Оптроны. 
Электронная техника

Одной из основных проблем схемотехнической электроники является создание хорошей развязки входа и выхода радиоэлектронного устройства. В 1960;х годах было установлено, что оптимальными в отношении развязки входа и выхода являются так называемые оптроны, которые после этого получили бурное развитие, так что в настоящее время темпы роста производства оптронов характеризуются 30—40% годовым приростом. Оптроном называется оптоэлектронный прибор, состоящий из источника излучения, ИЛ или СД, приемника этого излучения, преобразующего его в электрический сигнал и канала оптической связи между ними, причем все эти три элемента объединены в одном корпусе или в одной интегральной схеме.

Таким образом, оптрон в электрической схеме выполняет функцию элемента связи, в котором информация передается оптически. Это определяет основные достоинства и особенности оптронов:

• — практически полная электрическая развязка входа и выхода, при которой достижимые сопротивления изоляции более 10¹⁴ Ома, а емкость связи менее 10~² пФ;
• — высокая электрическая прочность, определяемая оптической средой, когда разность потенциалов между входом и выходом может достигать десятков киловольт;
• — однонаправленность потока информации и связанная с этим высокая устойчивость схем с оптронами, вследствие чего они не возбуждаются при наличии сильно рассогласованных нагрузок и разветвленных цепей;
• — широкая полоса пропускания — от нулевой частоты до предельных частот излучателей и фотоприемников, лежащих в диапазоне ГГц;
• — конструктивное разнообразие и широта функциональных возможностей, в частности, возможность бесконтактной связи, например, через воздушную среду;
• — сильная температурная зависимость и зависимость от действия ионизирующих излучений параметров и характеристик оптронов и высокий уровень собственных шумов.

Оптроны можно классифицировать по трем признакам: используемым оптопарам, применению и конструкции. Так как оптрон (оптопара) содержит излучатель (И) и фотоприемник (ФП), то по используемым оптопарам оптроны можно разделить на шесть групп, основные из которых приведены на рис. 6.18.

Для современных выпускаемых нашей промышленностью оптронов принято обозначение, состоящее из семи или даже восьми элементов, причем первые три элемента — буквы, затем трехзначный порядковый номер, и в конце буква, определяющая группу приборов данного типа (например, АОДЮ1Б). Первая буква определяет материал излучателя (А — GaAs или GaAlAs); вторая буква (буква О) указывает на принадлежность прибора к классу оптопар; третья буква показывает тип фотоприемника (Д — фотодиод, Т — фототранзистор, У — фототиристор и т. д.). Иногда в обозначениях появляется восьмой элемент — цифра, указывающая вид конструктивного исполнения. За резисторными оптопарами сохранилось их первоначальное старое обозначение — ОЭП — оптоэлектронный прибор (это были исторически первые оптроны). Кроме того, мощные тиристорные оптопары в ряде случаев имеют обозначение ТО (например, ТО-2, ТОЗ—10 и т. д.).

Рис. 6.18. Основные виды оптронов.

По применению оптроны можно разделить на четыре группы:

• 1) цифровые (импульсные) — служат для высокоскоростной передачи цифровой информации по электрической цепи;
• 2) аналоговые (линейные) — используются для неискаженной передачи аналоговых сигналов;
• 3) управляющие или ключевые — предназначены для бесконтактного управления мощными сильноточными и высоковольтными цепями;
• 4) специального (нестандартного) применения. Из всего многообразия различных возможных нестандартных применений оптронов мы отметим только два:
  • — с открытым воздушным оптическим каналом;
  • — оптронные источники питания, когда в качестве фотоприемника используется фотодиод, работающий в режиме источника фотоЭДС.

Рис. 6.19. Конструктивное выполнение оптронов: бескорпусные (а), в пластмассовом (б) и металлическом (в) корпусах, монолитные (г) Конструктивное выполнение оптронов весьма разнообразно: бескорпусные (рис. 6.19, а, где 1 — излучатель (И), 2 — фотоприемник (ФП), 3 — оптическая среда); корпусные конструкции в пластмассовом (рис. 6.19, б) или металлическом (рис. 6.19, в) корпусах, где 4 — стекло и 5 — отражающая поверхность оптической среды, возвращающая рассеянный свет к ФП; монолитные конструкции, которые могут являться составными частями интегральных оптоэлектронных схем и микросхем (рис. 6.19, г).