Оптронами називають такі оптоелектронні прилади, в яких є джерело і приймач випромінювання (світловипромінювач і фотоприймач) з тим чи іншим видом оптичної і електричного зв'язку між ними, конструктивно пов'язані один з одним.
Принцип дії оптронов будь-якого виду заснований на наступному. У випромінювачі енергія електричного сигналу перетворюється в світлову, в фотоприемнике, навпаки, світловий сигнал викликає електричний відгук.
Практично поширення набули лише оптрони, у яких є пряма оптична зв'язок від випромінювача до фотоприймача й, як правило, виключені всі види електричного зв'язку між цими елементами.
За ступенем складності структурної схеми серед виробів оптронной техніки виділяють дві групи приладів. Оптопара (кажуть також "елементарний оптрон") являє собою оптоелектронний напівпровідниковий прилад, що складається з випромінює і фотоприймального елементів, між якими є оптична зв'язок, що забезпечує електричну ізоляцію між входом і виходом. Оптоелектронна інтегральна мікросхема є мікросхемою, що складається з однієї або декількох оптопар і електрично з'єднаних з ними одного або декількох узгоджувальних або підсилюючих пристроїв.
Таким чином, в електронній ланцюга такий прилад виконує функцію елемента зв'язку, в якому в той же час здійснена електрична (гальванічна) розв'язка входу і виходу.
У структурній схемі на рис. 1 вхідний пристрій служить для оптимізації робочого режиму випромінювача (наприклад, зміщення світлодіода на лінійний ділянку ват-амперної характеристики) і перетворення (посилення) зовнішнього сигналу. Вхідний блок повинен мати високий ККД перетворення, високою швидкодією, широким динамічним діапазоном допустимих вхідних струмів (для лінійних систем), малим значенням "порогового" вхідного струму, при якому забезпечується надійна передача інформації по ланцюгу.
Рис 1. Узагальнена структурна схема оптрона
Призначення оптичного середовища - передача енергії оптичного сигналу від випромінювача до фотоприймача, а також у багатьох випадках забезпечення механічної цілісності конструкції.
Принципова можливість керування оптичними властивостями середовища, наприклад, за допомогою використання електрооптичних або магнітооптичних ефектів, відображена введенням в схему пристрою управління, В цьому випадку ми отримуємо оптрон з керованим оптичним каналом, функціонально відрізняється від "звичайного" оптрона: зміна вихідного сигналу може здійснюватися як по входу, так і по ланцюгу управління.
У фотоприемнике відбувається "відновлення" інформаційного сигналу з оптичного в електричний; при цьому прагнуть мати високу чутливість і високу швидкодію.
Нарешті, вихідний пристрій покликане перетворити сигнал фотоприймача в стандартну форму, зручну для впливу на наступні за Оптрон каскади. Практично обов'язковою функцією вихідного пристрою є посилення сигналу, так як втрати після подвійного перетворення дуже значні. Нерідко функцію посилення виконує і сам фотоприймач (наприклад, фототранзистор).
Електричні схеми та вихідні характеристики оптронів з фоторезистором (а), фотодиодом (б) і Фототиристори (в): 1 - напівпровідниковий світловипромінювальних діод; 2 - фоторезистор; 3 - фотодіод; 4 фототиристор; U і I - напруга і струм у вихідному ланцюзі оптрона. Пунктирні криві відповідають відсутності струму у вхідному ланцюзі оптрона, суцільні - двом різним значенням вхідних струмів.
Що таке оптопара
Оптрон - оптоелектронний прилад, головними функціональними частинами якого виступають джерело світла і фотоприймач, гальванічно не зв'язані один з одним, але розташовані всередині загального герметичного корпусу. Принцип дії оптрона базується на тому, що подається на нього електричний сигнал викликає світіння на передавальній стороні, і вже в формі світла сигнал приймається фотоприймачем, ініціюючи електричний сигнал на приймальній стороні. Тобто сигнал передається і приймається за допомогою оптичного зв'язку всередині електронного компонента.
Оптопара - найбільш проста різновид оптрона. Вона складається тільки з випромінюючої і приймаючої частин. Більш складний різновид оптрона - оптоелектронна мікросхема, всередині якої міститься кілька оптопар, пов'язаних з одним або декількома погоджують або підсилювальними пристроями.
Таким чином, оптопара є електронний компонент, який забезпечує оптичну передачу сигналу в ланцюзі без гальванічного зв'язку між джерелом сигналу і його приймачем, оскільки фотони, як відомо, електрично нейтральні.
Структура і характеристики оптопари
У оптопарах застосовуються фотоприймачі, чутливі в ближній інфрачервоній і видимій областях, оскільки саме для даної частини спектра характерні джерела інтенсивного випромінювання, що можуть працювати в якості фотоприймачів без охолодження. Фотоприймачі з р-n-переходами (діоди і транзистори) на основі кремнію універсальні, область їх максимальної спектральної чутливості знаходиться поблизу 0,8 мкм.
Оптопара характеризується в першу чергу коефіцієнтом передачі по струму CTR, тобто відношенням струмів вхідного і вихідного сигналів. Наступний параметр - швидкість передачі сигналу, по суті - гранична частота fc роботи оптопари, пов'язана з часом фронту tr і зрізу tf для переданих імпульсів. Нарешті, параметри, що характеризують оптопару з точки зору гальванічної розв'язки: опір розв'язки Riso, максимальна напруга Viso і прохідна ємність Cf.
Вхідний пристрій, що входить в структуру оптрона, призначене для створення оптимальних умов роботи випромінювача (світлодіода), для зміщення робочої точки в лінійну зону ВАХ.
Вхідний пристрій володіє достатнім швидкодією і широким діапазоном вхідних струмів, забезпечуючи надійність передачі інформації навіть при малому (пороговому) струмі. Оптичне середовище знаходиться всередині корпусу, через неї передається світло від випромінювача до фотоприймача.
У оптронах з керованим оптичним каналом є додатковий пристрій управління, через яке можна за допомогою електричних або магнітних засобів впливати на властивості оптичного середовища. На стороні фотоприймача сигнал відновлюється, з високою швидкодією перетворюючись з оптичного в електричний.
Вихідний пристрій на стороні фотоприймача (наприклад включений в схему фототранзистор) покликаний перетворити сигнал в стандартну електричну форму, зручну для подальшої обробки в наступних за Оптрон блоках. Оптопара часто не містить вхідних і вихідних пристроїв, тому їй потрібні зовнішні ланцюга для створення нормального режиму роботи в схемі того чи іншого приладу.
застосування оптопар
Оптопари знаходять широке застосування блоків різної апаратури, де є низьковольтні і високовольтні ланцюги, ланцюги управління розв'язуються від силових ланцюгів: управління потужними симисторами і тиристорами, схемами реле і т. Д.
У радіотехнічних схемах модуляції і автоматичного регулювання посилення використовуються діодні, транзисторні та резисторні оптрони. Через вплив по оптичному каналу схема безконтактно регулюється і виводиться на оптимальний робочий режим.
Оптопари настільки універсальні, що навіть просто як елементи гальванічної розв'язки і безконтактного управління застосовуються в настільки різноманітних галузях і в такій кількості унікальних функцій, що все і не перерахувати.
Ось лише деякі з них: обчислювальна техніка, техніка зв'язку, автоматика, радіоапаратура, системи автоматизованого управління, вимірювальні прилади, системи контролю та регулювання, медична техніка, пристрої візуального відображення інформації і багато багато іншого.
переваги оптопар
Застосування оптопар на друкованих платах дозволяє добитися ідеальної гальванічної розв'язки, коли вимоги до ізоляції високовольтних і низьковольтних, вхідних і вихідних ланцюгів по опору надзвичайно високі. Напруга між ланцюгами передавача і приймача популярної оптопари PC817 становить, наприклад, 5000 В. Крім того за допомогою оптичної розв'язки досягається надзвичайно мала прохідна ємність, порядку 1 пф.
За допомогою оптопари дуже просто реалізується безконтактне управління, при цьому зберігається простір для унікальних конструкторських рішень щодо безпосередньо керуючих ланцюгів. Важливо тут і те, що абсолютно відсутня реакція приймача на джерело, тобто інформація передається однонаправленно.
Найширший смуга пропускання оптопари виключає обмеження накладаються низькими частотами: за допомогою світла можна передавати будь-постійний сигнал, хоч імпульсний, причому з дуже крутими фронтами, що принципово неможливо здійснити за допомогою імпульсних трансформаторів. Канал зв'язку всередині оптопари абсолютно несприйнятливий до впливу електромагнітних полів, тому сигнал захищений від перешкод і наведень. Нарешті, оптопари повністю сумісні з іншими електронними компонентами.
Оптопари (Оптрони)
Загальні відомості
оптоелектроніка - одне з найбільш розвинених напрямів у функціональній мікроелектроніці. У поняття "оптоелектроніка" включають і такі недавно що виникли напрямки, як лазерна техніка, волоконна оптика, голографія та інші.
В даний час оптоелектронний прилад визначається як:
1) прилад чутливий до електромагнітного випромінювання у видимій, інфрачервоній або ультрафіолетовій областях спектру;
2) прилад випромінює і перетворює некогерентного або когерентне випромінювання в цих же спектральних областях;
3) прилад, який використовує електромагнітне випромінювання для своєї роботи.
Оптоелектроніка заснована на електронно-оптичному принципі отримання, передачі, обробки та зберігання інформації, носієм якої є електрично нейтральний фотон.
Виготовлення ПП елементів оптоелектроніки оптронов сумісно з інтегральною технологією, тому їх створення може бути включено в єдиний технологічний цикл виробництва інтегральних мікросхем.
Розглянемо основні технологічні засоби оптоелектроніки. Основним елементом є оптрон , або оптопара
оптопара - Оптоелектронні прилади, що містить фотоізлучатель і фотоприймач, оптично і конструктивно пов'язані один з одним.
Рис.1. Структурна схема оптрона
1 джерела випромінювання (фотоізлучателя);
2 - світловода (оптичного каналу);
3 - приймача випромінювання (фотоприймача), укладеного
в герметичний світлонепроникний корпус.
Класифікація оптронів:
Тип і назва оптрона визначається типом використовуваного в ньому фотоприймача. За цією ознакою оптрони бувають:
- резистори (фотоприймач - фоторезистор);
- діодні (фотоприймач - фотодіод);
- транзисторні (фотоприймач - фототранзистор);
- тиристорні (фотоприймач - фототиристор);
Застосування в електронних ланцюгах:
- перемикання;
- посилення;
- узгодження;
- перетворення;
- індикація і ін.
Визначення та принцип дії
Принцип дії оптопари заснований на подвійному перетворенні енергії тобто
1) У випромінювачі енергія електричного сигналу перетворюється в оптичне випромінювання, а в фотоприймача навпаки;
2) Оптичний сигнал викликає електричний струм або напруга. отже, оптопара - це прилад з електричними вхідними та вихідними сигналами, тобто зв'язок із зовнішнім схемою електрична. А ось всередині оптопари зв'язок входу з виходом здійснюється за допомогою оптичних сигналів.
Розглянемо різні типи оптопар, що відрізняються один від одного фотоприймача.
резисторні оптопари
Мають в якості випромінювача сверхминиатюрную лампочку розжарювання або світлодіод, що дає видиме або інфрачервоне випромінювання. Приймачем випромінювання є фоторезистор, Який може працювати як на постійному, так і на змінному струмі.
 |
Рис.16. Схема включення резисторной оптопари
У даній оптопари вихідна ланцюг харчується від джерела постійного або змінного напруги Е і має навантаження R н. Напруга U упр подається на світлодіод, управляє струмом в навантаженні. Ланцюг управління добре ізольована від фоторезистора, який може бути включений в ланцюг змінного струму напругою 220 В.
Резисторні оптопари застосовуються для автоматичного регулювання посилення, зв'язку між каскадами, управління безконтактними дільниками напруги, модуляції сигналів, формування різних сигналів і т.д.
діодні оптопари
Даний тип зазвичай має в своєму складі інфрачервоний світлодіод і кремнієвий фотодіод. Застосування їх досить різноманітно. На їх основі створюються імпульсні трансформатори, які не мають обмоток, що важливо для мікросхем. Також вони використовуються для передачі сигналів між блоками складної радіоелектронної апаратури, для управління роботою ІМС, особливо тих, у яких вхідний струм дуже малий.
транзисторні оптопари
Мають в своєму складі в якості випромінювача - світлодіод, а приймача випромінювання - біполярний кремнієвий фототранзистор типу n-p-n. Оптопари цього типу працюють головним чином в ключовому режимі і застосовуються в комутаторних схемах, пристроях зв'язку різних датчиків з вимірювальними блоками, як реле т.д. Для підвищення чутливості оптопари в ній може бути використаний складовою транзистор.
тиристорні оптопари
Мають в якості фотоприймача кремнієвий фототиристор і використовується виключно в ключових режимах. Застосовується для формування імпульсів, управління потужними тиристорами, управління і комутації різних пристроїв з потужними навантаженнями.
параметри
В системі параметрів можна виділити чотири групи:
- вхідні параметри (випромінювача);
- вихідні параметри (фотоприймача);
- передавальні параметри (параметри передачі сигналу з входу на
- параметри ізоляції.
вхідні параметри
1. Номінальний вхідний струм I вх.ном - значення струму, що рекомендується для оптимальної експлуатації оптопари і використовується при вимірюванні її основних параметрів.
2. Вхідна напруга U вх - падіння напруги на випромінюють діод в прямому напрямку при заданому значенні прямого струму (зазвичай при I вх.ном).
3. Вхідна ємність С вх - ємність між вхідними висновками оптопари в заданому режимі.
вихідні параметри
1. U ВИХ.ОБР - максимальне значення зворотної напруги будь-якої форми, яке допускається прикладати до виходу оптопари.
2. I ВИХІД - максимальне значення струму, який допускається пропускати через фотоприймач у включеному стані оптопари.
3. I УТ - струм витоку на виході оптопари при I вх \u003d 0 і заданому значенні полярностіU вих.
4. U ОСТ - вихідна залишкову напругу на включеному Фототиристори або фоторезистори в режимі насичення.
5. З ВИХІД - вихідна ємність фотоприймача.
Передавальні параметри -характеризують ефективність передачі електричного сигналу з входу оптопари на вихід.
Коефіцієнт передачі по струму - характеризує передачу сигналу зі входу оптопари на вихід для всіх типів оптопар (крім тиристорних).
 |
тимчасові параметри – характеризують швидкодію або швидкість передачі сигналу.
1. t НАР - час наростання вихідного струму від рівня (0,1-0,9) I вих, max
2. t зад - час затримки при включенні, тобто час від моменту подачі t 0 імпульсу вхідного струму до моменту наростання вихідного струму до уровня0,1 I ВИХІД MAX .
3. t ВКЛ \u003d t НАР + t зад - час включення оптопари.
4. t ПЕР \u003d t ВКЛ + t ВИКЛ - час перемикання.
параметри ізоляції
1. U ІЗ.ПІК. - максимально допустиме пікове напруга ізоляції визначає можливості оптопари як елемента електричної ізоляції.
2. U З - статичну електрику ізоляції між входом і виходом.
3. R \u200b\u200bЗ-опір ізоляції (R з »10. 12 Ом).
Параметри визначають стійкість оптопари до стрибків напруги:
4. З ПР - прохідна ємність (ємність між входом і виходом).
5. - максимально допустима швидкість наростання вихідної напр.
оптрон - це функціональний пристрій, який складається з фотоізлучателя, фотоприймача і світловода і здійснює при роботі перетворення оптичних сигналів в електричні, а електричних в оптичні.
Призначення. В електричній схемі оптрон виконує функцію елемента зв'язку, в одному з ланок якого інформація передається оптично. Це основне призначення оптрона. Якщо між елементами оптрона забезпечити зворотний зв'язок, то оптрон стає оптичним приладом, придатним для посилення і генерування електричних і оптичних сигналів.
Класифікація. Оптрони найчастіше класифікують за видом оптичного зв'язку. Розрізняють оптрони з внутрішньої і зовнішньої оптичної зв'язком. Оптрони з внутрішньої оптичної зв'язком ще поділяють за видом внутрішнього зв'язку. Розрізняють оптрони з внутренной прямий оптичної зв'язком і оптрони з внутренной зворотного оптичним зв'язком. Ще їх класифікують за видом зворотного зв'язку. Бувають оптрони з внутренной позитивної зворотним оптичним зв'язком і оптрони з внутренной негативного зворотного оптичним зв'язком. Як буде показано нижче, основним елементом, який визначає функціональні можливості оптрона, є фотоприймач. Тому оптрони ще класифікують за видом фотоприймачів. Розрізняють резисторні, діодні, транзисторні, тиристорні і комбіновані оптрони.
Рис. 1. Умовні зображення оптронів: а - транзисторний; б - діодний; в - резисторний; г - з складовим транзистором; д - тиристорний; е - диференційний; ж- діод-транзисторний
Умовні зображення і позначення.
Умовні зображення оптронів на схемах наведені на рис. 1. Умовні позначення оптронов в текстах об'єднують сім символів, що позначають
матеріал, клас і підклас пристрої, частотний діапазон роботи, порядковий номер розробки, поділ на параметричні групи. Наприклад, позначення АОД130А означає: арсенідгаліевий оптрон діодний, частотний діапазон роботи 1, порядковий номер розробки 30, параметрична група А.
Рис. 2. Основні елементи оптронов з внутрішнім (а) і зовнішнім (б) оптичними зв'язками
Будова.Оптрон з внутренной оптичним зв'язком являє собою чотириполюсник (рис. 2, а), який складається з трьох основних елементів: фотоізлучателя (джерела світла) 1, світловода 2 і приймача світла (фотоприймача) 3, поміщених в загальний герметичний світлонепроникний корпус. Оптрон з зовнішньої оптичної зв'язком являє собою двухполюсник, який має один оптичний вхід і один оптичний вихід (рис. 2, б). Він складається з фотоприймача 3, підсилювача 4, фотоізлучателя 1 і не має світловода. В сучасних оптронах як фотоізлучателі переважно використовують інжекційні діоди (світлодіоди), рідше - люмінесцентні конденсатори, а як фотоприемники-фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори, фототиристори. Для досягнення високих
значень параметрів недостатньо використовувати високоефективні фотоізлучателі і фотоприемники. Необхідно забезпечити їх узгодження по спектральних характеристиках, швидкодією,
габаритами, температурними характеристиками. Узгодженими опттроннимі парами є елементи, наведені в табл. 3.4. Световод оптрона (оптичне середовище) має потрійне призначення: звести до мінімуму втрати при передачі енергії від фотоізлучателя до фотоприймача, забезпечити високі значення параметрів гальванічної розв'язки, створити конструктивно цілісний прилад. Як оптичне середовище переважно використовують полімерні оптичні клеї і лаки, які мають високу адгезію до напівпровідникових кристалів, добрі діелектричні властивості, високу еластичність, низьку вартість. Одночасно вони мають суттєві недоліки: коефіцієнти заломлення цих матеріалів ( n ≈ 1,5) істотно відрізняються від коефіцієнтів заломлення кремнію і арсеніду галію ( n ≈ 3,2-3,4) спектральні характеристики полімерів мають в ближній ІЧ-області багато провалів, обумовлених резонансним поглинанням груп ОН, СH 3, СH 2, NН, що при значних розмірах світловода може впливати на світловіддачу; для полімерних світловодів характерно старіння.
Таблиця 3.4. Узгоджені пари «фотоізлучатель-фотоприймач»
Якщо жорсткість оптрона забезпечується елементами конструкції, то як оптичне середовище можуть використовувати вазелиноподобное силіконові мастила, що не засихає. Перспективними з точки зору поліпшення оптичного зв'язку між фотоізлучателем і фотоприймачем, є халькогенідними скло ( n ≈ 1,8..3,0). Його недоліком є \u200b\u200bнизька адгезія до напівпровідників, висока крихкість, погані ізолюючі властивості ( p \u003d 10 9 ... 10 11 Ом см), низька стійкість до термоциклов. Реальні конструкції оптронов (рис.3) покликані не тільки забезпечити гранично високі значення визначальних параметрів, але і розширити функціональні можливості цих приладів.
Робота.Роботу оптрона з внутренной прямий оптичної зв'язком можна проілюструвати за допомогою його електричної схеми (рис. 4, а), з якої видно, що вхідний і вихідний сигнали оптрона є електричними. Між його елементами відсутня електричний, але наявний оптичний зв'язок. При подачі на вхід оптрона електричного сигналу порушується фотоізлучітель, світловий потік якого по световоду потрапляє в фотоприймач. На його виході формується електричний сигнал, який свідчить про те, що в оптроні відбулося перетворення за схемою електричний сигнал - оптичний - електричний.
Рис. 3. Різновиди оптронов: оптрон в DIP-корпусі (а), високовольтний (б), енергетичний (в), оптрон з пластмасовою півсферою (г), оптопериватель (д), що відображає оптрон (е): 1 -фотоізлучатель; 2 - фотоприймач; 3 - світловод; 4 - корпус; 5 - зовнішні висновки; Ме - металеві електроди
Рис. 4. Електрична схема (а) і передавальна характеристика (б) оптрона з внутренной прямий оптичної зв'язком
У оптроні з внутрішнім зворотної позитивної зв'язком фотоприймач і джерело світла з'єднані послідовно (рис. 5, а). У ньому два входи (оптичний і електричний) і два аналогічних виходу.
Рис. 5. Електрична схема (а) і вольт-амперна характеристика (б) оптрона з внутренной зворотної позитивної оптичної зв'язком
Між його елементами є електрична зв'язок. Конструктивно оптрон виконаний так, що частина вихідного світлового потоку потрапляє назад в фотоприймач. Це призводить до зменшення опору, збільшення яскравості світіння, подальшого зменшення опору. Цей процес має наростаючий характер і триває до тих пір, поки зміна опору не буде істотно впливати на величину струму або напруги, які підводяться до джерела світла. Для цього достатньо, щоб виконувалася умова:
коли, 
де, і - мінімальний опір фотодіода і опір джерела світла; і - вхідний і вхідний максимальний струми оптрона; і - вихідна і
вихідна максимальна яскравість світіння.
На практиці такий режим роботи оптрона називається станом «Включено». Станом «вимкнено» відповідає умова: 
Перехід оптрона зі стану «виключено» в положення «вкл» відбувається стрибком і супроводжується лавиноподібним зміною струму і яскравості в електричному та оптичному колах.
У оптроні з внутренной зворотного негативного оптичним зв'язком фотоприймач і джерело світла з'єднані паралельно (рис. 6, а). Він теж має два входи (електричний і оптичний) і два аналогічних виходу. Між його елементами теж є електрична зв'язок. Конструктивно оптрон виконано так, що частина вихідного світлового потоку падає назад в фотоприймач. Це призводить до зменшення опору фотоприймача і все більшого шунтування ним джерела світла, в результаті цього починає слабше світити.
У оптроні із зовнішнього оптичним зв'язком вхідний і вихідний сигнали є оптичними. Його елементи з'єднані між собою електричним зв'язком.
Рис. 7. Електрична схема (а) і передавальна характеристика (б) оптрона з зовнішньої оптичної зв'язком
При подачі на вхід оптрона оптичного сигналу зменшується опір фотоприймача, внаслідок чого зростає струм через фотоізлучатель і відповідно зростає яскравість його світіння.
Властивості. Властивості оптронов визначають їх характеристики і параметри. Розрізняють вхідні, вихідні, вольт-амперні та передавальні характеристики, їх вид в значній мірі визначається електричній схемі оптрона і характером наявних оптичних зв'язків. Для оптронов з внутренной прямий оптичної зв'язком інформативним є передавальна характеристика, що виражає
залежність вихідного електричного сигналу від вхідного. Для них будь-яка зміна струму або напруги фотоізлученія супроводжується відповідними змінами яскравості його світіння, опору фотоприймача і вихідного струму оптрона. Тому його передавальна характеристика, що виражає залежність вихідного струму від вхідного, має вигляд, зображений на рис. 4, б. Видно, що оптрон з внутренной прямий оптичної зв'язком можна розглядати як елемент змінного опору, величина якого визначається вхідним струмом або вхідною напругою. Для оптронов з внутренной зворотної позитивної оптичної зв'язком основною є вхідні вольт-амперна характеристика, її специфічна особливість полягає в наявності ділянки з негативним диференціальним опором, на якій напруга падає, а струм зростає. За зовнішнім виглядом вона нагадує вольт амперні характеристики, електромагнітного реле або тригера (рис. 5, б).
Для оптронов з внутренной зворотного негативного оптичним зв'язком основний теж є вхідні вольт-амперна характеристика. Її вигляд наведений на рис. 6, б. Аналіз форми кривої показує, що при однаковому спектральному складі вхідного і вихідного випромінювань спостерігається монохроматическое посилення світлового потоку. Якщо ж спектральний склад вхідного і вихідного випромінювань різний, то спостерігається перетворення випромінювання. Оптрон з зовнішньої оптичної зв'язком грає роль підсилювача оптичних сигналів (рис. 7).
Система параметрів оптронів містить параметри чотирьох груп:
1.
Параметри, що описують вхідні характеристику оптронов.
2.
Параметри, які описують вихідну характеристику оптронов.
3.
Параметри, що описують передавальну характеристику оптронов.
4.
Параметри, що описують гальванічну розв'язку оптронов.
Оскільки на вході оптронов є світлодіоди або електролюмінісцентні конденсатори, а на виході - фотодіоди, фототранзистори, фоторезистори, фототиристори, то специфічним для оптронов є тільки параметри двох останніх груп. Ступінь впливу фотоізлучателя на фотоприймач (передає характеристика) визначається:
- коефіцієнтом передачі струму 
застосовуваний для діодних і транзисторних оптронов;
- відношенням темнового опору до світлового: або величиною світлового опору, які застосовують для резисторних оптронов;
- мінімальним вхідним струмом, який забезпечує випрямлені вхідні характеристики, що застосовують для тиристорних оптронів.
До них відносяться і параметри, що характеризують інерційність оптрона в імпульсному режимі (час включення і виключення і) і в високочастотному (гранична частота). Якість гальванічної розв'язки в статиці і динаміці визначається завданням напруги і опору гальванічної розв'язки (зв'язку) і і прохідний ємності (ємності зв'язку).
Транзисторні оптрони характеризуються найбільшою схемотехнической гнучкістю, мають високе значення коефіцієнта передачі струму, але в порівнянні невелике швидкодію ( 
). Особливо великі значення, (до 600 ... 800%) досягають в оптроні з складовим транзистором. Діодні оптрони, які виробляють переважно з використанням р- і n-фотопріемніков, відзначаються великим швидкодією 
, Але значення для них становить одиниці відсотків, тому необхідно посилення відеозображень.
Діодні інтегровані оптрони, які виготовляють по планарной технології із застосуванням GaAs -світлодіодів і Si - p - i - n-фотодіодов, розділених иммерсионной середовищем зі скла ( n \u003d 2,7), подібно до доданих неінтегрованих оптронов, мають високу швидкодію 
і малий коефіцієнт передачі струму (одиниці відсотків). Розташування їх передавальних характеристик на координатної площині, якими визначають коефіцієнт передачі струму, істотно залежить від температури (рис. 8). Опір ізоляції між виходом і входом, яким визначається ступінь розв'язки по постійному струму, становить 10 8 ... 10 12 Ом. Якість рішення по змінним струмом залежить від прохідної ємності, становить одиниці nф.
Рис. 8. Температурна залежність передавальних характеристик діодного оптрона з внутренной оптичним зв'язком
Рис. 9. Вихідна характеристика оптрона в фотовентільном режимі (- точка виділення mах потужності)
Одна з важливих особливостей доданих оптронов - здатність працювати в фотовентільном режимі без подачі зовнішнього напруги на фотоприймач (Рис. 9). Оптрон виступає як керуючий ізольоване джерело живлення. Серійні оптрони в фотовентільном режимі мають, як правило, невисокий ККД (<0,5 … 1%), но достижения на лабораторных образцах КПД 10 … 15% и
можливість батарейного з'єднання оптронов служать основою для створення специфічної групи малопотужних ( U ≈ 0,5 ... 5 В, I ≈ 0,5..50 мА) Вторинних джерел живлення. Резисторні оптрони характеризуються лінійністю і симетричністю вихідної вольтамперної характеристики, відсутністю внутрішніх ЕРС, високою кратністю відношення 
. Тому, незважаючи на свою дуже велику інертність 
і широкий розвиток діодних і транзисторних оптронов, резисторні оптрони зберігають важливе самостійне значення. Тиристорні оптрони дуже зручні в «силовий» оптоелектроніці. Вони з однаковим успіхом придатні для комутації сільноточних ланцюгів радіотехнічного і електротехнічного 
призначення. Керуючи настільки великими потужностями в навантаженні, тиристорні оптрони за входом практично сумісні з ІМС (Значення Iвх становить десятки міліампер). Крім розглянутих різновидів оптронів, які поширені в промисловості, певний інтерес представляють і такі, в яких як фотоприемники використовують МОН - варикапи, польові транзистори з діелектричної затвором і з керуючим p-n-переходить, одноперехідні транзистори, лавинні діоди і транзистори, діоди з бар'єром Шотткі.
Дуже перспективними для аналогової техніки є диференціальні оптрони, в яких один фотоізлучатель працює на два ідентичних фотоприймача (Рис. 1, е). До елементарним відносяться і багатоканальні оптрони, які представляють собою набір однакових оптронов в одному корпусі.
Застосування. Оптрони з внутрішнім оптичним зв'язком широко застосовуються в різних галузях радіотехніки й електроніки, обчислювальної техніки, автоматики, електротехніки. У цифрових пристроях їх використовують для зв'язку пристроїв, виготовлених на різних умовах (наприклад, для сполучення біполярних ІМС з уніполярними, тунельно-діодних і транзисторних схем і т.д.), їх використовують для управління силовими ланцюгами двигунів і реле постійного і змінного струмів від низьковольтних малопотужних логічних схем; для зв'язку логічних схем з периферійним обладнанням ЕОМ; як елементи розв'язки від землі в джерелах живлення; як малопотужні реле в електролюмінесцентних системах відображення інформації; в контрольно-вимірювальних приладах,
безпосередньо підключаються до потужнострумових ланцюгах змінного струму.
Оптрони, які придатні для передачі аналогових сигналів, застосовують як комутуючі елементи в лініях телефонного зв'язку; в колах зв'язку різних датчиків з ЕОМ; в медичній електроніці.
Оптрони з гнучким світловодом застосовують для контролю високовольтних ліній електропередач; в вимірювальних системах, призначених для роботи в умовах сильних перешкод (СВЧ-перешкоди, іскріння) в пристроях управління і контролю високовольтних електровакуумних приладів (клистронов, ЕПТ, ЕОП, тощо); в техніці фізичного експерименту. Оптрони з відкритим оптичним каналом (оптопереривающій і відображає оптрони) незамінні в пристроях зчитування інформації з перфоносители як індикатори стану об'єктів і стану їх поверхонь як датчики вібрації, заповнення обсягів рідиною і т.д.
Оптопари дозволяють вирішувати ті ж завдання, що і окремо взяті пари випромінювач - фотоприймач, однак на практиці вони, як правило, більш зручні, оскільки в них вже оптимально підібрані характеристики випромінювача і фотоприймача і їх взаємне розташування.
Якщо говорити про найбільш очевидному застосуванні оптопари, що не має аналогів серед інших приладів, так це елемент гальванічної розв'язки. Оптопари (або, як їх іноді називають, оптрони) застосовують як пристрої зв'язку між блоками апаратури, що знаходяться під різними потенціалами, для сполучення мікросхем, що мають різні значення логічних рівнів. У цих випадках оптопара передає інформацію між блоками, які не мають електричного зв'язку, і самостійної функціонального навантаження не несе.
Не менш цікаво застосування оптопари в якості елементів оптичного безконтактного управління Потужнострумові і високовольтними пристроями.
На оптопарах зручно будувати вузли запуску потужних тиратронів, розподільних і релейних пристроїв, пристроїв комутації електроживлення і т.п.
Оптопари з відкритим оптичним каналом спрощують вирішення завдань контролю параметрів різних середовищ, дозволяють створювати різні датчики (вологості, рівня і кольору рідини, концентрації пилу і т.п.).
Однією з найважливіших є лінійна схема, призначена для неспотвореної передачі по гальванически розв'язаної ланцюга аналогових сигналів. Складність цієї проблеми пов'язана з тим, що для лінеаризації передавальної характеристики в широкому діапазоні струмів і температур необхідна петля зворотного зв'язку, принципово не реалізована при наявності гальванічної розв'язки. Тому йдуть по шляху використання двох ідентичних оптронов (або диференціального оптрона), один з яких виступає як допоміжний елемент, що забезпечує зворотний зв'язок (рис. 6.13). В таких схемах зручно використовувати диференціальні оптопари КОД301А, КОД303А.
На рис. 6.14 представлена \u200b\u200bсхема двуступенного транзисторного підсилювача з оптоелектронної зв'язком. Зміна струму колектора транзистора VT1 викликає відповідну зміну струму світлодіода оптопари U1 і опору її фоторезистора, який включений в ланцюг бази транзистора VT2 . На навантажувальними резисторами R2 виділити
ється посилений вихідний сигнал. Застосування оптопари практично повністю усуває передачу сигналу з виходу на вхід підсилювача.
Оптопари зручні для міжблочної гальванічної розв'язки в радіоелектронній апаратурі. Наприклад, в схемі гальванічної розв'язки двох блоків (рис. 6.15) сигнал з виходу блоку 1 передається на вхід блоку 2 через диодную оптопару U1. Якщо в якості другого блоку використана інтегральна мікросхема з малим вхідним струмом, необхідність використання підсилювача відпадає, а фотодіод оптопари в цьому випадку працює в Фотогенераторний режимі.
Рис. 6.13. Гальванічна розв'язка аналогового сигналу: 01, 02 - оптрони, У1, У2 - операційні підсилювачі
Рис. 6.14. Двохкаскадний транзисторний підсилювач з оптоелектронної зв'язком
Оптопари і оптоелектронні мікросхеми застосовують в пристроях передачі інформації між блоками, які не мають замкнутих електричних зв'язків. Застосування оптопар істотно підвищує стійкість каналів зв'язку, усуває небажані взаємодії розв'язує пристроїв по ланцюгах харчування і загального проведення. Ланцюги сполучення із застосуванням оптопар широко використовують в обчислювальної та вимірювальної техніки, в пристроях автоматики, особливо коли датчики або інші приймальні пристрої працюють в умовах, небезпечних або недоступних людині.
Наприклад, реалізація зв'язку гальванічно незалежних логічних елементів може здійснюватися за допомогою оптоелектронного перемикача (рис. 6.16). Оптоелектронним перемикачем може служити мікросхема К249ЛП1, до складу якої входять бескорпусная оптопара і стандартний вентиль.
Оптопари дозволяють спрощувати вирішення завдань сполучення блоків, різнорідних за функціональним призначен
нію, характером харчування, наприклад виконавчих механізмів, що живляться від мережі змінного струму, і ланцюгів формування керуючих сигналів, що живляться від низьковольтних джерел постійного струму.
Велику групу завдань представляє також узгодження цифрових мікросхем з різними видами логіки: транзисторних-транзисторної логікою (ТТЛ), еміттерносвя
занной логікою (ЕСЛ), комплементарної структурою «метал-окисел-напівпровідник» (КМОП) і ін. Приклад схеми узгодження елемента ТТЛ з МДП за допомогою транзисторної оптопари показаний на малюнку 6.17. Вхідна і вихідна ступені не мають загальних електричних ланцюгів і можуть працювати в самих різних умовах і режимах.
Ідеальна гальванічна розв'язка потрібна в багатьох практичних випадках, наприклад в медичної діагностичної апаратури, коли датчик прикріплений до тіла людини, а вимірювальний блок, що підсилює і перетворює сигнали датчика, підключений до мережі. При несправності вимірювального блоку може виникнути небезпека ураження людини електричним струмом. Власне датчик живиться від окремого низьковольтного джерела живлення і підключається до вимірювального блоку через розв'язують оптопару (рис. 6.18).
Оптопари зручні і в інших випадках, коли «незаземлені» вхідні пристрої доводиться сполучати з «заземленими» вихідними пристроями. прикладами та
ких завдань можуть служити з'єднання лінії телетайпной зв'язку з дисплеєм, «автоматичний секретар», що підключається до телефонної лінії, і т.п. Наприклад, в схемі сполучення лінії зв'язку з дисплеєм (рис. 6.19, а) Операційний підсилювач забезпечує необхідний рівень сигналів на вході дисплея. Аналогічно можна пов'язати передає пульт з лінією зв'язку (рис. 6.19, б).
Рис. 6.19. Сполучення «незаземленій» й «заземлених» пристроїв
Рис. 6.20. Оптоелектронні напівпровідникові реле:
а - нормальноразомкнутое, б - нормальнозамкнутое
Посилені сигнали фотоприймача зручно передавати на виконавчі механізми (наприклад, електродвигуни, реле, джерела світла і т.п.) через оптоелектронну гальванічну розв'язку. Прикладами такої розв'язки можуть служити два варіанти найбільш поширених напівпровідникових реле, розімкнутих і замкнутих, (ріс.6.20). Реле комутує сигнали постійного струму. Сигнал, що сприймається фототранзистором оптопари, відкриває транзистори VT1, VT2 і включає навантаження
(Ріс.6.20, а) Або відключає її (6.20, б).
Рис 6.21. Оптоелектронний імпульсний трансформатор
Імпульсний трансформатор - вельми поширений елемент сучасної радіоелектронної апаратури. Його використовують в різних генераторах імпульсів, підсилювачах потужності імпульсних сигналів, каналах зв'язку, телеметричних системах, телевізійній техніці і т.п. Традиційне конструктивне виконання імпульсного трансформатора із застосуванням муздрамтеатру і обмоток не поєднується з технологічними рішеннями, використовуваними в мікроелектроніці. Частотна характеристика трансформатора в багатьох випадках не дозволяє задовільно відтворювати як низько -, так і високочастотні сигнали.
Практично ідеальний імпульсний трансформатор можна виготовити на базі диодной оптопари. Наприклад, в схемі оптоелектронного трансформатора з діодним оптопарою зображена (рис. 6.21) транзистор VT1 управляє світлодіодом оптопари U1 Сигнал, що генерується фотодиодом, підсилюють транзистори VT2 і VT3.
Тривалість фронту імпульсів в значній мірі залежить від швидкодії оптопари. Найбільш високою швидкодією володіють фотодіоди p—
i—
n-ст
руктури. Час наростання і спаду вихідного імпульсу не перевищує декількох десятків наносекунд.
На основі оптопари розроблені і випускаються оптоелектронні мікросхеми, що мають в своєму складі одну або кілька оптопар, а також погоджують мікроелектронні схеми, підсилювачі та інші функціональні елементи.
Сумісність оптопар і оптоелектронних мікросхем з іншими стандартними елементами мікроелектроніки за рівнями вхідних і вихідних сигналів, напрузі харчування і іншим параметрам визначили необхідність нормування спеціальних параметрів і характеристик.
