A modern tudomány különböző irányokban aktívan fejlődik, igyekszik lefedni az összes lehetséges potenciálisan hasznos tevékenységi területet. Mindezek közül kiemelendők az optoelektronikai eszközök, amelyeket mind az adatátvitel, mind a tárolás vagy feldolgozás során használnak. Szinte mindenhol használják, ahol többé-kevésbé kifinomult technológiát alkalmaznak.
Mi ez?
Az optoelektronikai eszközök, más néven optocsatolók, speciális félvezető típusú eszközök, amelyek képesek sugárzás küldésére és fogadására. Ezeket a szerkezeti elemeket fotodetektornak és fénykibocsátónak nevezik. Különböző lehetőségeik lehetnek az egymással való kommunikációra. Az ilyen termékek működési elve az elektromosság fénnyé történő átalakításán, valamint ennek a reakciónak a fordítottján alapul. Ennek eredményeként az egyik eszköz egy bizonyos jelet tud küldeni, míg a másik fogadja azt, és "dekódolja". Az optoelektronikai eszközöket a következőkben használják:
- berendezés kommunikációs egységek;
- mérőeszközök bemeneti áramkörei;
- nagyfeszültségű és nagyáramú áramkörök;
- erős tirisztorok és triacok;
- reléeszközök és így továbbkövetkező.
Minden ilyen termék több alapvető csoportba sorolható az egyes összetevőiktől, kialakításuktól vagy egyéb tényezőktől függően. Erről lentebb bővebben.
Emitter
Az optoelektronikai eszközök és eszközök jelátviteli rendszerekkel vannak felszerelve. Ezeket kibocsátóknak nevezik, és típustól függően a termékek a következőképpen oszlanak meg:
- Lézer és LED-ek. Az ilyen elemek a legsokoldalúbbak közé tartoznak. Jellemzőjük a nagy hatásfok, a nagyon szűk sugárzási spektrum (ezt a paramétert kvázi-kromatikusnak is nevezik), a meglehetősen széles működési tartomány, a tiszta sugárzási irány fenntartása és a nagyon nagy sebesség. Az ilyen emitterekkel rendelkező eszközök nagyon hosszú ideig működnek és rendkívül megbízhatóak, kis méretűek és jól teljesítenek a mikroelektronikai modellek területén.
- Elektrolumineszcens cellák. Egy ilyen tervezési elem nem túl magas konverziós minőségi paramétert mutat, és nem működik túl sokáig. Ugyanakkor az eszközöket nagyon nehéz kezelni. Leginkább azonban fotoellenállásokhoz illenek, és többelemes, többfunkciós szerkezetek készítésére is alkalmasak. Mindazonáltal hiányosságaik miatt ma már meglehetősen ritkán használják az ilyen típusú emittereket, csak akkor, ha valóban nem lehet mellőzni.
- Neonlámpák. Ezeknek a modelleknek a fénykibocsátása viszonylag alacsony, emellett nem bírják jól a sérüléseket és nem tartanak sokáig. Különböző nagy méretekben. Rendkívül ritkán használják őket bizonyos típusú eszközökben.
- Izzólámpák. Az ilyen emittereket csak az ellenállásos berendezésekben használják, és sehol máshol.
Ennek eredményeként a LED-es és lézeres modellek szinte minden tevékenységi területen optimálisak, és csak bizonyos területeken alkalmaznak más lehetőségeket, ahol ez nem lehetséges.
Fotódetektor
Az optoelektronikai eszközök osztályozása a tervezés ezen részének típusa szerint is történik. Különféle típusú termékek használhatók fogadó elemként.
- Fototirisztorok, tranzisztorok és diódák. Mindegyik olyan univerzális eszközökhöz tartozik, amelyek képesek nyitott típusú átmenettel dolgozni. Leggyakrabban a tervezés szilícium alapú, és emiatt a termékek meglehetősen széles érzékenységi tartományt kapnak.
- Fotóellenállások. Ez az egyetlen alternatíva, amelynek fő előnye, hogy nagyon összetett módon változtatja a tulajdonságokat. Ez segít mindenféle matematikai modell megvalósításában. Sajnos a fotoellenállások inerciálisak, ami jelentősen szűkíti az alkalmazási területüket.
A sugárvétel minden ilyen eszköz egyik legalapvetőbb eleme. Csak a fogadás után kezdődik a további feldolgozás, és ez nem lesz lehetséges, ha a kommunikáció minősége nem elég magas. Ennek eredményeként nagy figyelmet fordítanak a fotodetektor kialakítására.
Optikai csatorna
A termékek tervezési jellemzőit jól mutatja a fotoelektronikai és optoelektronikai eszközökre használt jelölési rendszer. Ez vonatkozik az adatátviteli csatornára is. Három fő lehetőség van:
- Nyújtott csatorna. A fotodetektor egy ilyen modellben elég távol van az optikai csatornától, és speciális fényvezetőt képez. Ezt a tervezési lehetőséget használják aktívan a számítógépes hálózatokban az aktív adatátvitelhez.
- Csatorna zárva. Az ilyen típusú konstrukciók speciális védelmet használnak. Tökéletesen védi a csatornát a külső hatásoktól. A galvanikus leválasztó rendszer modelljeit alkalmazzák. Ez egy meglehetősen új és ígéretes technológia, amelyet jelenleg folyamatosan fejlesztenek, és fokozatosan felváltják az elektromágneses reléket.
- Csatorna megnyitása. Ez a kialakítás azt jelenti, hogy a fotodetektor és az emitter között légrés van. A modelleket diagnosztikai rendszerekben vagy különféle érzékelőkben használják.
Szektrális tartomány
E mutató szempontjából minden típusú optoelektronikai eszköz két típusra osztható:
- Közel hatótávolság. A hullámhossz ebben az esetben 0,8-1,2 mikron között van. Leggyakrabban egy ilyen rendszert nyitott csatornát használó eszközökben használnak.
- Hosszú hatótávolság. Itt már 0,4-0,75 mikron a hullámhossz. A legtöbb ilyen típusú termékben használják.
Dizájn
E mutató szerint az optoelektronikai eszközök három csoportra oszthatók:
- Különleges. Ide tartoznak a több emitterrel és fotodetektorral, jelenlét-, helyzet-, füstérzékelővel stb. felszerelt eszközök.
- Integrál. Az ilyen modellekben speciális logikai áramkörök, komparátorok, erősítők és egyéb eszközök is használatosak. Többek között a kimeneteik és bemeneteik galvanikusan le vannak választva.
- Alapfokú. Ez a termékek legegyszerűbb változata, amelyben a vevő és az adó csak egy példányban van jelen. Lehetnek tirisztorosak és tranzisztorosak, diódák, rezisztívek és általában bármilyen más.
Mindhárom csoport vagy mindegyik külön-külön használható eszközökben. A szerkezeti elemek jelentős szerepet játszanak, és közvetlenül befolyásolják a termék funkcionalitását. Ugyanakkor a komplex berendezések a legegyszerűbb, elemi fajtákat is használhatják, ha az megfelelő. De ennek az ellenkezője is igaz.
Optoelektronikai eszközök és alkalmazásaik
A készülékhasználat szempontjából mindegyik 4 kategóriába sorolható:
- Integrált áramkörök. Különféle eszközökben használják. Az elvet a különböző szerkezeti elemek között alkalmazzák, különálló, egymástól elkülönített részekkel. Ez megakadályozza, hogy az összetevők bármilyen más módon kölcsönhatásba lépjenek, minta fejlesztő által biztosított.
- Szigetelés. Ebben az esetben speciális optikai ellenálláspárokat használnak, ezek dióda-, tirisztor- vagy tranzisztor-változatait stb.
- Átalakulás. Ez az egyik leggyakoribb használati eset. Ebben az áramot fénnyé alakítják és ily módon alkalmazzák. Egy egyszerű példa mindenféle lámpa.
- Fordított átalakítás. Ez egy teljesen ellentétes változat, amelyben a fény árammá alakul át. Mindenféle vevőegység létrehozására használható.
Valójában szinte minden olyan eszközt nehéz elképzelni, amely árammal működik, és nem tartalmaz valamilyen optoelektronikai komponenst. Lehet, hogy kis számban megjelennek, de továbbra is jelen lesznek.
Eredmények
Minden optoelektronikai eszköz, tirisztor, dióda, félvezető eszköz különböző típusú berendezések szerkezeti eleme. Lehetővé teszik az ember számára, hogy fényt fogadjon, információt továbbítson, feldolgozzon vagy akár tároljon is.
