Источники и приёмники оптического излучения

В качестве датчиков оптического излучения применяются оптико-электронные приборы. Оптическое излучение может быть видимо и в инфракрасном диапазоне.

Оптическое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых от 10^-8м до 10^-3м (частоты от 3ּ10¹⁶ до 3ּ10¹¹ Гц).

Видимая область от 0.4ּ10^-6 до 0.7ּ10^-6м (0.4 – 0.7 мкм).

рентгеновское ультрафиолетовое видимая инфракрасная излучение область область І—————————————————І——————І—————————————І 10^-8м 0.4ּ10^-6 0.7ּ10^-6 10^-3

 

 

Основной параметр – длина волны l

Преимущество оптического сигнала – высокая помехоустойчивость, хорошее согласование цепей с разными R_вх и R_вых (Z_вх и Z_вых), возможность электрической развязки входной и выходной цепей.

Кроме l применяют следующие параметры:

- интенсивность;

- поляризация;

- степень монохроматичности и когерентности;

- направленность.

Оптический сигнал может передаваться от источника к приёмнику по воздуху (вакууму) или по специальным световодам. В качестве источников применяются тепловые (лампы накаливания, нагретые тела), электролюминисцентные, полупроводниковые и т.д.

В настоящее время в качестве источников оптического излучения широко применяются светоизлучающие диоды. Делятся на светодиоды(в видимой области), инфракрасные диоды.

 

Излучающие диоды – источники некогерентного излучения. Рабочей является прямая ветвь ВАХ.

 

 

Параметры: I_пр; U_пр; P_изл.

 

 

Схема включения:

 

Характеристики светодиодов

 

 

 

 

Спектральная характеристика:

 

 

 

 

 

 

Срок службы – до 10⁶ часов.

Для светодиодов в видимой области применяется зависимость яркости от I_пр.

 

 

 

Применяются в качестве источников непрерывного и импульсного излучения.

 

Маркировка: И П Д 04 А — 1 К

цвет излучения

Излучающий полупроводниковый диод (красный)

 

Старая маркировка: АЛ107Б и т.д.

 

Полупроводниковые лазерные диоды(аналогичны излучающим диодам, только после I_{пр.граничное} происходит излучение когерентное и значительно увеличивается его мощность.)

Обратное смещение p-n перехода светодиода не допускается.

Основная характеристика излучения – зависимость мощности излучения от прямого тока.

Излучающие диоды являются монохроматическими излучателями.

Для приёма оптического излучения применяются фото приборы:

1) Фоторезисторы

 

 

Применяется редко

2) Фотодиоды

 

 

Обычно вместо

 

P_опт® Ф

 

 

Работает в 2^х режимах:

 

I) Фотодиодный режим – необходим внешний источник питания (III-квадрант).

 

 

Если R_н ® 0, то ФД работает как генератор тока.

 

В фотодиодном режиме – большой динамический диапазон, большая чувствительность.

II) Гальванический режим – без источника питания.

 

 

 

(IV квадрант)

 

E_ф нелинейно зависит от Ф.

Гальванический режим применяется при малых Ф(в измерительных устройствах).

Выпускаются спец. л авинные фотодиоды с высокой чувствительностью.

Характеристики фотодиодов

а) Спектральная характеристика чувствительности:

 

 

б) Частотная характеристика

 

Маркировка: ФД250 – фотодиод

 

 

3) Фототранзисторы

 

 

 

Чувствительность транзистора выше, но меньше граничной частоты.

Маркировка: ФТ1

4) Фототиристоры

 

 

 

Применяются матрицы фотоприёмников а также приёмные электронно-лучевые трубки.

На базе рассмотренных приборов выполняются оптопары (оптроны)

Оптопара содержит источник излучения и приёмник излучения, которые находятся в одном корпусе. Оптопары (есть с открытым и закрытым оптическими каналами).

Включает источник и приёмник оптич. излучения. Чаще всего в качестве источника – светодиод.

 

Диодная оптопара.

АОД203 А - материал

О - оптопара

VE1 Д – вид (диодная)

 

вход выход

 

светодиод - вход

приёмник – выход

а) Диодные оптопары (Маркировка: АОД101)

 

б) Транзисторные оптопары (Маркировка: АОТ110Б)

 

 

в) Тиристорные оптроны (Маркировка: АОУ…)

 

 

 

Применение – для связи устройств при их гальванической развязке.

 

 

Все оптопары применяются как устройства разделения сигналов.

В справочниках даются параметры входных сигналов (то, что относится к светодиоду), выходных сигналов (то, что относится к приёмнику).

Рассмотренные оптопары имеют закрытый оптический канал.

Если источник и приёмник находятся на значительном расстоянии, и имеется возможность внешнего изменения излучения, то такие оптопары имеют открытый оптический канал.

VE1, VE2 – позиционные обозначения оптопар.

 

VE2

1 5

 

2 6