Оптрон (ОП) — это прибор, в котором светоизлучатель и фотоприёмник оптически и конструктивно связаны друг с другом и представляют собой единое конструктивное целое.
В ОП поступающий электрический сигнал преобразуется источником излучения в световой, передаётся по оптическому каналу от светоизлучателя к фотоприёмнику, где он вновь преобразуется в электрический. При этом цепи входа и выхода полностью отделяются друг от друга, что необходимо для многих схем железнодорожной автоматики и телемеханики.
Источником излучения в ОП служит светодиод; в качестве фотоприёмников используют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Если ОП имеет один излучатель и один приёмник излучения, то его называют оптопаройили элементарным ОП.
Наиболее распространённые элементы ОП — арсенидогаллиевые светодиоды и фотоприёмники из кремния. Их спектральные характеристики хорошо согласуются между собой. Согласование спектральных характеристик — одно из основных условий, обеспечивающих оптимальную передачу сигнала с входа ОП на его выход.
Наименьшее напряжение изоляции между входом и выходом имеют ОП с тонким слоем стекла или лака(100—1000 В). В ОП с воздушным промежутком оно составляет 1—5кВ и ограничено электрической прочностью корпуса. В ОП с волоконными световодами напряжение изоляции может достигать 50—150 кВ.
Оптронную пару — излучатель и фотоприёмник — или несколько оптронных пар помещают в корпус и герметизируют, обычно используют корпуса интегральных микросхем.
Масса ОП составляет 0,8—1,5 г.
ОП представляет собой четырехполюсник, свойства которого определяются входной, передаточной и выходной характеристиками. Характеристику обратной связи ОП не рассматривают из-за чрезвычайно высокой изоляции входа от выхода. Входной характеристикой ОП служит вольт-амперная характеристика его светодиода, выходной — соответствующая характеристика его фотоприёмника при заданном токе на входе оптрона. ОП характеризуют следующие основные параметры:
коэффициент передачи тока Ki= I2/представляющий собой отношение фототока приёмника I2к току излучателя I1;
быстродействие, определяемое граничной частотой / и временами нарастания и спада выходного сигнала до уровня 50 % его амплитуды;
сопротивление изоляции Яш; проходная ёмкость.
Влияние изменения температуры на ОП определяется температурными параметрами светодиода и фотоприёмника. Для GaAs-светодио- да и Si-фототранзистора эти зависимости противоположны по знаку.
Уменьшение мощности излучения светодиода с ростом температуры компенсируется увеличением коэффициента передачи Kt ОП в интервале рабочих температур изменяется незначительно. Однако при увеличении температуры возрастают времена нарастания и спада импульса, это следует учитывать при эксплуатации ОП.
Современным ОП присущи некоторые недостатки: значительная потребляемая мощность из-за двойного преобразования энергии, высокий уровень собственных шумов, сложность технологии. Осуществляется интенсивное совершенствование ОП. На рис.3.61 представлены некоторые виды оптронов.
