Moderní věda se aktivně rozvíjí různými směry a snaží se pokrýt všechny možné potenciálně užitečné oblasti činnosti. Mezi tím vším je třeba vyzdvihnout optoelektronická zařízení, která se používají jak v procesu přenosu dat, tak i při jejich ukládání či zpracování. Používají se téměř všude tam, kde se používá více či méně sofistikovaná technologie.
Co je to?
Optoelektronická zařízení, známá také jako optočleny, jsou speciální zařízení polovodičového typu schopná vysílat a přijímat záření. Tyto konstrukční prvky se nazývají fotodetektor a světelný zářič. Mohou mít různé možnosti vzájemné komunikace. Princip fungování takových produktů je založen na přeměně elektřiny na světlo a také na opačném směru této reakce. Výsledkem je, že jedno zařízení může vyslat určitý signál, zatímco druhé jej přijímá a „dešifruje“. Optoelektronická zařízení se používají v:
- komunikační jednotky zařízení;
- vstupní obvody měřicích zařízení;
- obvody vysokého napětí a vysokého proudu;
- výkonné tyristory a triaky;
- reléová zařízení a takdalší.
Všechny takové produkty lze rozdělit do několika základních skupin v závislosti na jejich jednotlivých komponentách, designu nebo jiných faktorech. Více o tom níže.
Emitor
Optoelektronická zařízení a zařízení jsou vybavena systémy přenosu signálu. Nazývají se emitory a podle typu se produkty dělí takto:
- Laser a LED diody. Takové prvky patří k nejuniverzálnějším. Vyznačují se vysokou účinností, velmi úzkým spektrem paprsku (tento parametr je také známý jako kvazichromatičnost), poměrně širokým rozsahem činnosti, zachováním jasného směru záření a velmi vysokou rychlostí. Zařízení s takovými zářiči pracují velmi dlouho a jsou extrémně spolehlivé, jsou malé a fungují dobře v oblasti mikroelektronických modelů.
- Elektroluminiscenční články. Takový designový prvek vykazuje nepříliš vysoký parametr kvality převodu a nepracuje příliš dlouho. Zařízení je přitom velmi náročné na správu. Nejlépe se však hodí pro fotorezistory a lze je použít k vytvoření víceprvkových, multifunkčních struktur. Pro své nedostatky se však dnes zářiče tohoto typu používají poměrně zřídka, pouze když se jich opravdu nelze obejít.
- Neonové lampy. Světelný výkon těchto modelů je poměrně nízký a také špatně odolávají poškození a dlouho nevydrží. Liší se ve velkých velikostech. V určitých typech zařízení se používají velmi zřídka.
- Žárovky. Takové zářiče se používají pouze v odporových zařízeních a nikde jinde.
V důsledku toho jsou LED a laserové modely optimálně vhodné pro téměř všechny oblasti činnosti a pouze v některých oblastech, kde to nelze jinak, se používají jiné možnosti.
Fotodetektor
Klasifikace optoelektronických zařízení se provádí také podle typu této části konstrukce. Jako přijímací prvek lze použít různé typy produktů.
- Fototyristory, tranzistory a diody. Všechny patří k univerzálním zařízením schopným pracovat s přechodem otevřeného typu. Nejčastěji je konstrukce založena na křemíku a díky tomu získávají produkty poměrně široký rozsah citlivosti.
- Fotorezistory. Jedná se o jedinou alternativu, která má hlavní výhodu v tom, že mění vlastnosti velmi složitým způsobem. To pomáhá implementovat všechny druhy matematických modelů. Bohužel jsou to fotorezistory, které jsou inerciální, což výrazně zužuje rozsah jejich použití.
Příjem paprsku je jedním z nejzákladnějších prvků každého takového zařízení. Teprve poté, co jej lze přijmout, začne další zpracování a nebude možné, pokud kvalita komunikace nebude dostatečně vysoká. V důsledku toho je designu fotodetektoru věnována velká pozornost.
Optický kanál
Konstrukční vlastnosti výrobků lze dobře ukázat na použitém systému označení pro fotoelektronická a optoelektronická zařízení. To platí i pro kanál přenosu dat. Existují tři hlavní možnosti:
- Prodloužený kanál. Fotodetektor v takovém modelu je dostatečně daleko od optického kanálu a tvoří speciální světlovod. Právě tato konstrukční varianta se aktivně využívá v počítačových sítích pro aktivní přenos dat.
- Uzavřený kanál. Tento typ konstrukce používá speciální ochranu. Dokonale chrání kanál před vnějšími vlivy. Jsou použity modely pro systém galvanického oddělení. Jedná se o poměrně novou a slibnou technologii, která se nyní neustále zdokonaluje a postupně nahrazuje elektromagnetická relé.
- Otevřít kanál. Tato konstrukce předpokládá přítomnost vzduchové mezery mezi fotodetektorem a zářičem. Modely se používají v diagnostických systémech nebo různých senzorech.
Spektrální rozsah
Z hlediska tohoto ukazatele lze všechny typy optoelektronických zařízení rozdělit do dvou typů:
- V blízkosti. Vlnová délka se v tomto případě pohybuje od 0,8-1,2 mikronů. Nejčastěji se takový systém používá v zařízeních využívajících otevřený kanál.
- Dlouhý dosah. Zde je vlnová délka již 0,4-0,75 mikronů. Používá se ve většině typů ostatních produktů tohoto typu.
Design
Podle tohoto indikátoru jsou optoelektronická zařízení rozdělena do tří skupin:
- Speciální. To zahrnuje zařízení vybavená více emitory a fotodetektory, senzory přítomnosti, polohy, kouře atd.
- Integrální. V takových modelech se navíc používají speciální logické obvody, komparátory, zesilovače a další zařízení. Jejich výstupy a vstupy jsou mimo jiné galvanicky odděleny.
- Základní. Toto je nejjednodušší verze produktů, ve kterých jsou přijímač a vysílač přítomny pouze v jedné kopii. Mohou to být tyristorové i tranzistorové, diodové, odporové a obecně jakékoli jiné.
V zařízeních lze použít všechny tři skupiny nebo každou zvlášť. Konstrukční prvky hrají významnou roli a přímo ovlivňují funkčnost výrobku. Složitá zařízení mohou současně používat také nejjednodušší, elementární odrůdy, pokud je to vhodné. Ale opak je pravdou.
Optoelektronická zařízení a jejich aplikace
Z hlediska použití zařízení lze všechna rozdělit do 4 kategorií:
- Integrované obvody. Používá se v různých zařízeních. Princip se používá mezi různými konstrukčními prvky pomocí samostatných částí, které jsou od sebe izolované. Tím se zabrání tomu, aby komponenty interagovaly jiným způsobem nežten poskytnutý vývojářem.
- Izolace. V tomto případě se používají speciální páry optických odporů, jejich druhy diod, tyristorů nebo tranzistorů atd.
- Transformace. Toto je jeden z nejčastějších případů použití. V něm se proud přeměňuje ve světlo a tímto způsobem se aplikuje. Jednoduchým příkladem jsou všechny druhy lamp.
- Reverzní transformace. Jedná se o zcela opačnou verzi, ve které je to světlo, které se přeměňuje na proud. Používá se k vytvoření všech druhů přijímačů.
Ve skutečnosti je těžké si představit téměř jakékoli zařízení, které běží na elektřinu a postrádá nějakou formu optoelektronických komponent. Mohou být prezentovány v malém počtu, ale stále budou přítomny.
Výsledky
Všechna optoelektronická zařízení, tyristory, diody, polovodičová zařízení jsou konstrukční prvky různých typů zařízení. Umožňují člověku přijímat světlo, přenášet informace, zpracovávat je nebo je dokonce ukládat.
