Оптрон

Классификация разновидностей оптопар

Существует несколько характеристик, в соответствии с которыми можно разделить модели оптопар на несколько групп.

В зависимости от степени интеграции:

• элементарный оптрон – включает в себя 2 и более элемента объединённых общим корпусом;
• оптронная интегральная схема – конструкция состоит из одной и более оптопар и, помимо этого, ещё может быть оснащена дополняющими элементами (например, усилителем).

В зависимости от типа фотоприёмника:

• Фоторезисторные (или просто резисторные оптопары);
• Фотодиодные оптопары;
• Фототранзисторные (используется обычный или составной биполярный фототранзистор) оптопары;
• Фототиристорные, либо фотосимисторные оптопары;
• Оптопары функционирующие с помощью фотогальванического генератора (солнечная батарейка).

Конструкция устройств последнего вида зачастую дополняются полевыми транзисторами, за управление затвором которого отвечает тот же генератор.

Фотосимисторные оптроны или те, которые оснащены полевыми транзисторами, могут называться «оптореле», либо «твердотельное реле».

Рис.1: Устройство оптрона

Оптоэлектронные устройства работают по-разному в зависимости от того, к какому из двух видов направлений они относятся:

Электронно-оптическое.

Работа прибора базируется на принципе, в соответствии с которым происходит преобразование световой энергии в электрическую. Причём, переход осуществляется посредством твёрдого тела и происходящих в нём процессов внутреннего фотоэлектрического эффекта (выражающегося в испускании веществом электронов под воздействием фотонов) и эффекта свечения под действием электрического поля.

Оптическое.

Прибор функционирует благодаря тонкому взаимодействию твёрдого тела и электромагнитного излучения, а также используя лазерные, голографические и фотохимические устройства.

Фотонные электронно-вычислительные машины компонуются с использованием одной из двух категорий оптических элементов:

• Оптронов;
• Кванто-оптических элементов.

Они являются моделями устройств соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Будет ли оптрон передавать сигнал линейно, определяется теми характеристиками, которыми обладает вмонтированный в конструкцию фотоприёмник. Наибольшую линейность передачи можно ожидать от резисторных оптронов. Как следствие, процесс эксплуатации подобных устройств отличается наибольшим удобством. Ступенью ниже стоят модели с фотодиодами и одиночными биполярными транзисторами.

Для обеспечения работы импульсных приборов применяют оптроны на биполярных, либо полевых транзисторах, поскольку там нет необходимости в линейной передаче сигнала.

Наконец, фототиристорные оптроны монтируют, чтобы обеспечить гальваническую изоляцию и безопасность эксплуатации устройства.

Схема включения

Стандартная схема включения РС817 представлена производителем в datasheet. С её помощью можно описать работу устройства. Для открытия транзистора на выходе на её вход необходимо подать питание. Обычно это делают через токоограничивающий резистор RD, дабы не спалить устройство.

Для определения номинала этого резистора RD необходимо знать: какое питание будет подаваться на вход (V), падение напряжение на внутреннем светодиоде (VF) и прямой ток (IF) для максимального открытия транзистора на выходе оптопары.

Во время расчета резистора для оптопары pc817 используют формулу согласно закона Ома RD=(V-VF)/IF. Значения параметров берут из даташит: типовое VF=1,2 В, рекомендуемый в столбце «условия измерений» прямой ток IF = 20 А (0,02 А). Например, для напряжения питания 5 В на входе RD=(5-1,2)/0,02 = 190 Ом.

Элементы электрических цепей, приборы

УГО реле времени, кнопки, выключатели, концевые выключатели, часто используют при разработке схем электропривода.

Схематическое изображение плавкого предохранителя. При чтении электрической схемы следует внимательно учитывать все линии и параметры чертежа, чтобы не спутать назначение элемента. Например, предохранитель и резистор имеют незначительные отличия. На схемах силовая линия изображается проходящей через предохранитель, резистор чертится без внутренних элементов.

Изображение автоматического выключателя на полной схеме

Контактный коммутационный аппарат. Служит автоматической защитой электрической сети от аварий, короткого замыкания. Приводится в действие механическим, либо электрическим способом.

Автоматический выключатель на однолинейной схеме

Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя обмотками. Бывает одно и трехфазный, повышающий и понижающий. Также подразделяется на сухой и масляный, в зависимости от способа охлаждения. Мощность варьируется от 0.1 МВА до 630 МВА (в России).

УГО трансформаторов

Обозначение трансформаторов тока на полной (а) и однолинейной (в) схеме

Графическое обозначение электрических машин (ЭМ)

Электрические моторы, зависит от вида, способны не только потреблять энергию. При разработке промышленных систем, используют моторы, которые при отсутствии нагрузки генерируют энергию в сеть, тем самым сокращая затраты.

А — Трехфазные электродвигатели:

1 — Асинхронный с короткозамкнутым ротором

2 — Асинхронный с короткозамкнутым ротором, двухскоростной

3 — Асинхронный с фазным ротором

4 — Синхронные электродвигатели; генераторы.

В — Коллекторные электродвигатели постоянного тока:

1 — с возбуждением обмотки от постоянного магнита

2 — Электрическая машина с катушкой возбуждения

В связке с электромоторами, на схемах показаны магнитные пускатели, устройства мягкого пуска, частотный преобразователь. Эти устройства служат для запуска электрических моторов, бесперебойной работы системы. Последние два элемента уберегают сеть от «просадки» напряжения в сети.

 УГО магнитного пускателя на схеме

Переключатели выполняют функцию коммутационного оборудования. Отключают и включают в работу определенные участки сети, по мере необходимости.

Графические обозначения в электрических схемах механических переключателей

Условные графические обозначения розеток и выключателей в электрических схемах. Включают в разработанные чертежи электрификации домов, квартир, производств.

Звонок на электрической схеме по стандартам УГО с обозначенным размером

Конструкции оптоэлектронных пар.

Рис.6

Различные виды оптронов

Конструкции оптопар различны: составные на дискретных элементах, пленочные, монолитные. Рассмотрим примеры конструкций оптопар на дискретных элементах. В бескорпусной оптопаре (Рис.6) СИ — светоизлучатель; ФП — фотоприемник; ОС — оптическая среда; 1 — выводы светоизлучателя; 2 — выводы фотоприемника. Кристаллы светоизлучателя и фотоприемника размещены в оптической иммерсионной среде строго параллельно. В качестве оптической среды используются в основном органические полимерные оптические клеи. Распространенные в оптопарах светодиоды имеют кольцевую излучающую область с расположенным в центре и вынесенным из активной области излучения омическим контактом. В такой конструкции при минимальной площади свечения светодиода уменьшаются потери энергии излучения из-за затенения и краевых эффектов, снижаются требования к точности взаимного расположения светодиода и фотоприемника.

Рис.7

Для повышения коэффициента передачи оптопары чувствительная площадь фотоприемника многократно превышает излучательную площадь светодиода. Структуру фотоприемников оптопар изготовляют в основном из кремния. Наибольшее распространение получили фотодиоды с p-i-n структурой, биполярные фототранзисторы, фототиристоры, структуры фотодиод — транзистор и др.

Конструкция оптопары в металлостеклянном корпусе приведена на Рис.7. Для уменьшения емкости развязки до 10-3-10-4 пФ в оптическую среду встраивают заземленную металлическую сетку ЗС или стекло с проводящим покрытием из материалов SnO2, In2O3 Сопротивление развязки оптопары достигают значения 1014 -1016 Ом.

Рис.8

Потери на торцевое и обратное излучение светодиода снижены в конструкции оптопары на Рис.4, где О — отражатель; КВ(М) — металлический кольцевой вывод p- области фотоприемника, изолированный от n- области диэлектрическим слоем SiO2. Отражатель направляет лучи светодиода, показанные на рисунке линиями со стрелками, на чувствительную площадь фотодиода и увеличивает примерно вдвое коэффициент передачи оптопары. Конструктивное исполнение оптопары с гальванической развязкой до нескольких десятков киловольт показано на Рис 8. Развязку обеспечивает жесткий стеклянный световод ОС, помещенный в корпус оптопары К.

Пример пленочной конструкции оптопары приведен на Рис. 1.а. На стеклянную подложку СП с двух сторон наносится слой SnO2, образующий прозрачные электроды ПЭ. На одном из прозрачных электродов методом вакуумного испарения формируется пленочный слой люминофора — сернистого цинка ZnS, активированного примесями меди Cu и марганца Mn, а затем — металлический электрод МЭ. На другой прозрачный электрод наносится фоторезистивный слой сульфида кадмия с центрами чувствительности из атомов меди CdS:Cu, а на него напыляется металлический электрод МЭ гребенчатой структуры. Тонкопленочный люминофор — светоизлучатель СИ оптопары может работать при малом напряжении постоянного тока. Свечение обусловлено возбуждением атомов марганца в люминофоре «горячими» (высокоэнергетичными) электронами, образующимися в гетеропроходе p-Cu2S — n-ZnS(Mn) в поверхностном слое пленки. Световой поток распространяется в направлении фотоприемника оптопар ФП фоторезистора через стеклянную подложку и прозрачные электроды, образующие оптическую среду.

Комментарии:

Как выбирать токоизмерительные клещи и не переплатить Виды мультиметров Mastech и сфера применения

Светодиод – полупроводниковый прибор, по своей структуре напоминающий обычный диод. Поэтому проверить его можно как обычный диод — включением в прямом направлении, т.е. между анодом и катодом приложить положительное напряжение. Проверка не составит труда, если есть на руках обычный тестер. В отличие от обычных кремниевых диодов, прямое напряжение на которых составляет 0,6…0,7 В, светодиод имеет гораздо большее значение этого параметра. В зависимости от цвета и материала, красные имеют напряжение – 1,5…2 В, зеленые – 1,9…4 В, белые – около 3…3,5 В. Эта информация указана в документации производителя.

Еще одной особенностью светоизлучающего диода от обычного – низкое обратное напряжение, которое превышает прямое всего на несколько вольт. Это повышает риск выхода прибора из строя при неправильном включении или вследствие электростатического разряда. Как убедиться в исправности светодиода, прежде чем смонтировать его на плату?

Практически любой цифровой тестер (или мультиметр, кому как больше нравится) позволяет быстро проверить светодиод на работоспособность.

В простейшем случае, чтобы прозвонить светодиод, нужно включить мультиметр в режим проверки диодов, как показано на рисунке ниже.

Далее определим полярность включения. У выводных светодиодов катод обычно короче анода. Если выводы одинаковой длины (кто-то «заботливо» обкусил), то смотрим на просвет. На рисунке видно, что внутри самого корпуса располагаются два электрода, обычно тот который большего размера – катод, но это не всегда так, поэтому не стоит брать это за правило.

Остается только подключить тестер к выводам светодиода. Красный щуп к аноду, черный – к катоду (если, конечно, у вас стандартные цвета щупов). Исправность определяется по свечению.

Этим же способом можно проверить и мощный светодиод. Такие обычно смонтированы на плату с металлической подложкой (MCPCB). Полярность обычно подписана рядом с контактными площадками. Если нет, тогда наугад. Вероятность повредить светодиод тестером очень мала – не та мощность.

Еще проще и удобнее прозвонить выводные светодиоды, если в мультиметре есть функция проверки транзисторов. В этом случае нужно всего лишь вставить в соответствующий разъем выводы. Для секции NPN: анод в отверстие С (коллектор), катод в E (эмиттер). Для секции PNP – с точностью до наоборот. Наглядно проверка показана на рисунке ниже.

Когда дело касается мощных осветительных светодиодов, работающих на токах порядка сотен и тысяч мА, то встречается такой дефект: при «прозвонке» светодиод подсвечивается и признается годным, а когда включается на рабочий ток, то светит словно «в полнакала». Это связано с дефектом кристалла и если замена бракованных светодиодов в готовом изделии (например, прожекторе) затруднена, то необходимо проверить их заранее.

Более тщательная проверка, помимо мультиметра, потребует еще и источника тока. Идеальный вариант – наличие лабораторного источника, но подойдет и адаптер для зарядки мобильных телефонов или других устройств. Главное, чтобы он имел стабилизацию по току.

Последовательность такова:

1. мультиметр переключаем на предел «10 А» (не забываем переставить щуп в соответствующее гнездо) и включаем в цепь последовательно между светодиодом и источником питания;
2. включаем питание, измеряем силу тока, выключаем питание;
3. мультиметр включаем параллельно светодиоду, установив предел измерения «20 В» (опять же не забывая переставить щуп, а то устроим КЗ), источник соединяем напрямую со светодиодом, соблюдая полярность;
4. включаем питание, измеряем падение напряжения на светодиоде, выключаем питание;
5. проверяем исправность по соответствию тока и напряжения по кривой вольтамперной характеристики, приведенной производителем в data sheet.

Несмотря на то, что светодиодные источники света отличаются гораздо большим сроком службы, чем большинство аналогов, они тоже выходят из строя. Причиной этого может быть и повреждение, и выработка ресурса. Простой и действенный способ убедиться в неисправности – проверить светодиод тестером в режиме «прозвона». Кроме того, исправность светодиода необходимо проверять перед его монтажом на плату.

Принцип действия оптопар

Рис.1 Оптопара используется как элемент электрической развязки в цифровых и импульсных устройствах, устройствах передачи аналоговых сигналов, системах автоматики для бесконтактного управления высоковольтными источниками питания и др. Она является составным элементом оптических микросхем. В устройстве оптопары (Рис.1.а) СИ — светоизлучатель, ФП — фотоприемник, ОС (СП) — оптическая среда, МЭ — металлические электроды, ПЭ — прозрачные электроды. В качестве светоизлучателя в оптопарах применяются светодиоды, лазеры и другие излучатели, а в качестве фотоприемника — фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы и фототиристоры. По типу используемого фотоприемника различают диодные, транзисторные, тиристорные и резисторные оптопары.

Принцип действия оптопары показан на Рис.1. На вход оптопары поступает электрический сигнал, например импульс тока IВХ (Рис.1.б), преобразуемый светоизлучателем в импульс светового потока. Световой импульс излучается на рабочей длине волны в направлении фотоприемника, проходит через оптическую среду с малым затуханием и в фотоприемнике преобразуется в электрический сигнал. Форма выходного импульса тока показана на (Рис. 1.в). Преобразование электрический сигнал — световой сигнал осуществляется с помощью модуляции оптической несущей в светоизлулучателе. Гальваническая развязка входной 11 и выходной 22 цепей оптопары достигается за счет оптически прозрачной диэлектрической среды между приемником и излучателем, причем все компоненты оптопары должны быть оптически согласованы. Это достигается соответствующим выбором материалов. На Рис.2 приведены примеры подобранных пар полупроводниковых материалов для фотоприемника и светоизлучателя в диапазоне волн 0.2 — 20 мкм. В качестве светоизлучателей оптопар преимущественно используются светодиоды.

Рис.2

Использование лазеров в оптопарах экономически оправдано только в быстродействующих системах. Учитывая, что спектр излучения светодиодов оптопар относительно узкий, чувствительность фотоприемника должна быть максимальной на рабочей длине волны светоизлучателя.

Основные параметры оптопар.

Основные параметры оптопар можно разбить на четыре группы.

Параметры и особенности работы устройства

Опираясь на точную конструкцию прибора, можно определить его электрическую прочность. Под этим термином понимается значение напряжения, возникающего между цепями входа и выхода.Так, производители оптопар, обеспечивающих гальваническую изоляцию, демонстрируют целый ряд моделей с различными корпусами:

1. DIP;
2. SOP;
3. SSOP;
4. Miniflat-lead.

В зависимости от типа корпуса у оптопары формируется то или иное напряжение изоляции. Чтобы создать условия, в которых уровень напряжения достаточный для пробоя изоляции был достаточно велик, следует сконструировать оптопару таким образом, чтобы следующие детали были расположены достаточно далеко друг от друга:

• Световой диод и оптический регистратор;
• Внутренняя и внешняя сторона корпуса.

В отдельных случаях можно обнаружить оптопары специализированной группы, изготавливаемые в соответствии с международным стандартом безопасности. Уровень электрической прочности у этих моделей на порядок выше. Другой значимый параметр транзисторной оптопары носит название «коэффициента передачи тока». Согласно значению этого коэффициента устройство относят к той или иной категории, что и отображается в названии модели.

Относительно уровня нижней рабочей частоты оптронов никаких ограничений нет: они хорошо функционируют в цепи с постоянным током. А верхняя граница рабочей частоты этих приборов, задействованных в передаче сигналов цифрового происхождения, исчисляется в сотнях мегагерц. Для оптронов линейного типа этот показатель ограничивается десятками мегагерц. Для самых медленных конструкций, включающих в себя лампу накаливания, наиболее характерна роль низкочастотных фильтров, работающих на частотах, не достигающих 10 Герц

Существует две основные причины тому, что работа транзисторной пары сопровождается шумовыми эффектами:

• Проходная ёмкость между световым диодом и транзисторной базой;
• Паразитная ёмкость между коллектором и фототранзисторной базой.

Чтобы побороть первую причину, понадобится вмонтировать особый экран. Вторая же устраняется через верно подобранный рабочий режим.

Датчик скорости с оптопарой.

Оптореле

Оптореле, иначе называемое твердотельным реле, обычно используется для регуляции работы цепи с большими управляющими токами. Роль управляющего элемента здесь обычно выполняют два MOSFET транзистора со встречным подключением, подобная конфигурация обеспечивает возможность функционирования в условиях переменного тока.

Классификация видов оптореле

Для оптореле определено три типа топологий:

1. Нормально разомкнутые.Предполагается, что управляющая цепь будет замыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
2. Нормально замкнутые.Предполагается, что управляющая цепь будет размыкаться лишь в момент подачи управляющего напряжения на выводы светового диода.
3. Переключающая.Третья топология предполагает сочетание каналов нормально-замкнутого и нормально разомкнутого типа.

Оптореле подобно оптопаре имеет характеристику по электрической прочности.

Разновидности оптореле

• Модели стандартного типа;
• Модели, имеющие малое сопротивление;
• Модели, имеющие малое СxR;

• Модели, имеющие малое напряжение смещения;
• Модели, имеющие высокое напряжение изоляции.

Характеристики фототранзистора

Преимущества

Придется снова повториться касаемо схожести фототранзисторов и фотодиодов. Если мы говорим о том, что эти приборы имеют общие черты, соответственно сравнивать их мы должны между собой.

Говоря честно, фототранзисторы не обладают количественным преимуществом в отдельных аспектах, да, они имеют более высокую чувствительность непосредственно к излучению, но на этом все, в остальных параметрах наш прибор не превосходит фотодиоды.

Недостатки

А вот недостатков относительно фотодиодов достаточно.

Во-первых, фототранзисторы уступают в быстродействии, то есть временной промежуток отклика в линии связи немного дольше.

Во-вторых, у фотодиодов куда мельче выглядит темновой ток, что помогает им качественнее распознавать и регистрировать световой поток.

В-третьих, фототранзисторы не могут на должном уровне поддерживать линейную зависимость между током на выходе и освещением.

как проверить оптопару

Зарегистрироваться Логин или эл. Войти Запомнить меня. Блог DIY или Сделай сам.

Officia fore sunt nam elit do id aliqua in irure. Varias e ita quae expetendis qui ad tamen commodo transferrem hic se legam nostrud arbitrantur, consequat graviterque te incurreret, a veniam iis elit, lorem consectetur quamquam summis tempor, incididunt anim singulis eu pariatur aute ad deserunt graviterque. Quamquam sunt duis eu illum non magna quibusdam probant, ea nam velit fugiat quid ad magna litteris ita tamen quae. Proident e noster est fore incurreret eu exercitation hic mandaremus tamen de quibusdam graviterque, qui multos magna legam excepteur ea excepteur ipsum fugiat deserunt summis a sunt do an sint iudicem qui esse instituendarum fabulas quorum excepteur iis se a consectetur.

Этот пробник, предназначен для проверки большого количества видов оптопар: оптотранзисторов, оптотиристоров, оптосимисторов, опторезисторов, а также микросхемы таймера NE, отечественным аналогом которой является микросхема ВИ1. Сигнал с третьего вывода микросхемы через резистор R9 поступает на один вход диодного моста VDS1, при условии, что к контактам Анод и Катод подсоединен рабочий излучающий элемент оптопары, в таком случае через диодный мост потечет ток, и будет мигать светодиод HL3, при условии что фотоприемник исправен, будет открываться VT1 и загораться HL3, который будет проводить ток, HL4 при этом будет моргать.

Оптроны оптопары — электронные приборы, служащие для преобразования сигнала электрического тока в световой поток. Их световой сигнал передается через каналы оптики, а также происходит обратная передача и преобразование света в электрический сигнал. Устройство оптрона состоит из излучателя света и преобразователя светового луча фотоприемника. В качестве излучателя в современных приборах используют светодиоды. В старых моделях применялись маленькие лампочки накаливания. Две составные части оптопары объединены общим корпусом и оптическим каналом. Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать оптопары по группам.

Много текста! С начала посмотрите технические характеристики оптопары!!! Там будет указано напряжение и ток допустимый. Автору ролика лучше бы начертил схемку привязки, а не показывал неудобные для просмотра собранные схемы.

Похожие записи:

Фотореле на микросхеме кр1182пм1 Как замерить сопротивление изоляции Термокоса под управлением arduino и labview Все о дизельных генераторах Стиральная машина не открывает дверь: причины и способы разблокировки Стабилизатор напряжения постоянно отключается, почему? устранение неполадок