Współczesna nauka aktywnie rozwija się w różnych 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. Są używane prawie wszędzie tam, gdzie stosowana jest mniej lub bardziej zaawansowana technologia.
Co to jest?
Urządzenia optoelektroniczne, znane również jako transoptory, to specjalne urządzenia półprzewodnikowe zdolne do wysyłania i odbierania promieniowania. Te elementy strukturalne nazywane są fotodetektorem i emiterem światła. Mogą mieć różne możliwości komunikowania się ze sobą. Zasada działania takich produktów opiera się na zamianie energii elektrycznej na światło, a także odwrotności tej reakcji. W efekcie jedno urządzenie może wysłać określony sygnał, podczas gdy drugie go odbiera i „odszyfrowuje”. Urządzenia optoelektroniczne znajdują zastosowanie w:
- urządzenia komunikacyjne;
- obwody wejściowe urządzeń pomiarowych;
- obwody wysokonapięciowe i wysokoprądowe;
- potężne tyrystory i triaki;
- urządzenia przekaźnikowe itp.następny.
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 są wyposażone 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 dużą wydajnością, bardzo wąskim widmem wiązki (parametr ten nazywany jest też quasi-chromatycznością), dość szerokim zakresem działania, zachowaniem wyraźnego kierunku promieniowania oraz bardzo dużą prędkością. Urządzenia z takimi emiterami pracują bardzo długo i są niezwykle niezawodne, są niewielkich rozmiarów i dobrze radzą sobie w dziedzinie modeli mikroelektronicznych.
- Ogniwa elektroluminescencyjne. Taki element konstrukcji ma niezbyt wysoki parametr jakości 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. Różnią się dużymi rozmiarami. Są używane niezwykle rzadko, w niektórych typach urządzeń.
- Lampy żarowe. Takie emitery są używane tylko w urządzeniach rezystorowych i nigdzie indziej.
W rezultacie modele LED i laserowe są optymalnie dostosowane do prawie wszystkich obszarów działalności i tylko w niektórych obszarach, w których nie można zrobić inaczej, używane są inne opcje.
Fotodetektor
Klasyfikacja urządzeń optoelektronicznych jest również dokonywana według rodzaju tej części projektu. Jako element odbiorczy można stosować różne rodzaje produktów.
- Fototyrystory, tranzystory i diody. Wszystkie należą do uniwersalnych urządzeń zdolnych do pracy z przejściem typu otwartego. Najczęściej konstrukcja oparta jest na krzemie, dzięki czemu produkty uzyskują dość szeroki zakres czułości.
- Fotorezystory. Jest to jedyna alternatywa, której główną zaletą jest zmiana właściwości w bardzo złożony sposób. 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 elementów każdego takiego urządzenia. Dopiero po jego odebraniu rozpoczyna się dalsze przetwarzanie i nie będzie to możliwe, jeśli jakość komunikacji nie będzie wystarczająco wysoka. W rezultacie dużą wagę przywiązuje się do konstrukcji fotodetektora.
Kanał optyczny
Cechy konstrukcyjne produktów można dobrze pokazać za pomocą stosowanego systemu oznaczania urządzeń fotoelektronicznych i optoelektronicznych. Dotyczy to również kanału transmisji danych. Istnieją trzy główne opcje:
- Wydłużony kanał. Fotodetektor w takim modelu jest wystarczająco daleko od kanału optycznego, tworząc specjalny światłowód. To właśnie ta opcja projektowa jest aktywnie wykorzystywana w sieciach komputerowych do aktywnego przesyłania danych.
- Zamknięty kanał. Ten rodzaj konstrukcji wykorzystuje specjalną ochronę. 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
Z punktu widzenia tego wskaźnika wszystkie typy 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. Stosowany w większości typów innych produktów tego typu.
Projekt
Według tego wskaźnika urządzenia optoelektroniczne dzielą się na trzy grupy:
- Specjalne. Obejmuje to urządzenia wyposażone w wiele emiterów i fotodetektorów, czujniki obecności, pozycji, dymu itd.
- Integralna. W takich modelach dodatkowo stosowane są specjalne obwody logiczne, komparatory, wzmacniacze i inne urządzenia. Między innymi ich wyjścia i wejścia są izolowane galwanicznie.
- Podstawowe. To najprostsza wersja produktów, w której odbiornik i nadajnik występują tylko w jednym egzemplarzu. Mogą to być zarówno tyrystorowe, jak i tranzystorowe, diodowe, rezystancyjne i ogólnie dowolne inne.
Wszystkie trzy grupy lub każda z osobna mogą być używane w urządzeniach. Elementy konstrukcyjne odgrywają istotną rolę i bezpośrednio wpływają na funkcjonalność produktu. Jednocześnie złożony sprzęt może również wykorzystywać najprostsze, elementarne odmiany, jeśli jest to właściwe. Ale jest też odwrotnie.
Urządzenia optoelektroniczne i ich zastosowania
Z punktu widzenia użytkowania urządzeń wszystkie można podzielić na 4 kategorie:
- Obwody scalone. Stosowany w różnych urządzeniach. 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 odmiany diodowe, tyrystorowe lub tranzystorowe itd.
- Transformacja. To jeden z najczęstszych przypadków użycia. W nim prąd zamienia się w światło i w ten sposób jest aplikowany. Prostym przykładem są wszelkiego rodzaju lampy.
- Odwrotna transformacja. To zupełnie odwrotna wersja, w której to światło zamienia się w prąd. Służy do tworzenia wszelkiego rodzaju odbiorników.
W rzeczywistości trudno wyobrazić sobie prawie każde urządzenie, które jest zasilane energią elektryczną i nie ma jakiejś formy elementów optoelektronicznych. Mogą być prezentowane w małych ilościach, ale nadal będą obecne.
Wyniki
Wszystkie urządzenia optoelektroniczne, tyrystory, diody, urządzenia półprzewodnikowe są elementami konstrukcyjnymi różnego rodzaju urządzeń. Pozwalają osobie odbierać światło, przesyłać informacje, przetwarzać je, a nawet przechowywać.
