Les connecteurs optiques et leurs applications
Un optocoupleur (ou optocoupleur, comme on a commencé à l'appeler récemment) se compose structurellement de deux éléments: un émetteur et un photodétecteur, réunis, en règle générale, dans un boîtier scellé commun.
Il existe de nombreux types d'optocoupleurs : résistance, diode, transistor, thyristor. Ces noms indiquent le type de photodétecteur. En tant qu'émetteur, une LED infrarouge à semi-conducteur avec une longueur d'onde comprise entre 0,9 et 1,2 microns est généralement utilisée. Des LED rouges, des émetteurs électroluminescents et des lampes à incandescence miniatures sont également utilisés.
Le but principal des optocoupleurs est de fournir une isolation galvanique entre les circuits de signal. Sur cette base, le principe général de fonctionnement de ces appareils, malgré la différence de photodétecteurs, peut être considéré comme le même: le signal électrique d'entrée arrivant à l'émetteur est converti en un flux lumineux qui, agissant sur le photodétecteur, modifie sa conductivité .
Si le photodétecteur est photorésistance, alors sa résistance à la lumière devient des milliers de fois inférieure à la résistance d'origine (sombre) si le phototransistor - l'irradiation de sa base produit le même effet que lorsque le courant est appliqué à la base transistor conventionnelet s'ouvre.
En conséquence, un signal est formé à la sortie de l'optocoupleur, qui en général peut ne pas être identique à la forme de l'entrée, et les circuits d'entrée et de sortie ne sont pas connectés galvaniquement. Une masse diélectrique transparente électriquement forte (généralement un polymère organique) est placée entre les circuits d'entrée et de sortie de l'optocoupleur, dont la résistance atteint 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Les optocoupleurs produits par l'industrie sont nommés en fonction du système de désignation actuel des dispositifs à semi-conducteurs.
La première lettre de la désignation de l'optocoupleur (A) indique le matériau de départ de l'émetteur - l'arséniure de gallium ou une solution solide de gallium-aluminium-arsenic, la seconde (O) désigne la sous-classe - l'optocoupleur ; le troisième indique à quel type appartient l'appareil: P - résistance, D - diode, T - transistor, Y - thyristor. Viennent ensuite les chiffres, qui signifient le numéro du développement, et une lettre - tel ou tel groupe de types.
Dispositif optocoupleur
L'émetteur - une LED non emballée - est généralement placé dans la partie supérieure du boîtier métallique et dans la partie inférieure, sur un support en cristal, se trouve un photodétecteur en silicium renforcé, par exemple un photothyristor. Tout l'espace entre la LED et le photothyristor est rempli d'une masse transparente qui se solidifie. Ce remplissage est recouvert d'une couche qui réfléchit les rayons lumineux vers l'intérieur, ce qui empêche la lumière de se diffuser à l'extérieur de la zone de travail.
Une conception légèrement différente du coupleur optique de résistance décrit... Ici, une lampe miniature avec un filament incandescent est installée dans la partie supérieure du corps métallique, et une photorésistance à base de cadmium sélénium est installée dans la partie inférieure.
La photorésistance est fabriquée séparément, sur une fine base en silicone. Un film d'un matériau semi-conducteur, le séléniure de cadmium, est pulvérisé dessus, après quoi des électrodes faites d'un matériau conducteur (par exemple de l'aluminium) sont formées. Les fils de sortie sont soudés aux électrodes. La liaison rigide entre la lampe et le culot est assurée par une masse transparente durcie.
Les trous dans le boîtier pour les fils de l'optocoupleur sont remplis de verre. La liaison étanche du couvercle et de la base du corps est assurée par soudure.
La caractéristique courant-tension (CVC) d'un optocoupleur à thyristor est approximativement la même que celle d'un seul thyristor… En l'absence de courant d'entrée (I = 0 — caractéristique d'obscurité), le photothyristor ne peut s'allumer qu'à une valeur très élevée de la tension qui lui est appliquée (800 … 1000 V). L'application d'une tension aussi élevée étant pratiquement inacceptable, cette courbe a un sens purement théorique.
Si une tension de fonctionnement continue (de 50 à 400 V, selon le type d'optocoupleur) est appliquée au photothyristor, l'appareil ne peut être allumé que lorsqu'un courant d'entrée est fourni, qui est maintenant celui qui pilote.
La vitesse de commutation de l'optocoupleur dépend de la valeur du courant d'entrée. Les temps de commutation typiques sont t = 5 … 10 μs. Le temps de désactivation de l'optocoupleur est lié au processus de résorption des porteurs de courant minoritaires dans les jonctions du photothyristor et ne dépend que de la valeur du courant de sortie circulant.La valeur réelle du temps de déclenchement se situe dans la plage de 10 … 50 μs.
Le courant de sortie maximal et de fonctionnement de l'optocoupleur à photorésistance diminue fortement lorsque la température ambiante dépasse 40 degrés Celsius. La résistance de sortie de cet optocoupleur reste constante jusqu'à la valeur du courant d'entrée de 4 mA, et avec une nouvelle augmentation du courant d'entrée (lorsque la luminosité de la lampe à incandescence commence à augmenter), elle diminue fortement.
En plus de ceux décrits ci-dessus, il existe des optocoupleurs avec le canal optique dit ouvert... Ici, l'illuminateur est une LED infrarouge, et le photodétecteur peut être une photorésistance, une photodiode ou un phototransistor. La différence entre cet optocoupleur est que son rayonnement s'éteint, est réfléchi par un objet externe et retourne à l'optocoupleur, au photodétecteur. Dans un tel optocoupleur, le courant de sortie peut être contrôlé non seulement par le courant d'entrée mais également en modifiant la position de la surface réfléchissante externe.
Dans les optocoupleurs à canal optique ouvert, les axes optiques de l'émetteur et du récepteur sont parallèles ou légèrement inclinés. Il existe des conceptions de tels optocoupleurs avec des axes optiques coaxiaux. De tels dispositifs sont appelés optocoupleurs.
Application d'otrons
Actuellement, les optocoupleurs sont largement utilisés, notamment pour combiner des blocs logiques microélectroniques contenant des éléments discrets puissants avec des actionneurs (relais, moteurs électriques, contacteurs, etc.), ainsi que pour la communication entre blocs logiques qui nécessitent une isolation galvanique, une modulation de constantes et à évolution lente. tensions, conversion impulsions rectangulaires en oscillations sinusoïdales, commande de lampes puissantes et indicateurs de haute tension.