Optokoppler und ihre Anwendung

Einführung

Geschichte

Die Idee der Schaffung und die Verwendung von Optokopplern bis 1955 Bezug nimmt, wenn der Loebner EE "optoelektronische Geräte network" eine ganze Reihe von Instrumenten ist für die optischen und elektrischen Verbindungen zwischen den Elementen vorgeschlagen worden, die zur Verstärkung und spektralen Transformation von optischen Signalen ermöglicht, zu erzeugen Geräte mit bistabilen - bistabile Optokoppler, opto-elektronische Speichergerät und Speicherlogik, Schieberegister. Es ist vorgeschlagen worden, und der Begriff "Optokoppler" als Abkürzung gebildet für "optical elektronischen Vorrichtung".

Beschrieben in diesem Papier Optokopplern, perfekt die als ungeeignet für die industrielle Umsetzung erwies sich als Grundsätze aufzustellen, auf die elementare Grundlage unvollkommener Basis - ineffizienter und Trägheits Pulver Elektrolumineszenz-Kondensatoren (Emitter) und Photowiderstände (Empfänger). Sie waren unvollkommen, und die wichtigsten Leistungsmerkmale der Geräte: Niedertemperatur und zeitliche Stabilität der Parameter, unzureichende Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung. Daher. auf den ersten Optokoppler blieb es nur eine interessante Errungenschaft wissenschaftliche nicht Anwendung in der Technik zu finden.

Nur in der 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 Herstellung von Optokopplern in den führenden Ländern der Welt hat sich zu einem wichtigen und schnell wachsenden Branche der elektronischen Technologie geworden, erfolgreich traditionelle Mikroelektronik ergänzen.

Schlüsseldefinitionen

Optokoppler genannt solche optoelektronischen Vorrichtungen, die die Quelle und der Strahlungsdetektor (einen Lichtemitter und einen Lichtdetektor) mit der einen oder anderen Art von optischen und elektrischen Verbindung zwischen ihnen strukturell miteinander verbunden sind.

Das Prinzip des Betriebs von jeder Art von optischen Kopplern auf der folgenden basiert. Die Energie des Emitters des elektrischen Signals wird in dem Photodetektor in Licht umgewandelt, im Gegenteil, das Lichtsignal ein elektrisches Antwort.

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

Nach dem Grad der Komplexität der Blockschaltbild mit opto-Tech-Produkte zwei Gruppen von Geräten identifiziert. Optokopplers (sagen auch "elementary Optokoppler") ist eine optoelektronische Halbleitervorrichtung, umfassend Aussenden und Lichtempfangselementen, zwischen denen eine optische Verbindung, die zwischen Eingang und Ausgang eine elektrische Isolation bereitstellt. Die opto-elektronischen Chip mit integrierter Schaltung besteht aus einem oder mehreren Optokopplern zusammengesetzt und elektrisch daran eine oder mehrere passende oder Verstärkungseinrichtungen verbunden.

Somit führt in der elektronischen Schaltungsvorrichtung, die Funktion eines Kupplungselementes, wobei gleichzeitig die elektrische ausgeführt (galvanische) Isolierung des Ein- und Ausgang.

Merkmale Optokoppler

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

• die Fähigkeit, eine perfekte elektrische (galvanische) Trennung zwischen Eingang und Ausgang zu gewährleisten; Optokopplern für keine größeren körperlichen oder strukturellen Beschränkungen existieren eine beliebig hohe Spannungen und Widerstände der Isolation und beliebig kleine Passage Kapazität zu erreichen;
• die Möglichkeit eines berührungslosen optischen elektronischen Steuerungsobjekte und die daraus resultierende Vielfalt und Flexibilität von Design-Lösungen von Steuerschaltungen implementiert;
• unidirektionale Ausbreitung durch einen optischen Informationskanal, der Mangel an Feedback-Empfänger Reaktion auf einen Emitter;
• große Frequenzbandbreite des Optokopplers, gibt es keine Begrenzung für die niederfrequente (die des Impulstransformators charakteristisch ist); Möglichkeit der Übertragung Photokoppler Schaltung als ein Impulssignal, und der Gleichstromkomponente;
• Möglichkeit, den Ausgang des Optokopplers durch Belichtung (einschließlich nicht-elektrisch), um optische Kanalmaterial und die damit verbundene Fähigkeit, eine Vielzahl von Sensoren und Vorrichtungen zur Übertragung verschiedener Informationen Steuerung zu erzeugen;
• die Fähigkeit, funktionelle mikroelektronische Bauelemente mit Photodetektoren zu schaffen, deren Eigenschaften, wenn sie von einem komplexen Gesetz beleuchtet ändern;
• Optische Kommunikationskanäle Immunität gegenüber elektromagnetischen Feldern, in Fall von "langen" Optokopplern (mit einem erweiterten optischen Faser-Wellenleiter zwischen dem Sender und dem Empfänger) bestimmt die Sicherheit gegen Informationsverlust und Lärm, und beseitigt die gegenseitigen Störungen;
• physikalischen und strukturellen und technologischen Kompatibilität mit anderen Halbleiter und mikroelektronischen Bauelementen.

Optokoppler und bestimmte inhärente Nachteile:

• hohe Stromverbrauch aufgrund der Notwendigkeit, Doppelenergieumwandlung (Strom - Licht - Strom) und die geringe Effizienz dieser Übergänge;
• Überempfindlichkeitsparameter und Eigenschaften auf eine erhöhte Temperatur und Kern ionisierenden Strahlung;
• mehr oder weniger Zeit Abbau (Verschlechterung) Parameter markiert;
• relativ hohen Geräuschpegel, aufgrund, wie die vorherigen zwei Nachteile, insbesondere Physik LEDs;
• Die Komplexität der Implementierung der Rückkopplung durch die elektrische Trennung der Eingangs- und Ausgangsschaltungen hervorgerufen;
• strukturelle und technologische bei der Verwendung von nicht-planaren Hybridtechnologie verbunden sind Mängel (- die einzelnen Kristalle verschiedener Halbleiter, befinden sich in verschiedenen Ebenen mit der Notwendigkeit, in einem einzigen Gerät eine Nummer zu vereinen).

Diese Optokoppler Nachteile, wie die Verbesserung der Materialien, Technik, Schaltungsdesign teilweise entfernt, aber dennoch für eine lange Zeit ausreichend von grundlegender Bedeutung sein wird. Doch ihre Würde so hoch, dass bieten nicht wettbewerbs zuversichtlich Optokopplern unter anderen mikroelektronischen Bauelementen.

Generaliblockdiagramm

Da das Koppelelement durch einen Optokoppler Übertragungskoeffizienten K _i charakterisiert durch das Verhältnis der Eingangs- und Ausgangssignale definiert, und die maximale Bitrate statt F In der Praxis F. von der Dauer der Anstieg und Abfall der übertragenen Impulse t _{nar (cn)} oder die Grenzfrequenz gemessen. Merkmale des Optokoppler als galvanische Trennung Element durch maximale Spannung und Impedanz Isolation _Isolator U und R gekennzeichnet _{zu entwickeln} und Kapazität C _{Isolator passieren.}

In dem Blockschaltbild in Fig. 1 Eingabegerät verwendet wird, um den Betriebsmodus des Senders zu optimieren (beispielsweise LED-Vorspannung auf dem linearen Teil der Lichtstrom-Kennlinie) und die Umwandlung (gain) des externen Signals. Der Eingangsblock muss einen hohen Umwandlungswirkungsgrad, schnelle Reaktionszeiten, großer Dynamikbereich der zulässigen Eingangsströme (für lineare Systeme), kleiner Wert "threshold" des Eingangsstroms, an dem entlang der Kette eine sichere Übertragung von Informationen gewährleistet.

Abbildung 1. verallgemeinertes Blockdiagramm Optokoppler

Zuordnung des optischen Mediums - Energieübertragung optische Signal vom Sender zum Photodetektor, und in vielen Fällen die mechanische Integrität der Struktur bereitstellt.

Die theoretische Möglichkeit, die optischen Eigenschaften des Mediums zu steuern, beispielsweise durch die Verwendung von elektrooptischen oder magnetooptische Effekte, die sich durch eine Steuereinrichtung Schaltung einzuführen, in diesem Fall wir funktional unterscheidet sich von der "normalen" Optokoppler einen Optokoppler mit gesteuerten optischen Kanal haben: Ausgangsänderung kann durchgeführt werden durch Eingang und in der Steuerschaltung.

Der Photodetektor ist ein "Wiederherstellung" des Informationssignals von der optischen in elektrische; so neigen, eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Geschwindigkeit zu haben.

Schließlich wird die Ausgabevorrichtung ausgelegt das Detektorsignal in eine Standardform für Auswirkungen auf den nachfolgenden Stufen des Optokopplers zu konvertieren. Fast zwingend Funktion der Ausgabevorrichtung ist eine Signalverstärkung als Verlust nach einer doppelten Umwandlung sehr signifikant ist. Oft verstärken die Funktion des Photodetektors selbst (zum Beispiel einen Fototransistor).

Gemeinsame Blockdiagramm Abb. 1 ist in jedem Teil der Vorrichtung nur Blöcke realisiert. In Übereinstimmung damit gibt es drei Hauptgruppen optronischen Geräten Geräte; zuvor Optokoppler (elementare Optokoppler) genannt wird, einen Lichtemitter Blöcke mit - optisches Medium - Lichtdetektor; Optoelektronischen (opto) Chip (mit der Zugabe der Ausgangsoptokopplern, und manchmal die Eingabeeinrichtung); spezielle Arten von Optokoppler - Geräte, funktionell und strukturell wesentlich von elementaren und opto-elektronischen IC Optokopplern.

Echt Optokoppler kann als das Schema in Fig angeordnet und komplexer werden. 1; jeder dieser Blöcke umfassen kann nicht nur eine, sondern mehrere der gleichen oder ähnlich zueinander Elemente elektrisch und optisch verbunden ist, aber nicht die wesentlichen Grundlagen der Physik und der Optokoppler Elektronik verändern.

Anwendung

Als Elemente der galvanischen Trennung durch Optokoppler eingesetzt werden: für Kommunikationsgeräte-Einheiten, zwischen denen es eine erhebliche Potentialdifferenz ist; zum Schutz von Eingangsschaltungen der Geräte gegen Störungen und Übersprechen Messung usw.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet Optokoppler - optische, berührungslose Steuerung von Hochstrom und Hochspannungsschaltungen. Ausgangsleistung Thyristoren, Thyristor, Triac, Steuerung elektromechanischen Relais.

Eine spezielle Gruppe der Gouverneure Optokoppler Widerstand Optokoppler für Niederspannungsschaltkreise in komplexen visuellen Anzeigegeräten auf Elektrolumineszenz gebildet ausgelegt sind (Pulver) Indikatoren imitieren Bildschirme.

eine "lange" Optokopplern (Geräte mit einer erweiterten flexiblen faseroptischen Lichtleiter) Erstellen eröffnet eine ganz neue Anwendungsgebiet Produkte Optotechnik bis hin - Kommunikation über kurze Entfernungen.

Verschiedene Optokoppler (Diode, einen Widerstand, Transistor) in einem rein Funkmodulationsschemata, automatische Verstärkungsregelung, und andere. Die Auswirkungen auf den optischen Kanal wird hierin in den besten Betriebsmodus-Ausgabeschaltung zur berührungslosen Modus-Einstellung verwendet und so weiter verwendet. N.

Die Fähigkeit, die Eigenschaften des optischen Kanals unter verschiedenen äußeren Einflüssen zu ändern auf ihm ermöglicht, eine Reihe von opto-Sensoren zu schaffen, sind Sensoren Feuchtigkeit und Gaskonzentration, die Anwesenheit des Sensors in dem Volumen einer Fluidsensor Oberflächenbehandlung Reinheit des Objektes, seine Geschwindigkeit und so weiter ..

Hierzu genügt ist Optokoppler insbesondere für Energiezwecke zu verwenden, dh. E. Die Arbeit der Diode in dem Optokoppler fotoventilnom Modus. In diesem Modus erzeugt Photodiode ein elektrisches Ausgangssignal an die Last und den Optokoppler in einem Ausmaß ähnlich wie bei einem Niederleistungssekundärenergiequelle von der Primärkreis vollständig getrennt ist.

ein Schritt in Richtung der Einrichtung funktionaler optoelektronik Erstellen von Optokopplern mit Fotowiderstände, deren Eigenschaften, wenn sie in einem gegebenen komplexen Gesetz beleuchtet verändern, erlaubt ist mathematische Funktionen zu modellieren.

Vielseitigkeit Optokoppler als Elemente der galvanischen Trennung und berührungslose Kontrolle, Vielfalt und Einzigartigkeit der vielen anderen Merkmale sind der Grund, dass die Anwendung dieser Instrumente Computertechnik geworden sind, Automatisierung, Telekommunikation und elektronische Geräte, automatisierte Steuerungssysteme, Messtechnik, Steuer- und Regeltechnik, Medizinelektronik , Sichtgerät.

Physikalische Grundlagen der opto-Technologie

Element Basiseinheit und Optokopplern

Elementbasis Optokoppler machen Photodetektoren und Emitter sowie das optische Medium zwischen ihnen. Alle diese Elemente sind solche allgemeinen Anforderungen wie geringe Größe und Gewicht, eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, Beständigkeit gegen mechanische und klimatische Einflüsse, Verarbeitbarkeit, geringe Kosten dargestellt. Es ist auch wünschenswert, dass die Elemente ausreichend breit waren und langfristige Industrie approbation.

Funktionale (als Schaltungselement) Optokoppler ist in erster Linie durch welche Art von Photodetektor verwendet, dadurch gekennzeichnet.

Der erfolgreiche Einsatz des Detektors in den Optokoppler wird, indem die folgenden grundlegenden Anforderungen bestimmt: Wirkungsgrad der Energieumwandlung von Strahlungsquanten in der Energie bewegten elektrischen; Verfügbarkeit und Wirksamkeit des internen Einbau-Verstärkung; hohe Geschwindigkeit; Latitude Funktionalität.

Die Optokoppler dienen Photodetektoren verschiedener Strukturen, die im sichtbaren und nahen infraroten Bereich empfindlich sind, da sie in diesem Bereich des Spektrums ist, gibt es intensive Strahlungsquellen und Photodetektoren können ohne Kühlung betrieben werden.

Die vielseitigste ist Photodetektoren mit p - n-Übergänge (Dioden, Transistoren, usw. usf.), In den meisten Fällen auf der Basis von Silizium und dem Bereich der maximalen spektralen Empfindlichkeit hergestellt werden, ist nahe bei l = 0,7 ... 0,9 m .

Zahlreiche Forderungen sind mit den Emittern von Optokopplern gebildet. Die wichtigsten sind: spektralen Anpassung mit dem ausgewählten Photodetektor; Hocheffiziente Energieumwandlung von elektrischem Strom in Strahlungsenergie; Vorzugsemissionsrichtung; hohe Geschwindigkeit; Einfachheit und Leichtigkeit der Anregungs- und Emissionsmodulation.

Zur Verwendung Optokoppler sind geeignete und gut zugängliche Heizkörper sind mehrere Sorten:

• Miniatur - Glühlampen.
• Neon Glühbirnen, die ein elektrisches Glimmentladung Gasmischung aus Neon, Argon verwenden.
  Diese Arten von Heizkörpern durch geringe Lichtleistung, geringe Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung, begrenzte Haltbarkeit, große, komplett Unverträglichkeit mit der integrierten Technologie. Dennoch ist in bestimmten Typen von optischen Kopplern, können sie Verwendung finden.
• Pulver Elektrolumineszenz - Zelle verwendet Leuchtkörper als feinkristalline Körner von Zinksulfid (aktiviert mit Kupfer, Mangan oder andere Zusatzstoffe), in dem polymerisierten dielektrischen suspendiert. Bei Anwendung von ausreichend hohe Wechselspannung ist dabei predprobojnoj Lumineszenz.
• Dünnfilm - Elektrolumineszenz - Zelle. Das Glühen ist auf die Erregung der Manganatome "heißen" Elektronen.

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

Der Haupt universellste Art der Emitter in Optokoppler verwendet wird, ist ein Halbleiter-Injektionsleuchtdiode - LED. Dies ist aufgrund seiner folgenden Vorteile auf: ein hoher Wert des Wirkungsgrades der Umwandlung von elektrischer Energie in optische; schmalen Emissionsspektrum (kvazimonohromatichnost); Breite Spektralbereich eine Vielzahl von LEDs abdeckt; Strahlungsrichtung; hohe Geschwindigkeit; kleine Werte von Versorgungsspannungen und Ströme; Die Kompatibilität mit Transistoren und integrierte Schaltkreise; die Einfachheit der Strahlungsleistungsmodulation durch den Gleichstrom variiert; Fähigkeit, sowohl in gepulster und kontinuierlicher Betrieb zu arbeiten; Linearität der Licht-Strom-Kennlinie in einem mehr oder weniger weiten Bereich von Eingangsströmen; hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit; geringe Größe; technologische Kompatibilität mit Mikroelektronikprodukten.

Allgemeine Anforderungen für optische Tauchmedium Optokoppler, die folgenden: den hohen Wert des Brechungsindex n _ihnen; hohen Wert des spezifischen Widerstands r _ihnen; Hohe kritische Feldstärke E _{cr sie} eine ausreichende Wärmebeständigkeit Dq _{ihre Diener;} gute Haftung auf Silicium und Galliumarsenid-Kristallen; Flexibilität (das ist notwendig, weil es nicht die Harmonisierung der Elemente des Optokopplers für den Wärmeausdehnungskoeffizienten gewährleisten); mechanische Festigkeit, wie in dem Immersionsmedium Optokoppler führt nicht nur lichtdurchlässig, sondern auch strukturelle Funktionen; Herstellbarkeit (einfache Handhabung, Reproduzierbarkeit Eigenschaften, geringe Kosten und so weiter. n.).

Die wichtigste Art der Immersionsmedium in Optokopplern verwendet werden, sind polymere optische Klebstoffe. Für sie sind _sie typischerweise n = 1,4 ... 1,6, r _es 10> ¹² ... 14 ^October Ohm cm, _ihre E _cr = 80 kV / mm, dq _{Slave ihnen} = - 60 ... 120 ° C Klebstoffe zeigen eine gute Haftung auf Silicium und Galliumarsenid, eine hohe mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegenüber thermischen Zyklen zu kombinieren. Auch verwendet, nicht hydraulisch vazelinopodobnye gummiartig und optischen Medien.

Die Physik der Energieumwandlung in der Diode Optokoppler

Die Prüfung der Energieumwandlungsprozesse in den Optokoppler muss 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 definiert ist durch:

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

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

Wenn Photonen Dichte (.. Dh die Anzahl der Photonen , die durch eine Flächeneinheit pro Zeiteinheit) flux gleich N _f, die gesamte spezifische Emissionskapazität von:

P _f = N _f * E _p (2.2)

und, wie aus (2.1) zu sehen ist, für eine gegebene N _f ist umso größer, je kürzer die Wellenlänge der Strahlung. Da in der Praxis P _f (Energiebestrahlungsstärke Photodetektor) gegeben wird, ist es der folgenden Beziehung nützliche

N _f = _f P / E = 5 _£ * ¹⁵l P _f Oktober (2.3)

wobei N _p, cm ^-2 s ^-1; l, m; P _f, mW / cm.

Fig. 2. Energiediagramm direkten Band Halbleiter (beispielsweise ternäre Verbindungen GaAsP)

Der Mechanismus der Lumineszenz in Injektions LED besteht aus drei Hauptprozesse: Emissivität (und nicht-radiative) Rekombination in Halbleitern, die Injektion von überschüssigen Minoritätsträger in der Basis der LED und der Ausgabe von der Strahlungserzeugung.

Die Rekombination von Ladungsträgern in einem Halbleiter bestimmt ist, vor allem seine Banddiagramm, das Vorhandensein und die Art der Verunreinigungen und Defekte, der Grad der Störung des Gleichgewichtszustands. Grundstoffe Optokoppler Emitter (GaAs und ternäre Verbindungen auf der Basis es GaA1As und GaAsP) sind direkte Lücke Halbleiter, dh solche, in denen die direkte optische Übergänge Band-Band (Fig. 2) erlaubt sind. Jeder Akt der Rekombination in diesem Schema Ladungsträger wird durch Emission eines Photons mit einer Wellenlänge in Übereinstimmung mit dem Gesetz von der Erhaltung der Energie, die durch gegeben begleitet:

l _rad [mm] = 1,23 / E _p [eB] (2.4)

Es ist zu beachten, daß es konkurrierende strahlungslose - Rekombinationsmechanismen. Unter den wichtigsten von ihnen sind:

1. Rekombination bei tiefen Zentren. Das Elektron kann im Valenzband bewegen , ist nicht direkt, sondern durch bestimmte Rekombinationszentren, die Form Energieniveaus in der verbotenen Zone erlaubt (Ebene _E t in Abbildung 2).
2. Auger-Rekombination (oder Schock). Bei sehr hohen Konzentrationen an freien Ladungsträgern in einem Halbleiter steigt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision von drei Stellen, die Energie der Rekombinationseinrichtung Elektron-Loch-Paare in der gleichen Zeit wird in Form von kinetischer Energie auf einen dritten der freien Träger gegeben, dass es bei Kollisionen mit dem Gitter langsam dissipiert.

Fig. 3. Electric (a) und optisch (b) LED-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 durch das Konzept der internen Quanteneffizienz von Strahlungs _h int Einführung durch das Verhältnis der Wahrscheinlichkeit des radiative Rekombination zur Gesamt bestimmt (Strahlungs- und nichtstrahl) Rekombinationswahrscheinlichkeit (oder andernfalls das Verhältnis der Zahl der erzeugten Photonen auf die Anzahl der während der gleichen Periode der Minoritätsladungsträger injiziert). Der Wert _h int ist die wichtigste Eigenschaft des Materials in der LED verwendet wird ; offensichtlich, dass 0 _h int 100%.

übermäßige Konzentration freier Ladungsträger zu schaffen, in der aktiven (emittierenden) Bereich des LED-Chips wird durch Injektion von p-n-Übergang erfolgt in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.

"Usefulness" der Stromkomponente, die die strahlende Rekombination in dem aktiven Bereich der Diode unterstützt , ist der Elektronenstrom _I n (Fig. 3a), die injizierte p-n-Übergang. Mit "zwecklos" Gleichstromkomponenten umfassen:

1. Lochkomponente _I p durch Injektion von Löchern in n-Region und was die Tatsache widerspiegelt , dass die p - n-seitige Injektion Übergänge gibt es nicht, der aktuelle Anteil des weniger stark dotiert ist als die n-Region im Vergleich mit dem p-Bereich.
2. Rekombinationsstroms (nicht-strahl) auf dem Gebiet der Raumladung p - n-go I _Flüsse. In Halbleitern mit großer Bandlücke bei Small Forward Bias-Strom Anteil kann dies spürbar.
3. Der Tunnelstrom I _Tun, wegen "Leckage" von Ladungsträgern durch die Potentialbarriere. Der Strom trägt die Hauptträger und einen Beitrag zur strahlenden Rekombination nicht. Der Tunnelstrom größer ist als p - n-Übergang, er mit einem starken Dotierungsgrad des Basisbereiches und bei hohen Vorwärtsspannung festgestellt.
4. _{Stromoberflächenbehandlung} Undichtigkeiten I verursachte Differenz Eigenschaften der Halbleiteroberfläche des Volumens der Eigenschaften und des Vorhandenseins bestimmter Einschlüssen kurzschließen.

Die Wirksamkeit von p - n-Übergang durch Injektion Koeffizienten gekennzeichnet ist:

(2.5)

Offensichtlich sind die Grenzen der möglichen Veränderungen in g dieselbe wie die von _h int, t. E. 0 g 100%.

Wenn von der Strahlungserzeugung Herleiten der folgenden Arten von Energieverlust Position aufweisen (Abbildung 3b.):

1. Die Verluste aus dem Eigenabsorption (1 Strahlen). Wenn die Wellenlänge der erzeugten Photonen genau Formel entspricht (2.4), deckt sich mit der "roten Rand" Absorption (cm. Unten), und solche Strahlung wird in der Dicke des Halbleiter (Selbstabsorption) schnell resorbiert. In der Tat kommt die Strahlung im direkten Spalt Halbleiter nicht ideal für die oben sind, die Regelung. Daher ist die Wellenlänge der erzeugten Photonen etwas größer ist als (2/4):
2. Verluste aus dem inneren Totalreflexion (2 Strahlen). Es ist bekannt, daß das Auftreten von Lichtstrahlen an der Grenzfläche optisch dichten Medium (Halbleiter) mit einem 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 und mechanische Rückwärtsstrahlung (Balken 3 und 4).

Quantitativ wird die Effizienz der optischen Energieabgabe von dem Kristall mit einem Koeffizienten K O _Großhandel gekennzeichnet Strahlungsleistung - Verhältnis bestimmt in der richtigen Richtung auf die Strahlungsleistung kommen innerhalb des Kristalls erzeugt. So wie für die Koeffizienten von _h int und g ist die folgende Bedingung immer 0 Für _Großhandel 100%.
g. Integrierte Anzeige LED Emissionswert des externen Quanteneffizienz _h ext. Aus dem obigen ist es , dass _h ext = h int g K _{opt klar.}

Wir gehen an die Empfangseinheit. Das Funktionsprinzip in Optokopplern verwendet fotpriemnikov auf der inneren photoelektrischen Effekt basiert, die von den Atomen innerhalb des Körpers durch die Wirkung der elektromagnetischen (optischen) Strahlung getrennt in den Elektronen besteht.

Photonen von Licht durch den Kristall absorbiert wird, können die Elektronen verursachen Trennung von den Atome sowohl des Halbleiter und Verunreinigungen. In Übereinstimmung mit diesem Wort über ihre eigene (unlegiert) und Verunreinigungsabsorption (Photoeffekt). Da die Konzentration der Fremdatome gering ist, Lichteffekte, auf die Eigenabsorption beruht immer wichtiger als auf der Grundlage einer Verunreinigung. Alle Materialien, die in Optokoppler Photodetektoren verwendet werden, "arbeiten" auf unlegiertem photoelektrischen Effekt. Um Lichtquant Elektronen aus dem Atom abgestreift werden entfernt, müssen Sie die offensichtlichen Energiebeziehungen durchführen:

_F1 E = hn _{1 E} c - E v (2.6)

E _p2 = hn _{2 E} c - E t (2.7)

Somit wird nur der photoelektrische Effekt richtigen stattfinden kann , wenn sie mit einer Wellenlänge des Halbleiter - 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) gilt , wenn L _c in Mikrometern ausgedrückt wird, und die Breite des Spaltes des Halbleiter _E g - in Elektronenvolt. Der Wert von _cL ist die langwellige oder "red" Grenze der spektralen Empfindlichkeit des Materials bezeichnet.

Die Intensität der Strömung des photoelektrischen Effekts (zu dem spektralen Bereich, wo sie existieren kann) hängt von der Quanten durch das Verhältnis der Anzahl der erzeugten Elektronen-Loch-Paare der Anzahl der absorbierten Photonen definiert Effizienz. Die Analyse der experimentellen Abhängigkeiten zeigt , dass das Interesse für den Spektralbereich von Optokopplern b = 1.

Die Bildung von freien Ladungsträgern unter Bestrahlung manifestiert sich in Form von zwei Halbleitern in photovoltaischen Wirkungsweise: Photoleitfähigkeit (Erhöhung der Leitfähigkeit der Probe unter Beleuchtung) und photovoltaische (Aussehen der photo emf auf der p - n-Kreuzung oder andere Form der Potentialbarriere in einem Halbleiter wenn erleuchtet). Beide Effekte sind in der Praxis der Konstruktion von Photodetektoren verwendet werden; Optokopplern für die bevorzugte 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 Oberfläche unterteilt werden Bereich des lichtempfindlichen Materials umfassen, der Größe und Konfiguration des optischen Fensters; maximale und minimale Sendeleistungspegel. Für die elektrooptische - Lichtempfindlichkeit, der Verteilungsgrad Gleichmßigkeit Photodetektor Ort Empfindlichkeit; die spektrale Empfindlichkeit der Dichte (abhängigen Parameter der Empfindlichkeit der Wellenlänge charakterisierenden); Eigenrauschen des Photodetektor und ihre Abhängigkeit von der Höhe der Exposition und der Bereich von Betriebsfrequenzen; Auflösungszeit (Geschwindigkeit); Leistungs-Verhältnis (Combined Ratio, die unterschiedliche Photodetektoren miteinander vergleichen können); Index der Linearität; Dynamikbereich. Als ein Element des Schaltungsphotodetektor zeichnet sich dadurch vor allem seine äquivalente Schaltungsparameter, Anforderungen für die Betriebsbedingungen Signal die Anwesenheit (oder Abwesenheit) des Einbau-Verstärkungsmechanismus, der Art und Form des Ausgangs. Weitere Merkmale: Leistung, nadezhnostnogo insgesamt Technologie - nichts speziell "Photodetektor" nicht enthält.

Je nach Art des Ausgangssignals (Spannung, Strom) sprechen über Spannungs- oder Stromlichtempfindlichkeit des S-Empfänger, jeweils gemessen in S / W oder A / W. U _O (oder I _out) ~ P _f: Linearität (oder Linearität) des Photodetektors wird durch den Wert des Exponenten n in der Gleichung bezüglich der Ausgang mit dem Eingang _bestimmt. für n 1 Photodetektor linear ist; Bereich der Werte von P _f (von P nach P _{f maxf min),} in denen sie durchgeführt wird, bestimmt den Dynamikbereich der Linearität des Photodetektors D, gewöhnlich in Dezibel ausgedrückt: D = 10 lg (P _{f max} / _f P _min).

Der wichtigste Parameter Photodetektor bestimmt seine Empfindlichkeitsschwelle spezifischen Detektionsempfindlichkeit ist die D, gemessen in W m ^-1 Hz ^1/2. Wenn ein bekannter Wert von D-Schwellenwert (Mindestausgangsleistung Rast) ist definiert als

P _{f min} = / D (2,9)

wobei A - die Fläche des lichtempfindlichen Bereiches; D f- fotosignalov Betriebsfrequenzbereich des Verstärkers. Mit anderen Worten spielt die Parameter D eine Rolle Qualitätsfaktor des Photodetektors.

Fig. 4. Messdiagramme und die Familie der Strom-Spannungs-Kennlinien in der Photodiode (a) und fotoventilnom (b) Diodenmoden

Wenn an den Optokoppler angewendet ist nicht alle diese Eigenschaften gleichermaßen wichtig sind. Typischerweise arbeiten die Photodetektoren in Optokopplern unter Bestrahlung, ist sehr weit von der Schwelle, so Parameter P _{f min} verwendet und D ist praktisch unbrauchbar. Strukturell, in der Regel der Lichtdetektor in den Optokoppler "ertrunken" im Tauch. Mittwoch, den Anschluss an den Heizkörper, so Kenntnis der optischen Eigenschaften des Eingangsfeld seine Bedeutung verliert (in der Regel, insbesondere kein solches Fenster). Nicht sehr wichtig, um die Empfindlichkeit und die Verteilung der lichtempfindlichen Fläche zu wissen, wie Zinseffekte integriert sind.

Der Mechanismus der Photodetektoren auf dem photovoltaischen Effekt basiert, betrachten das Beispiel einer planaren Photodiode mit epitaktischen p-n-Übergang und einem p-in-Struktur, die ⁿ + isoliert werden kann - Substratbasis n- oder i-Typ (n schwache Leitfähigkeit n-Typ) und eine dünne p ⁺ -Schicht. Beim Arbeiten in der Photodiode Regime (4a.) Extern angelegte Spannung bewirkt, dass die Elektronen und Löcher sich von der p entfernt - n (p - i) Übergang; mit einem Bild der Feldverteilung im Kristall für die beiden Strukturen dramatisch verschieden.

Das Licht in der Diodenbasisbereich absorbiert erzeugt Elektron-Loch-Paaren, die dem p diffundieren - n-Übergang, trennte sie und verursachen das Auftreten einer zusätzlichen Strom in der externen Schaltung. Die p - i - n-Dioden erfolgt diese Trennung in der i-o6lasti Diffusion und hält stattdessen die Drift der Ladungsträger unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes. Jedes erzeugen Elektron-Loch-Paar, durch die p vergangen - n-Übergang, wodurch der Durchgang der äußeren Schaltung der Ladung gleich der Ladung eines Elektrons. Je größer die Bestrahlungsstärke der Diode, je mehr der Photostrom. Der Photostrom fließt und Bias-Diode in Vorwärtsrichtung (Fig. 4a), aber es ist viel kleiner als der Gleichstrom, selbst bei niedriger Spannung, so dass ihre Trennung schwierig ist.

Arbeitsbereich der Strom-Spannungs-Kennlinien der Photodiode ist ein Quadrant III in Fig. 4a; entsprechend an die Stromempfindlichkeit dient als kritischer Parameter

(2.10)

unter der Voraussetzung der Vernachlässigung des Dunkelstroms _(I T << I _F), die für die Silizium - Photodioden in der Regel durchgeführt wird , - die zweite Gleichung in (2.10) ist unter der Annahme einer linearen Abhängigkeit von I _f = f (P _t) und der dritte erhalten.

Wenn Sie die Photodiode abzudecken, ohne externe Bias-Anlagen, der Prozess der erzeugten Elektronen und Löcher Teilung tritt aufgrund der Wirkung seiner eigenen integrierten Feld p - n-go. Dieses Loch wird fließen in den p-Bereich und teilweise den Embedded-Bereich p Offset - n-go. Es entsteht ein neues Gleichgewicht (für einen gegebenen Wert: P _f) einen Zustand , in dem die Ergebnisse in der äußeren Diode Photo emf U _{f auftritt.} Wenn Sie die beleuchtete Fotodiode auf eine Last zu schließen, wird er es sinnvoll , elektrische Leistung P _{e geben.}

Die charakteristischen Punkte der Strom-Spannungs - Eigenschaften der Diode in diesem Betrieb - fotoventilnom - Modus sind EMF Uxx Leerlauf- und Kurzschlussstrom I _ks (4b.).

Schema arbeitet die Photodiode in dem Ventil als eine Art Sekundärenergiequelle, so ist es ein entscheidender Parameter ist die Effizienz der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie:

Effizienz = P _e / AP _f= aU xx I _ks / A _pf (2.11)

In fotoventilnom Modus wirkt eine wichtige Klasse von Photovoltaikanlagen - Solarkollektoren.

Parameter und Eigenschaften von Optokopplern und optoelektronischen integrierten Schaltungen,

Die Klassifikationsparameter opto-Tech - Produkte

Bei der Klassifizierung von Produkten optotronische Ausrüstung berücksichtigt zwei Dinge gemacht: die Art des Photodetektor und Designmerkmale des Gerätes als Ganzes.

Die Wahl des ersten Klassifizierungsmerkmal aufgrund der Tatsache, dass praktisch alle optische Koppler an der Eingangs LED angeordnet ist, und die Funktionalität der Vorrichtung bestimmt die Ausgangseigenschaften des Fotodetektors.

Als zweites Merkmal machte das Design-Konzept, das die spezifische Verwendung des Optokopplers bestimmt.

Fig. 5. Bestimmung der Pulsparameter Optokoppler

Unter Verwendung dieser gemischten Struktur- und Schaltungsdesign Prinzip der Klassifizierung ist es logisch, drei Hauptgruppen von Produkten optronischen Geräte zu identifizieren: Optokoppler (elementare Optokoppler), opto-elektronischen (opto) integrierte Schaltungen und spezielle Arten von Optokopplern. Für jede dieser Gruppen umfassen eine große Anzahl von Arten von Geräten.

Für die häufigsten Optokoppler folgenden Abkürzungen verwendet werden: D - Diode, T - Transistor, der R - Widerstand, V - Thyristor ^T2 - ein Verbundfototransistor, DT - Dioden-Transistor, 2D (2T) - 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 Eingangsoptokopplers Kette (Eingänge), und die zweite - seine Ausgangsschaltung (Ausgabeparameter), die dritte - kombiniert Parameter zur Beschreibung der Auswirkungen des Heizkörpers auf dem Photodetektor und die entsprechenden Eigenschaften des Signals durch den Optokoppler als Kommunikationselement (Parameterübertragungsfunktion) schließlich die vierte Gruppe Optionen der galvanischen Trennung umfasst, deren Werte zeigen, wie nahe an der idealen Element Optokoppler Isolation. Von diesen vier Gruppen von speziell der Definition von "Optokopplern" sind die Parameter der Übertragungseigenschaften und Parameter der elektrischen Isolation.

Der wichtigste Parameter der Diode und Transistor Optokoppler ist ein Stromübertragungsverhältnis. Bestimmung der Pulsparameter Optokopplern klar aus (Abb. 5). Die Referenzwerte für die Messung der Parameter t _{nar (cn),hinten} t, und t _{ON (OFF)} dienen in der Regel als die Werte von 0,1 und 0,9 Vollzeitverzögerung Logiksignal durch den Pegel von 0,5 Pulsamplitude bestimmt wird.

Die Parameter der galvanischen Trennung. Optokopplern sind die maximale Spitzenspannung zwischen Eingangs- und Ausgangs _Isolator U _{p max;} maximale Spannung zwischen Eingang und Ausgang _Isolator U _max; R Widerstand der galvanischen Trennung _Isolator; Kommunikation Kapazität C _entwickelt; die maximal zulässige Geschwindigkeit der Spannungsänderung zwischen Eingang und Ausgang (dU ^Isolator_/ dt) max. Der wichtigste Parameter ist der _Isolator U _{p max.} Er ist es, die dielektrische Festigkeit des Optokopplers und seiner Fähigkeiten als galvanische Trennung Element bestimmt.

Die obigen Parameter Optokoppler vollständig oder mit einigen Änderungen und werden verwendet, um die optoelektronischen integrierten Schaltungen beschreiben.

Diode Optokoppler

Fig. 6. Symbole Optokoppler

Optokoppler-Diode (6a), die stark als alle. Andere Geräte, die von opto-Level-Ausrüstung aus. Die Größe von K kann _ich auf die in der Energieumwandlungseffizienz von Optokopplern Fortschritte beurteilt werden; Zeiteinstellungen können Sie die Grenzgeschwindigkeit der Informationsverbreitung zu definieren. Anschluss an den Optokoppler-Diode, diese oder andere Verstärkungselemente, sehr nützlich und bequem, können noch keinen Preis oder Energie noch die Grenzfrequenzen geben.

Transistor und Thyristor - Optokoppler

Transistor Optokoppler (Fig. 6, c) einer Anzahl ihrer Eigenschaften vergleichen vorteilhaft auf andere Arten von Optokopplern. Dies ist vor allem Flexibilität Schaltungsdesign, das in der Tatsache äußert, daß der Kollektorstrom sowohl durch die Schaltungs LEDs (optisch) gesteuert werden kann, und auf dem Basiskreis (elektrisch), und daß die Ausgangsschaltung in der Linear- und Schaltbetrieb arbeiten. Interne Verstärkungsmechanismus stellt hohe Werte der aktuellen Übertragungskoeffizienten K _i, so daß die nachfolgenden Verstärkerstufen sind nicht immer notwendig. Es ist wichtig, dass in diesem Fall wird die Trägheit des Optokopplers ist nicht sehr hoch, und in vielen Fällen durchaus akzeptabel. Phototransistoren Ausgangsströme als viel höher, beispielsweise Fotodioden, wodurch sie für eine Vielzahl von elektrischen Schaltkreise geeignet. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß all dies mit relativer Leichtigkeit Transistor Optokoppler technologischen erreicht wird.

Thyristor Optokoppler (. 6, b) sind die vielversprechendsten zum Schalten hoher Stromhochspannungskreis: auf einer Kombination aus Leistung, geschaltet mit der Last und Geschwindigkeit sind eindeutig vorzuziehen ^T2 -optopar. Optokoppler Typ AOU103 für die Verwendung als ein Annäherungsschlüsselelemente in verschiedenen elektronischen Schaltungen bestimmt: Steuerschaltungen, Leistungsverstärker, Pulsformern, etc ...

Der Widerstand Optokoppler

Widerstand Optokoppler (Fig. 6, d) unterscheiden sich grundsätzlich von allen anderen Arten von Optokopplern physikalischen und konstruktiv-technologischer Eigenschaften sowie die Zusammensetzung und die Werte der Parameter.

Der Photoresist Betriebsprinzip basiert auf der Wirkung des Photoleitfähigkeits, t. E. Änderungen des Widerstands eines Halbleiter wenn sie beleuchtet.

Differential Optokoppler ein analoges Signal zu übertragen ,

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 ist die Verwaltung des Kanalsender - Photodetektor nicht durch eine lineare Abhängigkeit beschrieben. Eine wichtige Aufgabe ist die Übertragung von analogen Daten Optokoppler verwenden, das heißt, die Linearität der Übertragungskennlinien des Eingangs sicherzustellen - output [36]. Nur wenn es eine solche direkte Optokoppler ist möglich, die Verbreitung von Informationen über analoge galvanisch getrennte Stromkreise, ohne sie in eine digitale Form (Impulsfolge) zu konvertieren.

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

Es sollte mit galvanischer Trennung bei der Schaffung von Geräten zu beachten, geeignet für die Übertragung von analogen Signalen, nur die ersten Schritte unternommen wurden, und wir können weitere Fortschritte erwarten.

Optoelektronischen Chip und andere Vorrichtungen , wie beispielsweise Optokoppler

Opto-elektronische Chips sind eine der am häufigsten verwendeten, Entwicklung, Herstellung fortgeschrittenen Klassen optotronische Ausrüstung. Dies ist auf die vollständige elektrische und strukturelle Kompatibilität mit herkömmlichen Chips optoelektronischen Chips, wie auch breiter als die elementaren Optokoppler-Funktionalität. Wie bei gewöhnlichen Chips, verwendet die am meisten optoelektronischen Chips wechseln.

Besondere Arten von Optokopplern sind sehr verschieden von traditionellen Optokoppler und optoelektronischen Schaltungen. Dazu gehören in erster Linie, Optokoppler mit offenem optischen Kanal. Die Konstruktion dieser Geräte zwischen dem Emitter und dem Photodetektor befindet sich ein Luftspalt, so daß durch sie in die eine oder andere mechanische Obstruktion platzieren, ist es möglich, den Lichtfluss zu steuern und somit das Ausgangssignal des Optokopplers. Somit Optokoppler offenen optischen Kanal, die als opto-elektronischen Sensoren die Anwesenheit (oder Abwesenheit) von Objekten, deren Oberflächenbeschaffenheit, Rotation oder Bewegungsgeschwindigkeit und dergleichen. N. Aufnahme

Anwendungen und Optokoppler Optokoppler-Chip

Perspective Richtungen der Entwicklung und Anwendung von opto-Technologie ist weitgehend unschlüssig. Optokoppler und Optronik-Schaltungen effektiv zu übertragen Informationen zwischen Geräten verwendet, die keine geschlossenen elektrischen Anschlüsse haben. Traditionell starke Position bleiben optoelektronischen Bauelementen in der Technik der Gewinnung und Anzeige von Informationen. Selbst Bedeutung in dieser Richtung haben optronischen Sensoren zur Überwachung von Prozessen und Anlagen in der Natur und Zweck sehr unterschiedlich sind. Spürbar schreitet funktionelle opto microcircuitry, konzentrierte sich auf die Umsetzung der verschiedenen Operationen im Zusammenhang mit der Umwandlung, Anreicherung und Speicherung von Informationen. Eine wirksame und nützliche ist der Ersatz von sperrigen, kurzlebig und Low-Tech (vom Standpunkt der Mikroelektronik) elektromechanische Produkte (Transformatoren, Potentiometer, Relais), opto-elektronischen Geräten und Einrichtungen. Ganz spezifisch, aber in vielen Fällen gerechtfertigt und sinnvoll ist die Verwendung von opto-Komponenten für Energiezwecke.

Informationstransfer

Wenn Informationen übertragen Optokoppler als Kopplungselemente verwendet werden und in der Regel nicht unabhängig funktionelle Belastung. Ihre Verwendung ermöglicht hocheffiziente galvanische Trennung der Steuereinrichtung und den Lasten (Fig. 7), in verschiedenen Modi und elektrischen Bedingungen arbeitet. Mit der Einführung von Optokopplern erhöht drastisch die Rauschunempfindlichkeit von Kommunikationskanälen; praktisch "parasitäre" Interaktion an den Ketten "der Erde" und Macht beseitigt. Ebenfalls von Interesse ist eine rationale und zuverlässige Koordination der digitalen integrierten Geräte mit heterogenen Elementbasis (TTL, ECL, I2L, CMOS und so weiter. N).

Fig. 7. Schema der interEinheit galvanische Trennung

Antriebsanpassungselement Transistor-Transistor-Logik (TTL) mit der integrierten Vorrichtung an die MIS-Transistoren den Transistor Optokoppler aufgebaut (Fig. 8). In einer besonderen Ausführungsform: E ₁ = E ₂ = 5 B, E ₃ = 15, R & _sub1 ; = 820 Ohm, R ₂ = 24 k - LED des Optokopplers erregt Strom (5 mA) ausreicht , um den Transistor und der Selbststeuereinrichtung auf der TIR zu sättigen -tranzistorah.

Fig. 8. Fahr TTL-Schnittstelle und das TIR-Element entlang des optischen Kanals

die optische Kommunikation ist in Telefongeräten und Systemen weit verbreitet. Optokopplern technisch einfache Benutzung möglich Telefonleitungen mikroelektronische Bauelemente für den Aufruf, Anzeige, Steuerung und andere Zwecke verbunden werden.

Die Einführung der optischen Kommunikation in elektronischen Instrumenten, aber nützlich in vielerlei Hinsicht die galvanische Trennung des Objekts und die Messeinrichtung kann auch dramatisch die Wirkung von Störungen auf den Erdungsschaltungen und Leistung wirkt reduzieren.

Von großem Interesse sind die Chancen und Erfahrung in der Anwendung von optoelektronischen Bauelementen und Geräten in der biomedizinischen Geräten. Photokoppler isolieren zuverlässig den Patienten von den Auswirkungen der hohen Spannungen, beispielsweise elektrokardiographischen Geräte.

Berührungslose Steuerung der Leistung, Hochspannungsschaltungen für optische Kanäle ist sehr komfortabel und sicher in schwierigen technischen Bedingungen, die charakteristisch für viele Geräte und Industrie-Elektronik-Systeme. In dieser Region eine starke Position Optokoppler Triac (Abb. 9).

Fig. 9. Der Schaltkreis AC-Last

Empfang und Anzeige von Informationen

Optokoppler und Optronik Schaltungen nehmen eine starke Position in der berührungslosen Fern Engineering schnelle und präzise und Anzeige Informationen über die Merkmale und Eigenschaften sehr unterschiedlich (von Natur und Ziel) Prozesse und Objekte. Eine einmalige Gelegenheit, in dieser Hinsicht haben Optokoppler mit offenem optischen Kanal. Unter diesen optoelektronischen Schutzschalter, der mit einem optischen Kanalquer undurchsichtige Objekte reagieren (Fig. 10) und einer reflektierenden opto, deren Wirkung auf Lichtemitter Photodetektoren vollständig durch Reflexion des Strahlungsflusses von äußeren Objekten.

Fig. 10. Der optoelektronische Sensor

Kreis Optokopplern-Anwendungen mit offenen optischen Kanälen ist umfangreich und vielfältig. Bereits in den 60er Jahren dieses Typs Optokoppler effektiv für die Registrierung von Subjekten und Objekten eingesetzt. Mit dieser Registrierung der charakteristischen erste Vorrichtung zur automatischen Steuerung und Zählen von Objekten, sowie zu erfassen und verschiedene Arten von Defekten und Fehlern anzuzeigen, ist es wichtig, klar die Position des Objekts zu definieren, oder die Tatsache ihres Bestehens zu reflektieren. Optokoppler Registrierungsfunktionen bedienen, sicher und effizient.

Steuerung von elektrischen Prozessen

Die Leistung der Strahlung von der LED erzeugt wird, und die Höhe der Photostrom in linearen Ketten mit Fotodetektoren entstehen, sind dem Emitterstrom der elektrischen Leitfähigkeit direkt proportional. Somit kann eine optische (berührungslos, remote) Kanäle, die Sie eine gut definierte, Informationen über die Prozesse in elektrischen Schaltungen sind erhalten können galvanisch mit einem Kühler verbunden ist. Optokoppler verwenden Lichtemitter ist besonders wirksam als Sensor von elektrischen Veränderungen in der Hochstrom-Hochspannungsschaltungen. Klare Informationen über diese Änderungen ist wichtig für die Maßnahmen zum Schutz der Quellen und Verbraucher von Energie aus elektrischen Überlastung.

Fig. 11. Der Spannungsregler mit Optokoppler Steuerung

Optokoppler sind in den Hochspannungsregler erfolgreich im Einsatz, wo sie den optischen Kanal negative Rückkopplung erzeugen. Angesehen Stabilisator (Fig. 11) mit dem seriellen Vorrichtung bezogen, wobei das Regulierungselement ein Bipolartransistor ist, eine Zener-Diode wirkt als Referenzquelle (Referenz) Spannung. Vergleichen Element eine LED ist.

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

Ersatz von elektromechanischen Produkten

Die komplexen technischen richtet Lösungen zur Verbesserung der Effizienz und Qualitätskontrolle Geräte, Radio, Telekommunikation, Industrie- und Konsumelektronik, machbar und sinnvolle Maßnahme ist der Ersatz von elektromechanischen Produkten (Transformatoren, Relais, Potentiometer, Widerstände, Tastaturen und Schlüsselschalter) kompakter, standfester, schnell wirkende Analoga. Die führende Rolle in dieser Richtung opto-elektronische Instrumente und Geräte gegeben. Tatsache ist, dass eine sehr wichtige technische Vorteile von Transformatoren und elektromagnetische Relais (galvanische Trennung der Steuerkreise und Last, zuversichtlich Betrieb in High-Power, Hochspannungs-Hochstrom-Systeme) und durch Optokoppler gekennzeichnet. Allerdings übersteigen opto-elektronischen Produkten stark die elektromagnetischen Pendants in Bezug auf Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und den Übergangsfrequenz-Eigenschaften. Management kompakt und High-Speed-opto-elektronische Transformatoren, Schalter, Relais Vertrauen mittels eines digitalen integrierten Schaltungstechnik ohne Spezialwerkzeug elektrische Anpassung.

Beispiel ersetzt Impulstransformators in Fig. 12.

Fig. 12. Die Regelung des optoelektronischen Transformator

Power - Funktion

Im Power-Modus, sind Optokoppler als Sekundärquellen EMF und Strom verwendet. Optokoppler Effizienz Leistungswandler ist klein. Allerdings gibt die Möglichkeit, eine zusätzliche Quelle für Spannung oder Strom in jeder Schaltungsvorrichtungen ohne galvanische Verbindung zum Primärenergiequelle für die Einführung der Entwickler einen neuen Grad der Freiheit, ist besonders nützlich, mit Nicht-Standard-technische Probleme im Umgang.