Светодиоды, фотодиоды и оптопары

Светодиод преобразует электрический ток в оптическое излучение, фотодиод — оптическое излучение в электрический сигнал. Оптопара объединяет источник света и фотоприёмник для передачи сигнала через оптический канал между электрически разделёнными сторонами.

Эти приборы основаны на полупроводниковых переходах, но практические параметры отличаются от обычного выпрямительного диода. Для LED важны рабочий ток, прямое напряжение, длина волны и световой поток; для фотодиода — чувствительность, тёмный ток, ёмкость и скорость; для оптопары — CTR и изоляционные характеристики.

• LED требует ограничения тока; прямое напряжение зависит от цвета, тока и температуры.
• Фотодиод может работать в фотогальваническом режиме или с обратным смещением для скорости и линейности.
• Фототок примерно пропорционален падающей оптической мощности в рабочем диапазоне.
• CTR оптопары связывает выходной ток фототранзистора с током LED и имеет большой разброс.
• Гальваническая развязка означает отсутствие прямого проводящего пути, но требует соблюдения изоляционных расстояний и рейтингов.

LED нельзя питать от источника напряжения без ограничения тока, потому что его ВАХ крутая: небольшое изменение напряжения может сильно изменить ток. Самый простой ограничитель — последовательный резистор R=(Vcc−Vf)/I.

Фотодиод создаёт очень малые токи и часто работает с трансимпедансным усилителем. Его ёмкость влияет на скорость. В оптопаре старение LED, температура и разброс CTR могут изменить передаваемый уровень, поэтому проект не должен опираться на одно типичное значение.

Используйте низковольтные LED и готовую оптопару, избегая лазерных источников неизвестной мощности.

1. По техническое описание найдите Vf LED при заданном токе и рассчитайте ограничивающий резистор.
2. Измерьте фактические Vf и ток.
3. Измените ток в безопасном диапазоне и наблюдайте яркость без попытки оценивать её глазом как точный прибор.
4. Для оптопары измерьте входной LED-ток и выходной ток при одной нагрузке.
5. Сравните полученный CTR с диапазоном техническое описание.

• Подключать LED непосредственно к жёсткому источнику напряжения без ограничения тока.
• Считать одинаковым Vf у светодиодов разных цветов и технологий.
• Проектировать оптопару по typical CTR без учёта минимального значения и температуры.
• Считать оптическую развязку автоматической гарантией безопасности без проверки изоляционных рейтингов.

Потеря яркости LED может быть следствием снижения тока, деградации или проблемы питания. В оптопаре слабый выход при нормальном входном токе заставляет проверять CTR, нагрузку и старение, а не только «есть ли свет».

Оптоэлектронные приборы связывают электрическую и оптическую области. Их режим определяется не одним напряжением, а током, оптической эффективностью, скоростью и условиями изоляции.