Moderni tiede kehittyy aktiivisesti eri suuntiin yrittäen kattaa kaikki mahdolliset mahdollisesti hyödylliset toiminta-alueet. Kaikesta tästä on syytä nostaa esiin optoelektroniset laitteet, joita käytetään sekä tiedonsiirrossa että niiden tallentamisessa tai käsittelyssä. Niitä käytetään melkein kaikkialla, missä käytetään enemmän tai vähemmän kehittynyttä tekniikkaa.
Mikä tämä on?
Optoelektroniset laitteet, jotka tunnetaan myös nimellä optoerottimet, ovat erityisiä puolijohdetyyppisiä laitteita, jotka pystyvät lähettämään ja vastaanottamaan säteilyä. Näitä rakenneosia kutsutaan valodetektoriksi ja valosäteilijäksi. Heillä voi olla erilaisia vaihtoehtoja kommunikoida keskenään. Tällaisten tuotteiden toimintaperiaate perustuu sähkön muuntamiseen valoksi sekä tämän reaktion käänteiseen. Tämän seurauksena yksi laite voi lähettää tietyn signaalin, kun taas toinen vastaanottaa sen ja "purkaa salauksen". Optoelektronisia laitteita käytetään:
- laitteiden viestintäyksiköt;
- mittauslaitteiden tulopiirit;
- suurjännite- ja suurvirtapiirit;
- tehokkaat tyristorit ja triacit;
- relelaitteet ja niin edelleenseuraava.
Kaikki tällaiset tuotteet voidaan luokitella useisiin perusryhmiin niiden yksittäisten komponenttien, suunnittelun tai muiden tekijöiden mukaan. Lisää siitä alla.
Emitteri
Optoelektroniset laitteet ja laitteet on varustettu signaalinsiirtojärjestelmillä. Niitä kutsutaan säteilijöiksi ja tuotteet jaetaan tyypistä riippuen seuraavasti:
- Laser ja LEDit. Tällaiset elementit ovat monipuolisimpia. Niille on ominaista korkea hyötysuhde, erittäin kapea sädespektri (tämä parametri tunnetaan myös kvasikromaattiseksi), melko laaja toiminta-alue, selkeä säteilysuunnan ylläpitäminen ja erittäin suuri nopeus. Tällaisilla emittereillä varustetut laitteet toimivat erittäin pitkään ja ovat erittäin luotettavia, ne ovat kooltaan pieniä ja toimivat hyvin mikroelektroniikkamalleissa.
- Elektroluminoivat solut. Tällaisella suunnitteluelementillä ei ole kovin korkea muunnoslaatuparametri, eikä se toimi liian kauan. Samaan aikaan laitteita on erittäin vaikea hallita. Ne sopivat kuitenkin parhaiten valovastuksille ja niitä voidaan käyttää monielementtisten monitoimirakenteiden luomiseen. Kuitenkin puutteidensa vuoksi tämän tyyppisiä emittereitä käytetään nykyään melko harvoin, vain silloin, kun niistä ei todellakaan voida luopua.
- Neonlamput. Näiden mallien valoteho on suhteellisen alhainen, eivätkä ne myöskään kestä hyvin vaurioita eivätkä kestä kauan. Eroavat suurissa koossa. Niitä käytetään erittäin harvoin tietyntyyppisissä laitteissa.
- Hehkulamput. Tällaisia emittereitä käytetään vain vastuslaitteissa, ei missään muualla.
Tämän seurauksena LED- ja lasermallit sopivat optimaalisesti lähes kaikille toiminta-alueille, ja vain joillakin alueilla, joilla ei ole mahdollista tehdä toisin, käytetään muita vaihtoehtoja.
Photodetector
Optoelektronisten laitteiden luokitus tehdään myös tämän osan tyypin mukaan. Vastaanottavana elementtinä voidaan käyttää erityyppisiä tuotteita.
- Phototyristorit, transistorit ja diodit. Kaikki ne kuuluvat universaaleihin laitteisiin, jotka pystyvät toimimaan avoimen tyyppisen siirtymän kanssa. Useimmiten suunnittelu perustuu piihin, ja tämän ansiosta tuotteet saavat melko laajan herkkyysalueen.
- valovastukset. Tämä on ainoa vaihtoehto, jonka tärkein etu on muuttaa ominaisuuksia hyvin monimutkaisella tavalla. Tämä auttaa toteuttamaan kaikenlaisia matemaattisia malleja. Valitettavasti valovastukset ovat inertiaalisia, mikä kaventaa merkittävästi niiden käyttöaluetta.
Säteen vastaanotto on yksi tällaisen laitteen peruselementeistä. Vasta sen jälkeen, kun se on vastaanotettu, jatkokäsittely alkaa, eikä se ole mahdollista, jos viestinnän laatu ei ole riittävän korkea. Tämän seurauksena valotunnistimen suunnitteluun kiinnitetään suurta huomiota.
Optinen kanava
Tuotteiden suunnitteluominaisuudet voidaan hyvin osoittaa käytetyllä valo- ja optoelektronisten laitteiden merkintäjärjestelmällä. Tämä koskee myös tiedonsiirtokanavaa. Päävaihtoehtoja on kolme:
- Pitoitettu kanava. Tällaisen mallin valoilmaisin on riittävän kaukana optisesta kanavasta muodostaen erityisen valonohjaimen. Juuri tätä suunnitteluvaihtoehtoa käytetään aktiivisesti tietokoneverkoissa aktiiviseen tiedonsiirtoon.
- Kanava suljettu. Tämän tyyppisessä rakenteessa käytetään erityistä suojausta. Se suojaa kanavaa täydellisesti ulkoisilta vaikutuksilta. Galvaanisen eristysjärjestelmän malleja sovelletaan. Tämä on melko uusi ja lupaava tekniikka, jota parannetaan nyt jatkuvasti ja korvataan vähitellen sähkömagneettisia releitä.
- Avaa kanava. Tämä rakenne tarkoittaa, että valoilmaisimen ja emitterin välillä on ilmarako. Malleja käytetään diagnoosijärjestelmissä tai erilaisissa antureissa.
spektrialue
Tämän indikaattorin näkökulmasta kaikentyyppiset optoelektroniset laitteet voidaan jakaa kahteen tyyppiin:
- Lähellä kantamaa. Aallonpituus on tässä tapauksessa 0,8-1,2 mikronia. Useimmiten tällaista järjestelmää käytetään laitteissa, joissa on avoin kanava.
- Pitkä kantama. Täällä aallonpituus on jo 0,4-0,75 mikronia. Käytetään useimmissa muissa tämän tyyppisissä tuotteissa.
Design
Tämän indikaattorin mukaan optoelektroniset laitteet jaetaan kolmeen ryhmään:
- Erikois. Tämä sisältää laitteet, jotka on varustettu useilla emittereillä ja valoilmaisimilla, läsnäolon, sijainnin, savun ja niin edelleen antureilla.
- Integraali. Tällaisissa malleissa käytetään lisäksi erityisiä logiikkapiirejä, komparaattoreita, vahvistimia ja muita laitteita. Muun muassa niiden lähdöt ja tulot on galvaanisesti eristetty.
- Alkeisasteen. Tämä on yksinkertaisin versio tuotteista, joissa vastaanotin ja lähetin ovat vain yhdessä kopiossa. Ne voivat olla sekä tyristori- että transistoreja, diodeja, resistiivisiä ja yleensä mitä tahansa muita.
Kaikkia kolmea ryhmää tai kutakin erikseen voidaan käyttää laitteissa. Rakenneelementeillä on merkittävä rooli ja ne vaikuttavat suoraan tuotteen toimivuuteen. Samaan aikaan monimutkaisissa laitteissa voidaan käyttää myös yksinkertaisimpia alkeislajikkeita, jos se on tarkoituksenmukaista. Mutta myös päinvastoin.
Optoelektroniset laitteet ja niiden sovellukset
Laitteiden käytön näkökulmasta ne kaikki voidaan jakaa 4 luokkaan:
- Integroidut piirit. Käytetään erilaisissa laitteissa. Periaatetta käytetään eri rakenneosien välillä käyttämällä erillisiä, toisistaan eristettyjä osia. Tämä estää komponentteja vuorovaikuttamasta millään muulla tavalla kuinkehittäjän tarjoama.
- Eristys. Tässä tapauksessa käytetään erityisiä optisia vastuspareja, niiden diodi-, tyristori- tai transistorilajikkeita ja niin edelleen.
- Muutos. Tämä on yksi yleisimmistä käyttötapauksista. Siinä virta muunnetaan valoksi ja käytetään tällä tavalla. Yksinkertainen esimerkki on kaikenlaiset lamput.
- Käänteinen muunnos. Tämä on täysin päinvastainen versio, jossa valo muuttuu virraksi. Käytetään kaikenlaisten vastaanottimien luomiseen.
Itse asiassa on vaikea kuvitella melkein mitään laitetta, joka toimii sähköllä ja josta puuttuu jonkinlaisia optoelektronisia komponentteja. Niitä voidaan esittää pieninä määrinä, mutta ne ovat silti läsnä.
Tulokset
Kaikki optoelektroniset laitteet, tyristorit, diodit, puolijohdelaitteet ovat erityyppisten laitteiden rakenneosia. Niiden avulla henkilö voi vastaanottaa valoa, välittää tietoa, käsitellä tai jopa tallentaa sitä.
