Urządzenia optoelektroniczne: opis, klasyfikacja, zastosowanie i rodzaje

Współczesna nauka aktywnie rozwija się w większościróżnych kierunkach, starając się objąć wszystkie możliwe potencjalnie użyteczne obszary działalności. Wśród tego wszystkiego należy wyróżnić urządzenia optoelektroniczne, które wykorzystywane są zarówno w procesie transmisji danych, jak i ich przechowywania lub przetwarzania. Stosowane są niemal wszędzie tam, gdzie stosowana jest mniej lub bardziej skomplikowana technika.

Co to jest?

Pod urządzenia optoelektroniczne, które równieżznane jako transoptory, oznaczają specjalne urządzenia półprzewodnikowe zdolne do wysyłania i odbierania promieniowania. Te elementy strukturalne nazywane są fotodetektorem i emiterem światła. Mogą mieć różne opcje komunikacji ze sobą. Zasada działania takich produktów opiera się na zamianie energii elektrycznej na światło, a także odwrotności tej reakcji. W konsekwencji jedno urządzenie może wysłać określony sygnał, a drugie je odebrać i „odkodować”. Urządzenia optoelektroniczne znajdują zastosowanie w:

• jednostki komunikacyjne sprzętu;
• obwody wejściowe urządzeń pomiarowych;
• obwody wysokonapięciowe i wysokoprądowe;
• potężne tyrystory i triaki;
• urządzenia przekaźnikowe i tak dalej.

Wszystkie takie produkty można podzielić na kilka podstawowych grup, w zależności od ich poszczególnych komponentów, konstrukcji lub innych czynników. Więcej na ten temat poniżej.

Emiter

Urządzenia i urządzenia optoelektroniczne wyposażone są w systemy transmisji sygnału. Nazywane są emiterami i w zależności od rodzaju produkty dzielą się w następujący sposób:

• Laser i diody LED. Takie elementy należą do najbardziej wszechstronnych.Charakteryzują się wysokimi współczynnikami wydajności, bardzo wąskim widmem wiązki (parametr ten nazywany jest też quasi-chromatycznością), dość szerokim zakresem działania, zachowaniem wyraźnego kierunku promieniowania oraz bardzo dużą szybkością działania. Urządzenia z takimi emiterami działają bardzo długo i niezwykle niezawodnie, różnią się niewielkimi rozmiarami i dobrze prezentują się w dziedzinie modeli mikroelektronicznych.
• Ogniwa elektroluminescencyjne. Taki element konstrukcyjny tak naprawdę się nie pokazujewysoka jakość konwersji i nie działa zbyt długo. Jednocześnie urządzenia są bardzo trudne w zarządzaniu. Jednak najlepiej nadają się do fotorezystorów i można je wykorzystać do tworzenia wieloelementowych, wielofunkcyjnych konstrukcji. Niemniej jednak, ze względu na swoje wady, obecnie emitery tego typu są używane dość rzadko, tylko wtedy, gdy naprawdę nie można z nich zrezygnować.
• Lampy neonowe. Wydajność świetlna tych modeli jest stosunkowo niska, a ponadto nie wytrzymują one dobrze uszkodzeń i nie trwają długo. Są duże. Stosowane są niezwykle rzadko, w niektórych typach urządzeń.
• Lampy żarowe. Takie emitery są używane tylko w sprzęcie rezystorowym i nigdzie indziej.

W rezultacie modele LED i laserowe są optymalne dla prawie wszystkich obszarów działalności i tylko w niektórych obszarach, w których nie można zrobić inaczej, stosowane są inne opcje.

Fotodetektor

Urządzenia optoelektroniczne są również klasyfikowane według rodzaju tej części konstrukcji. Jako element odbiorczy można stosować różne rodzaje produktów.

• Foto tyrystory, tranzystory i diody. Wszystkie należą do urządzeń uniwersalnych,w stanie pracować z przejściem typu otwartego. Najczęściej konstrukcja oparta jest na krzemie, dzięki czemu produkty uzyskują dość szeroki zakres czułości.
• Fotorezystory. To jedyna alternatywa, głównazaletą której jest bardzo kompleksowa zmiana właściwości. Pomaga to w implementacji wszelkiego rodzaju modeli matematycznych. Niestety to fotorezystory są inercyjne, co znacznie zawęża zakres ich zastosowania.

Odbiór wiązki to jeden z podstawowych elementówkażde takie urządzenie. Dopiero po jego odebraniu rozpoczyna się dalsze przetwarzanie, które nie będzie możliwe, jeśli jakość połączenia nie będzie wystarczająco wysoka. W rezultacie dużą wagę przywiązuje się do konstrukcji fotodetektora.

Kanał optyczny

Cechy konstrukcyjne produktów mogą być dobrepokazać stosowany system notacji dla urządzeń fotoelektronicznych i optoelektronicznych. Dotyczy to również kanału transmisji danych. Istnieją trzy główne opcje:

• Wydłużony kanał. Fotodetektor w tym modelu jest wystarczająco zdalnypoważna odległość od kanału optycznego, tworząca specjalny światłowód. To właśnie ta opcja projektowa jest aktywnie wykorzystywana w sieciach komputerowych do aktywnej transmisji danych.
• Zamknięty kanał. Ten typ konstrukcji wykorzystuje specjalnyochrona. Doskonale chroni kanał przed wpływami zewnętrznymi. Stosowane są modele dla systemu izolacji galwanicznej. Jest to dość nowa i obiecująca technologia, która jest obecnie stale ulepszana i stopniowo zastępuje przekaźniki elektromagnetyczne.
• Otwórz kanał. Taka konstrukcja implikuje obecność szczeliny powietrznej między fotodetektorem a emiterem. Modele są używane w systemach diagnostycznych lub różnych czujnikach.

Zakres spektralny

Pod względem tego wskaźnika wszystkie rodzaje urządzeń optoelektronicznych można podzielić na dwa typy:

• Bliski zasięg. Długość fali w tym przypadku waha się od 0,8-1,2 mikrona. Najczęściej taki system jest używany w urządzeniach korzystających z otwartego kanału.
• Daleki zasięg. Tutaj długość fali wynosi już 0,4-0,75 mikrona. Znajduje zastosowanie w większości typów innych produktów tego typu.

Budowa

Według tego wskaźnika urządzenia optoelektroniczne dzielą się na trzy grupy:

• Specjalne Obejmuje to urządzenia wyposażone w wiele emiterów i fotodetektorów, czujniki obecności, pozycji, dymu i tak dalej.
• Całka. W takich modelach dodatkowo stosowane są specjalne obwody logiczne, komparatory, wzmacniacze i inne urządzenia. Między innymi ich wyjścia i wejścia są izolowane galwanicznie.
• Podstawowy. To najprostsza wersja produktów, w którejodbiornik i nadajnik występują tylko w jednym egzemplarzu. Mogą to być zarówno tyrystor, jak i tranzystor, dioda, rezystancja i ogólnie dowolne inne.

W urządzeniach można używać wszystkich trzech gruplub każdy z osobna. Elementy konstrukcyjne odgrywają istotną rolę i bezpośrednio wpływają na funkcjonalność produktu. Jednocześnie wyrafinowany sprzęt może w razie potrzeby wykorzystywać najprostsze, elementarne odmiany. Ale jest też odwrotnie.

Urządzenia optoelektroniczne i ich zastosowania

Z punktu widzenia użytkowania urządzeń można je wszystkie podzielić na 4 kategorie:

• Obwody scalone. Są używane w szerokiej gamie urządzeń.Zasada jest stosowana między różnymi elementami konstrukcyjnymi za pomocą oddzielnych części, które są od siebie odizolowane. Zapobiega to interakcji komponentów w inny sposób niż ten dostarczony przez programistę.
• Izolacja. W tym przypadku stosuje się specjalne pary rezystorów optycznych, ich typy diodowe, tyrystorowe lub tranzystorowe i tak dalej.
• Transformacja. To jeden z najczęstszych przypadków użycia. W nim prąd zamienia się w światło i jest w ten sposób aplikowany. Prostym przykładem są wszelkiego rodzaju lampy.
• Odwrotna transformacja. To już zupełnie odwrotna opcja, w której światło zamienia się w prąd. Służy do tworzenia wszelkiego rodzaju odbiorników.

Właściwie trudno to sobie wyobrazić praktyczniekażde urządzenie, które działa na energię elektryczną i nie ma jakiegoś rodzaju elementów optoelektronicznych. Mogą być prezentowane w niewielkich ilościach, ale nadal będą obecne.

Wyniki

Wszystkie urządzenia optoelektroniczne, tyrystory, diody,przyrządy półprzewodnikowe to elementy konstrukcyjne różnego rodzaju urządzeń. Pozwalają człowiekowi odbierać światło, przekazywać informacje, przetwarzać je, a nawet przechowywać.