Photodetektorvorrichtung.

Als ein zweites Merkmal angenommen, dass eine Struktur, die die Besonderheiten der Anwendung eines Optokopplers bildet.

Durch die Bestimmung Pulsparameter Optokopplern

Fig. 5. Bestimmung der Pulsparameter Optokopplern

Unter Verwendung dieses gemischten strukturell shemotehnicheskogo Klassifikationsprinzips, ist es logisch zu drei Hauptgruppen von Produkten optronische Ausrüstung: Optokoppler (Elementare Optokoppler), optoelektronischen (opto) integrierte Schaltungen und spezielle Arten von Optokopplern. Für jede dieser Gruppen umfassen eine große Anzahl von Arten von Geräten.

Für die gängigsten Optokoppler folgende Abkürzungen verwendet: D - Diode, T - Transistor, R - Widerstand, Y - Thyristor T 2 - mit einer Verbindung Phototransistor DT - dioden-Transistor, 2A (2T) - die Diode (Transistor) Differential.

Herstellungsparameter opto art-System basiert auf der Systemparameter Optokopplern, die aus vier Gruppen von Parametern und Betriebsarten gebildet.

Die erste Gruppe kennzeichnet die Eingangsschaltung Optokoppler (Eingangsparameter), und die zweite - seine Ausgangsschaltung (Ausgabeparameter), die dritten - kombiniert Parameter zur Beschreibung der Auswirkungen des Emitters an den Detektor und zugehörige Merkmale des Signals durch den Optokoppler als Element der Verbindung (Parameterübertragungscharakteristik) schließlich umfasst die vierte Gruppe die Parameter galvanischer Trennung, wie der Wert, der nahe an der idealen Element Optokoppler Isolation zeigt. Es gibt vier Gruppen von Determinanten spezifisch „mit Optokopplern“ sind die Parameter der Übertragungseigenschaften und Parameter der elektrischen Isolation.

Der wichtigste Parameter Optokopplerdiode und der Transistor ist ein Stromübertragungskoeffizienten. Ermittlung der Pulsparameter des Photokopp clear (Fig. 5). Die Bezugspegel , wenn gemessene Parameter t Pritschen (cn),bld t, und t on (aus) typischerweise verwendeten Niveaus von 0,1 und 0,9 ist , die gesamte Verzögerungszeit des logischen Signals werden durch den Pegel des Pulsamplitude von 0,5 bestimmt.

Parameter galvanische Trennung. Optokopplern sind: maximale Spitzenspannung zwischen Eingangs- und Ausgangs Isolator U p max; maximale Spannung zwischen Eingang und Ausgang Isolator U max; Galvanische Isolationswiderstand R Isolator; Kommunizieren Kapazität C Isolator; die maximal zulässige Rate der Spannung an den Ausgang (ich Isolator / dt) max zwischen der Eingangsänderung. Der wichtigste Parameter ist der U - Isolator n max. Er ist es, die dielektrische Festigkeit des Optokopplers und seiner Fähigkeiten als galvanische Trennung Element bestimmt.

Die obigen Parameter Optokopplern oder vollständig mit einigen Modifikationen, und verwendet, um die optoelektronischen integrierten Schaltungen zu beschreiben.

Diode Optokoppler

Legend Optokopplern

Fig. 6. Legend Optokopplern

Optokopplerdiode (6a.) In einem größeren Ausmaß als irgendeine: andere Geräte kennzeichnen das Niveau der optronischen Geräten. Aus dem Wert von K i kann in dem Optokoppler auf der erreichten Energieumwandlungseffizienz beurteilt werden; temporäre Parameterwerten ermöglichen, die Grenzgeschwindigkeit, die Verbreitung von Informationen zu definieren. Verbinden mit dem dioden Optokoppler diese oder andere Verstärkungselemente, sehr nützlich und bequem, kann noch keine Verstärkungsenergie geben, keine der Grenzfrequenz.

Transistor und Thyristor - Optokoppler

Transistor Optokoppler (Fig. 6, c) eine Anzahl ihrer Eigenschaften vergleicht günstig auf andere Arten von Optokopplern. Dies ist vor allem Flexibilität shemotehnicheskogo die sich manifestiert, daß der Kollektorstrom durch Kette LEDs (optisch) gesteuert werden kann, und auf dem Basiskreis (elektrisch), und dadurch, dass die Ausgangsschaltung in den linearen und im Schlüssel-Modus arbeiten. Interner Verstärkungsmechanismus bietet große Werte von Stromübertragungskoeffizienten K i, so daß aufeinanderfolgende Verstärkerstufen sind nicht immer notwendig. Es ist wichtig, dass in diesem Fall die Trägheit des Optokoppler nicht sehr hoch ist und in vielen Fällen ist durchaus akzeptabel. Die Ausgangsströme der Phototransistoren sind wesentlich höher als beispielsweise Photodioden, so dass sie geeignet für eine Vielzahl von elektrischen Schaltschaltungen machen. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass all dies mit relativ technologischen Optokoppler Leichtigkeit Transistor erreicht wird.

Thyristors Optokoppler (Figur 6 b) . Die vielversprechendsten für Hochstrom - Hochspannungsschaltkreis: die Kombination aus der Leistung an die Last und Geschwindigkeit geschaltet ist eindeutig vorzuziehen -optopar T 2. Optokopplern AOU103 Art zur Verwendung als kontaktSchlüsselElemente in verschiedenen elektronischen Schaltungen bestimmt sind: Steuerschaltkreise, Leistungsverstärker, Impulsformern, etc ...

Widerstand Optokoppler

Widerstand Optokoppler (Fig. 6, d) unterscheiden sich grundsätzlich von allen anderen Arten von opto-physikalischen und technologischen konstruktiven Eigenschaften, sowie die Zusammensetzung und die Parameterwerte.

Der Fotowiderstand Betriebsprinzip basiert auf der Wirkung von Photoleitfähigkeits, t. E. Changes Widerstand des Halbleiters wenn sie beleuchtet.

Differential Fotokoppler zum Übertragen eines analogen Signals ,

Alle oben genannten Material Bedenken in Bezug auf die Übertragung von digitalen Informationen über die galvanisch getrennte Schaltung. In allen Fällen, wenn wir über die Linearität der analogen Signale sprechen, sprachen sie über einen Optokoppler Ausgangseigenschaften. In allen Fällen Steuerkanalsender - Lichtdetektor wird durch eine lineare Abhängigkeit nicht beschrieben. Ein wichtiges Problem ist die analoge Datenübertragung über den Optokoppler, das heißt die Linearität der Übertragungskennlinien des Eingangs gewährleisten - Ausgabe [36]. Nur das Vorhandensein solcher Optokoppler wird möglich, die Ausbreitung von analogen Informationen galvanisch getrennte Stromkreise zu leiten, ohne es in eine digitale Form (pulse sequence) umwandelt.

Vergleich der Eigenschaften verschiedenen Optokopplern auf Parameter wichtig vom Standpunkt der Übertragung analoger Signale führt zu dem Schluss, dass, wenn dieses Problem und kann nur über Optokoppler-Diode gute Frequenzeigenschaften gelöst werden und Rauschen. Die Komplexität des Problems liegt in erster Linie in dem engen Bereich von linearen Übertragungseigenschaften und dem Grad der Linearität der Diode in dem Optokoppler.

Es sollte beachtet werden, dass die Geräte mit galvanischer Trennung geeignet zur Übertragung von Analogsignalen zu schaffen, die ersten Schritte gemacht werden und kann erwartet werden, den weiteren Fortschritt.

Opto - elektronische Schaltungen und andere Vorrichtungen, wie Optokoppler

Optoelektronischen Chips repräsentieren eine der am weitesten verbreiteten, die Entwicklung von vielversprechenden Produktklassen Optokoppler Kunst. Dies ist aufgrund der vollständigen elektrischen und strukturellen Kompatibilität von optoelektronischen Chips mit herkömmlichen Chips, sowie deren breiter im Vergleich zu den grundlegenden Funktionen der Optokoppler. Как и среди обычных микросхем, наиболее широкое распространение получили переключательные оптоэлектронные микросхемы.

Besondere Arten von Optokopplern sind sehr verschieden von traditionellen Optokoppler und optoelektronischen Schaltungen. Dazu gehört in erster Linie als Optokoppler mit offenem optischem Kanal. Die Konstruktion dieser Geräte zwischen dem Emitter und dem Photodetektor befindet sich ein Luftspalt, so daß durch sie in der einen oder anderen mechanischen Obstruktion platzieren, ist es möglich, den Lichtfluss zu steuern und somit das Ausgangssignal des Optokopplers. Somit Optokoppler offener optischer Kanal, die als optoelektronische Sensoren, um die Anwesenheit (oder Abwesenheit) von Gegenständen, dessen Oberflächenzustand, die Drehzahl oder Drehverschiebung, und m der Aufnahme. P.

Einsatzbereiche Optokopplern und Chips Optokoppler

Perspective Richtungen der Entwicklung und Anwendung von opto-Technologie weitgehend unschlüssig. Optokoppler und Optokoppler-Schaltungen effektiv zum Übertragen von Informationen zwischen Geräten verwendet, die keine geschlossenen elektrische Verbindungen aufweisen. Sie sind traditionell starke Position von optoelektronischen Bauelementen in der Technik zu erhalten, und die Anzeige von Informationen. Trennen der Wert in dieser Richtung optronischen Sensoren hat für Prozesse und Objekte sehr unterschiedlicher Art und Zweck zu überwachen. Merklich schreitet funktionelle PHC microcircuitry, konzentrierte sich auf die Umsetzung einer Vielzahl von Operationen auf die Umwandlung, Speicherung und Speicherung von Informationen im Zusammenhang. Wirksam und nützlich ist der Ersatz von sperrigen, kurzlebig und Low-Tech (vom Standpunkt der Mikroelektronik) elektromechanische Produkte (Transformatoren, Potentiometer, Relais), optoelektronische Geräte und Anlagen. Eher spezifisch, aber in vielen Fällen gerechtfertigt und sinnvoll ist die Verwendung von opto-Komponenten für Energiezwecke.

Informationstransfer

Bei der Übertragung von Informationen verwendet werden, Optokopplern als Koppelelemente und, in der Regel nicht trägt, eine unabhängige Funktionslast. Ihr Einsatz ermöglicht eine hocheffiziente galvanische Trennung der Steuervorrichtungen und die Last (Fig. 7), in verschiedenen Modi und elektrischen Bedingungen arbeitet. Mit der Einführung von Optokopplern stark gestiegen Störfestigkeit von Kommunikationskanälen; quasi „unechte“ Wechselwirkung der Ketten „der Erde“ und Kraft eliminiert. Von Interesse ist auch die effizienten und zuverlässige digitale integrierte Anpassungsvorrichtungen mit heterogener Elementbasis (TTL, ECL, I2L, CMOS- und m. N).

Scheme Blockinterpolations galvanische Trennung

Fig. 7. Die Interblock-Schaltung galvanische Trennung

Antriebselement passende Transistor-Transistor-Logik (TTL) mit einer integrierten Vorrichtung in den MIS-Transistoren auf Optokoppler-Transistor aufgebaut (Fig. 8). In einer besonderen Ausführungsform: E 1 = E 2 = 5 B, E 3 = 15, R & sub1 ; = 820 Ohm, R 2 = 24 K - die LED des Optokopplers Strom (5 mA) , die ausreicht , um den Transistor und der Selbststeuereinrichtung auf der TIR angetrieben zu sättigen -tranzistorah.

Fig. 8. Die Schaltung der TTL-Schnittstelle und das TIR-Element entlang des optischen Kanals

optische Kommunikation in Telefongeräten und Systemen weit verbreitet. Mit Optokopp bedeutet technisch einfach möglich zu verbinden Linien mikroelektronische Bauelemente zur Gesprächsanzeige, Steuerung und andere Zwecke zu telefonieren.

Die Einführung der optischen Kommunikation in der elektronischen Messeinrichtung, zusätzlich zu dem, das in vieler Hinsicht die galvanische Trennung des Testobjekts und die Messvorrichtung ermöglicht es auch, drastisch, um die Auswirkungen von Störungen zu reduzieren auf Schaltungen und Bodenstrom wirken.

Von großen Interesse sind die Chancen und Erfahrung bei der Verwendung von opto-elektronischen Geräten und Einrichtungen in den biomedizinischen Geräten. Optokopplern kann zuverlässig die Patienten von den Auswirkungen der Hochspannung, beispielsweise in den elektrokardiographischen Vorrichtungen isolieren.

Berührungslose Steuerung leistungsstarke, Hochspannungsschaltungen für optische Kanäle sehr bequem und sicher in schwierigen technischen Bedingungen typisch für viele Geräte und Systeme der industriellen Elektronik. In diesem Bereich ist die starke Position des Triac Photokoppler (Fig. 9).

Scheme AC-Lastschalt

Fig. 9. Der Schaltstromkreis AC-Last

Empfangen und Anzeigen von Informationen

Optokoppler und Optronik Schaltungen eine starke Position in der berührungslosen Abstands Technik operative Empfang einnehmen und zeigen genau die Informationen über die Merkmale und Eigenschaften sehr unterschiedlich (von Natur und Ziel) Prozesse und Objekte. Eine einmalige Gelegenheit, in dieser Hinsicht hat Optokoppler mit offenem optischem Kanal. Unter diesen optoelektronischen Schutzschalter, der auf eine optische Kanalquer undurchsichtige Objekte reagieren (Fig. 10) und einer reflektierenden opto, deren Wirkung auf Lichtemitter Photodetektoren vollständig aufgrund der Reflexion des emittierten Flusses von externen Objekten.

optoelektronischen Sensor

Fig. 10. Opto-elektronischer Sensor

Kreis Optokopplern-Anwendungen mit offenen optischen Kanälen umfangreich und vielfältig. Bereits in den 60er Jahren dieses Typs Optokopplern sind wirksam für die Registrierung von Subjekten und Objekten verwendet. Mit dieser Registrierung der charakteristischen ersten Vorrichtung zum automatischen Steuerung und Zählen von Objekten, sowie zu erfassen, und verschiedene Arten von Defekten und Fehlern anzuzeigen, ist es wichtig, klar die Position der Einrichtung zu definieren oder die Tatsache ihrer Existenz zu reflektieren. Optokoppler Registrierungsfunktionen sind sicher und effizient durchgeführt.

Steuerung elektrischer Prozesse

Die Leistung der Strahlung von der LED erzeugt wird, und die Höhe des Photostrom in der linearen Schaltungen mit Fotodetektoren entsteht, ist der Emitterstrom der elektrischen Leitfähigkeit direkt proportional. Somit kann ein optischen (kontaktlos, remote) Kanäle, die Sie ganz bestimmte bekommen können, Informationen über die Prozesse in elektrischen Schaltungen sind elektrisch mit dem Heizkörper. Photokoppler verwenden Lichtemitter ist besonders wirksam als ein Sensor in elektrische Veränderungen hoch, Hochspannungsschaltungen. Klare Informationen über diese Änderungen sind wichtig für den unmittelbaren Schutz der Quellen und Verbraucher von Energie aus elektrischer Überlastung.

Spannungsregler mit der Steuerung Optokoppler

Fig. 11. Der Spannungsregler steuert einen Fotokoppler

Optokopplern sind in den Hochspannungsreglern erfolgreich betrieben wird, wo sie die optische Kanal negative Rückkopplung schaffen. Stabilisator betrachtet (Fig. 11) an die seriellen Typ Vorrichtung bezogen, wobei das regulatorische Element ein bipolarer Transistor ist, eine Zener-Diode wirkt als Source-Referenz (Referenz-Spannung). Vergleichselement ist eine LED.

Wenn die Ausgangsspannung in der Schaltung von Fig. 11 erhöht die LED-Strom erhöht und Leitung. Der Fototransistor des Optokopplers Transistor wirkt auf die mögliche Instabilität der Ausgangsspannung unterdrückt wird.

Ersatz von elektromechanischen Produkten

Die komplexen technischen Lösungen zur Steigerung der Effizienz und Qualitätskontrolle Geräte, Radio zu verbessern, Telekommunikation, Industrie, Unterhaltungselektronik, machbar und sinnvolle Maßnahme ist der Ersatz von elektromechanischen Produkten (Transformatoren, Relais, Potentiometer, Dimmer, Bedienstellen und Schlüsselschalter) kompakter, standfester, schnell wirkendes Analoga. Die führende Rolle in dieser Richtung optoelektronischen Bauelementen und Vorrichtungen gegeben. Die Tatsache, dass eine sehr wichtige technische Vorteile von Transformatoren und elektromagnetische Relais (galvanische Trennung der Steuerkreise und Last, sicher in Betrieb mit hoher Leistung, Hochspannungs-Hochstrom-Systeme) sind besondere und Optokopplern. Jedoch optoelektronischen Produkten wesentlich überlegen elektromagnetische Analoga der Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und die Übergangsfrequenz Eigenschaften. Steuerung kompakte und schnelle optoelektronischen Transformatoren, Schalter, Relais sicher durch die digitalen integrierten Schaltung Mann ohne Spezialwerkzeug elektrische Anpassung verwenden.

BEISPIEL Ersatz des Transformators Impuls in Fig. 12.

Scheme optoelektronischen Transformator

Fig. 12. Die optoelektronische Schaltung des Transformators

Energie - Funktionen

Im Leistungsmodus Optokopplern werden als sekundäre Quelle der EMF und Strom verwendet. Effizienz optoelektronischen Energiewandler ist klein. Jedoch bietet die Möglichkeit, eine zusätzliche Quelle der Spannung oder des Stroms in der Schaltungsvorrichtung ohne galvanische Verbindung mit einer primären Stromversorgung des Einführens der Entwickler durch einen neuen Freiheitsgrad besonders nützlich ist, um die technischen Probleme der Nicht-Standard in der Lösung.