9.5. Элементы релейного действия на оптронах

Оптроном называется прибор (рис. 9.11), в котором оптически и конструктивно связаны источник света 1, оптическая среда 2 и фо­топриемник 3. Принцип действия его основан на двойном преобра­зовании энергии. В источнике света энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемнике оптиче­ский сигнал вызывает электрический ток или напряжение.

В качестве источника света в оптронах используют обычно све-тоизлучающий диод на основе арсенида галлия (GaAs). Световой канал образуется через воздух или с использованием световода. Фотоприемниками являются фоторезисторы, фотодиоды, фото транзисторы и фототиристоры. От вида фотоприемника зависит об­ласть схемотехнического применения оптрона.

Схемы, построенные на оптронах, обладают по сравнению с элек­тронными и электрическими схемами рядом важных преимуществ. Оптическая связь позволяет получать почти идеальную электриче­скую изоляцию элементов схем. Сопротивление изоляции между входом и выходом оптрона может достигать 10¹⁶ Ом, проходная емкость — 10^-4 пФ. Это дает возможность реализовать высокока­чественную гальваническую развязку цепей управления и нагрузки, что необходимо в безопасных схемах управления. В этом смысле оптрон можно рассматривать как аналог контакта электромагнит­ного реле. Оптическая связь обеспечивает однонаправленную пере­дачу сигнала от источника к приемнику. Паразитная обратная связь с выхода на вход отсутствует, поэтому возможны независимые рас­чет и анализ отдельных каскадов оптронных схем.

С помощью оптронов легко связываются цепи с различными частотами, цепи постоянного и переменного тока, маломощные цепи с мощными (силовыми). Оптронные схемы обладают хорошей поме­хозащищенностью, так как оптические каналы не подвержены элек­тромагнитным помехам.

Недостатками оптронов являются сравнительно невысокий КПД, обусловленный двойным преобразованием энергии, значи­тельная потребляемая мощность и зависимость параметров от температуры.

Оптоэлектроника используется в четырех основных областях. Это цифровые и импульсные схемы (диодные и транзисторные оптроны), аналоговая техника (резисторные и диодные оптроны), схемы управления мощными цепями (мощные ключевые тиристорные и транзисторные оптроны) и схемы преобразования и отображения информации.

Например, интегральная микросхема серии К249ЛП1 (рис.9.12) состоит из диодного оптрона ДО и интегрального усилителя (тран­зисторы VT1 — VT3). Оптрон образует входной каскад схемы. При протекании входного тока и возникновении излучения открывается фотодиод. Фототок является одновременно отпирающим базовым током транзистора VT1. В результате открывается транзистор VT3 и подключается выходная цепь микросхемы. На выходе схемы оптронного реле (рис. 9.13) образуются импульсы различной полярно­сти в зависимости от того, на какой из двух входов поступает сигнал, открывающий транзистор VT1 или VT2.

60