ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ
ВМЕСТО ЭЛЕКТРОНОВ — СВЕТ
Вы уже знакомы с различными оптоэлектронными приборами — светоизлучателями (см. «М-К», 1986, № 1, «Светящийся кристалл») и фотоприемниками («М-К», 1987, № 1, «Электрический «глаз»). Первые применяют в устройствах световой индикации и сигнализации, вторые— в автоматических системах, реагирующих на внешнее освещение. И не только здесь. Нередко светоизлучатель и фотоприемник работает в паре. Вот лишь отдельные примеры: автостоп в магнитофоне, звуковоспроизводящая система в кинопроекторе, турникет в метро. Во всех этих устройствах установлены оптопары, состоящие из светоизлучателя и фотоприемника. Если свет попадает на чувствительный слой фотоэлемента, на его выходе появляется электрический сигнал. Освещение отсутствует — сигнала на выходе нет. Но вот что интересно — между управляющей цепью, куда включен излучатель, и исполнительной, в которой работает фотоприемник, отсутствует электрическая (гальваническая) связь, а управляющая информация передается светом.
Это свойство оптоэлектронной пары оказалось прямо-таки незаменимым в тех электронных узлах, где нужно полностью устранить влияние выходных цепей на входные. Дело в том, что у транзисторных и тири-сторных устройств управляющие и исполнительные цепи электрически связаны друг с другом. Возникающая при этом обратная связь приводит к появлению дополнительных помех. Вот почему специалисты обратили такое пристальное внимание на опто-электронную технику. В шестидесятые годы они впервые попробовали «поселить» светоизлучатель и фотоприемник вместе под одной «крышей» — в одном корпусе. Так родился новый прибор — оптрон (рис. 1). В нем фотоприемник крепится, как правило, на дне корпуса, а излучатель — в верхней части. Зазор между фотоприемником и излучателем заполнен так называемым иммерсионным материалом — чаще всего это полимерный оптический клей. Он выполняет роль линзы, фокусирующей излучение на чувствительный слой фотоприемника. Иммерсионный материал покрыт сверху пленкой, отражающей световые лучи внутрь, чтобы препятствовать рассеянию света за пределы рабочей зоны. В излучателях обычно используется полупроводниковое соединение арсенид галлия, а в фотоприемниках — кремний.
Рис. 1. Конструкция оптрона:
корпус, 2 — излучатель, 3 — иммерсионная среда, 4 — фотоприемник, 5 — выводы, 6 — фланец.
Если роль «излучателей в оптронах чаще всего выполняют светодиоды, то фотоприемниками могут служить самые разнообразные элементы: диоды, биполярные, полевые и составные транзисторы, тиристоры, резисторы. В диодных оптронах применяются не только вентильные диоды, но и варикапы. Причем в одном корпусе иногда помещают сразу два фотоприемника.
Транзисторные оптроны имеют некоторые преимущества по сравнению с диодными. Так, коллекторным током биполярного фототранзистора управляют как по цепи свето-диода (оптически), так и по базовой цепи. У полевого транзистора управление осуществляется через цепь затвора. Кроме того, фототранзистор может работать в ключевом и усилительном режимах, а фотодиод — только в ключевом. Оптроны с составным транзистором имеют наибольший коэффициент усиления, могут коммутировать напряжение и ток достаточно больших величин и по этим параметрам уступают лишь тиристорным оптронам, которые лучше всего приспособлены для коммутации высоковольтных и сильноточных цепей. В резисторных оптронах излучателями могут быть не только светодиоды, но и миниатюрные на-кальные лампы.
Рис. 2. Условные графические обозначения оптронов: