Оптроны: обзор основных типов и их применение

Оптроны – это электронные устройства, которые используют световые сигналы для контроля и переключения электрических схем.

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.

В основе работы оптронов лежит принцип фотоэффекта – явления, при котором световые кванты, попавшие на поверхность полупроводника, вызывают освобождение электронов. Эти светоиндуцированные электроны, в свою очередь, могут привести к изменению электрических свойств оптрона.

Типы оптронов

Оптроны могут быть классифицированы по различным критериям, таким как конструкция, тип фотоприемника и степень интеграции. Ниже приведен обзор основных видов

Классификация по конструкции:

Открытые

Открытые оптроны отличаются особой конструкцией, в которой между элементами присутствует воздушный зазор. Главным преимуществом данного типа оптронов является высокая скорость ответа, достигаемая благодаря отсутствию фильтров и задержек, присутствующих в других типах оптопар.

Щелевые

Щелевые оптроны — те, в которых присутствует щель между компонентами оптрона, через которую свет от источника достигает фотоприемника. Устройства такого типа могут иметь различные конструкции и размеры, в зависимости от конкретных требований и условий их эксплуатации.

Закрытые

Закрытые оптроны представляют собой элементы, помещенные в герметичные корпуса, что позволяет защитить их от внешних воздействий и помех. Одним из главных преимуществ таких оптронов является их высокий коэффициент передачи и возможность обеспечения защиты от внешних помех. В результате они становятся надежными и точными в измерении и контроле самых различных параметров, таких как скорость, позиция, уровень и многое другое.

Классификация по типу фотоприемника:

Диодные

Одним из важнейших достижений в области оптоэлектроники является создание диодных оптронов. Оптопары данного типа отличаются невероятно высокой скоростью фотоприемников, основанных на p-i-n-структурах, а также минимальными значениями темновых токов в выходной цепи и высоким уровнем гальванической развязки. Эти особенности делают их незаменимыми во многих сферах применения, где требуется эффективное и быстродействующее фотоэлектрическое устройство.

Транзисторные

Транзисторный оптрон создается на основе фотоприемного элемента, который в свою очередь является кремниевым фототранзистором с n-p-n структурой.

Излучательный диод располагается таким образом, чтобы большая часть света направлялась на базовую область транзистора. Благодаря этому, транзисторные оптопары обеспечивают высокие значения коэффициента передачи по току при умеренных токах и способны управлять значительными токами с хорошей скоростью реакции.

Резисторные

Резисторная оптопара использует фоторезистор на основе сульфида кадмия и селенида кадмия в качестве фотоприемного элемента. Такие оптопары обладают высокой чувствительностью, которая достигает своего максимума в красной области видимого спектра и также включает ближнюю инфракрасную область.

Тиристорные

В тиристорных оптопарах применяется кремниевый фототиристор в качестве приемного элемента. Он обладает высоким внутренним усилением фототока и сохраняет свое включенное состояние даже после прекращения излучения входного светодиода. Благодаря этому управляющий сигнал на тиристорную пару может подаваться в течение короткого времени, необходимого для открытия тиристора.

Симисторные

Симисторные оптопары обеспечивают эффективную развязку между низковольтной управляющей частью схемы и силовой нагрузкой с использованием оптического канала. Они состоят из инфракрасного светодиода, созданного на основе арсенида галлия, который связан оптическим каналом с двунаправленным кремниевым симистором.

Что же делает оптроны такими ценными и где они применяются?

Во-первых, оптроны обладают высокой скоростью реакции, что позволяет использовать их в быстродействующих электронных системах. Во-вторых, оптроны имеют малые габариты и низкое энергопотребление, что делает их идеальным выбором для компактных устройств, например, в сфере мобильной электроники.

Оптроны также имеют огромный потенциал в автоматизации производственных процессов. Они могут использоваться в качестве датчиков, позволяя мгновенно обнаруживать изменения состояния и реагировать на них. Благодаря этому, оптроны способны существенно повысить эффективность и надежность производственных систем.

Но область применения оптронов не ограничивается только промышленностью. В медицине они используются для контроля сердечного ритма, обнаружения заболеваний глаз и ретины, а также в онкологических методах лечения. Благодаря высокой точности и низкому уровню вмешательства в организм, оптроны стали настоящим прорывом в медицинских технологиях.

Интересно, что в будущем оптроны могут стать ключевыми элементами в создании квантовых компьютеров. Благодаря своей способности контролировать электрические сигналы с использованием света, оптроны могут применяться в качестве кубитов – основных строительных блоков квантовых систем. Такие квантовые компьютеры будут значительно превосходить классические в плане скорости и возможностей вычислений.

Возможности компании ООО «ЕвроМикроТех» позволяют достать оптоэлектронику любых видов и параметров. Цена на оптоэлектронику на нашем сайте является одной из самых лучших в регионе, а большой выбор позволяет найти именно то, что необходимо.