Resistor optocoupler ( lyhenne RO), tai vastus optocoupler - optoelektroninen puolijohdelaite , joka koostuu valonlähettimestä ja vastaanottimesta, jotka on yhdistetty optisella tiedonsiirrolla ja galvaanisesti eristetty toisistaan [1] . RO:n vastaanotin on kadmiumselenidiin (CdSe) tai kadmiumsulfidiin (CdS) perustuva fotovastus , ja emitteri on LED , minihehkulamppu , harvemmin neonlamppu . Suljetulla optisella kanavalla varustetussa RO:ssa lähetin ja valovastaanotin liimataan tiukasti toisiinsa läpinäkyvällä liimalla ja sijoitetaan optisesti läpinäkymättömään koteloon. RO:ssa, jossa on avoin kanava , lähetin ja vastaanotin on asennettu yhteiselle alustalle ja optinen kanava on suljettu ulkoisen ympäristön kautta.
Toiminnallisesti RO on sähkövastus , jota ohjataan emitterin läpi kulkevalla virralla . Kun emitterin läpi ei kulje virtaa, valovastuksen tumma resistanssi [huomautus 1] tasavirtaan vaihtelee MΩ : n yksiköistä satoihin GΩ [2] . Kun vastaanotinta säteilytetään emitterin valolla, valovastuksen johtavuus kasvaa suhteessa sen pinnan valaistukseen , mikä puolestaan on verrannollinen emitterin valon intensiteettiin [huom. 2] . Toisin kuin fotodiodit ja fototransistorit , valovastukset pystyvät ohjaamaan sekä tasa- että vaihtovirtapiirejä [1] , kun taas valovastuksen sallittu jännite voi nousta satoihin voltteihin [ 2] . Lähtövirran epälineaarisen vääristymän kerroin (K NI ) matalilla jännitteillä (0,5 V asti) ei ylitä 0,1 % (-80 dB ) [3] .
RO on historiallisesti ensimmäinen ja hitain optoerotintyyppi: parhaiden esimerkkien kytkentäviive on luokkaa 1 ms [4] , ja hehkulamppujen RO:lle on tunnusomaista satojen ms viiveet [2] . Valokasitanssin loiskapasitanssi rajoittaa toisiopiirin taajuusalueen audio- ja ultraäänitaajuuksiin . Kadmiumvalovastukset osoittavat voimakkaan muistiefektin: valovastuksen resistanssi ei riipu vain nykyisestä valaistuksen arvosta ("valovalotus"), vaan myös menneisyydessä kertyneestä "valohistoriasta". Sopeutuminen nykyiseen valaistuksen arvoon kestää tunteja [5] , erittäin herkillä laitteilla - viikkoja [6] . Korkeissa lämpötiloissa valovastukset vanhenevat nopeasti ja peruuttamattomasti , ja alle -25 °C:n lämpötiloissa vasteviive kasvaa dramaattisesti. Siksi RO:t joutuivat 1970-luvulla pois markkinoilta suurten nopeuksien diodi- ja transistorioptoerottimien ( optocouplers ) ansiosta. Galvaanisen eristyksen, alhaisen säröjen ja piiriratkaisujen yksinkertaisuuden onnistuneen yhdistelmän ansiosta RO:ita käytetään edelleen ohjauselementteinä (ohjatut vastukset) studioäänilaitteissa, kitaravahvistimissa ja analogisissa syntetisaattoreissa .
Vuonna 1873 Willoughby Smith löysi seleenin valonjohtavuuden [7] . 1900-luvun alussa tyhjiöputkien ulkoisen valosähköisen vaikutuksen tutkiminen tasoitti tietä aurinkokennojen kaupalliselle tuotannolle [8] . Vuonna 1918 amerikkalaiset ja saksalaiset insinöörit, jotka työskentelivät toisistaan riippumatta, ehdottivat tyhjiövalokennojen käyttöä optisten ääniraitojen lukemiseen elokuvissa [9] . Lee de Forest , Western Electric ja General Electric ovat saaneet käytännössä käyttöön kolme kilpailevaa äänielokuvajärjestelmää [10] [11] . Vuonna 1927 ensimmäinen kaupallinen äänielokuva The Jazz Singer julkaistiin Yhdysvalloissa , ja vuoteen 1930 mennessä äänielokuvat olivat korvanneet mykkäelokuvat kokonaan [10] .
Äänitelokuvan voitto kiihdytti aurinkokennojen uusien sovellusalueiden etsimistä [12] . Insinöörit ottivat huomioon kaikki tunnetut valokennotyypit (tyhjiö, kaasupurkaus, aurinkosähkö, valovastukset [13] ), mutta käytännössä teollisuus- ja kotitalousautomaation markkinat valloittivat hitaat [14] mutta halvat seleenilaitteet [15] . 1930-luvun puoliväliin mennessä seleenin aurinkosähkökennot ohjasivat tehdaskuljettimia, hissejä [16] , kutomakoneita [17] . Isossa-Britanniassa ja sitten Yhdysvalloissa aloitettiin seleeniantureilla varustettujen paloilmaisimien massaasennus [18] . Norbert Wiener ehdotti käyttävänsä ja Truman Gray rakensi optisen skannerin tietojen syöttämistä ja integrointia varten analogisissa tietokoneissa [19] . Kurt Kramer esitteli seleenivalokennon lääketieteelliseen tutkimukseen. Vuonna 1940 Glenn Millikenrakensi ensimmäisen käytännöllisen seleenioksimetrin valvomaan RAF -lentäjien kuntoa . Millikan-oksimetri oli optoerotin, jonka optinen kanava suljettiin lentäjän korvalehteen [20] [21] .
1950-luvun jälkipuoliskolla seleeniaurinkokennot korvattiin kadmiumsulfidiin (CdS) ja kadmiumselenidiin (CdSe) perustuvilla valovastuksilla. Vuoteen 1960 mennessä hehkulamppuihin ja kadmiumvalovastuksiin perustuvia optoerottimia käytettiin teollisuusautomaation takaisinkytkentäpiireissä (ajoneuvojen nopeudensäätimet, jännitteen stabilisaattorit). 1960-luvun alussa herkkien ja pienikokoisten kadmiumvalovastusten käyttöönotto johti automaattivalotuksella varustettujen kameroiden massatuotantoon , mukaan lukien refleksikamerat , joissa on läpimittainen linssi [22] [23] . Lääketieteessä kadmiumvalovastukset eivät ole juurtuneet liiallisen muistivaikutuksen ja nopean ikääntymisen vuoksi [23] . Laitteen "valohistorian" säännöllisen kalibroinnin ja korjauksen tarve osoittautui lääketieteellisessä käytännössä mahdottomaksi [24] [25] .
1960-luvun ensimmäisellä puoliskolla Gibson ja Fender alkoivat käyttää RO: ita tremolomodulaattoreina [huomautus 3] kitaravahvistimissa. Molemmat yhtiöt kokosivat itsenäisesti optoerottimensa erillisistä lampuista, valovastuksista ja lämpökutisteputkista [26] . Gibson käytti hehkulamppuja emittereinä, mikä rajoitti efektin maksimitaajuutta. Fender korvasi hehkulampun neonlampulla , mikä mahdollisti vaikutuksen taajuuden lisäämisen kymmeniin hertseihin alhaisilla käyttövirroilla ja modulaation "kytkettävällä", epälineaarisella luonteella. Huolimatta neonlamppujen nopeusedusta, riippumattomat kitaraefektien valmistajat käyttivät mieluummin hehkulamppuja niiden pehmeällä, "mehukkaalla" modulaatiolla [27] .
Vuonna 1967 Vactec , Inc. toi markkinoille pienikokoiset RO:t tuotenimellä Vactrol [28] (Vactrol). Toisin kuin Fenderin ja Gibsonin käyttämät kokoonpanot, vaktrolit olivat täysin suljettuja ja ne tarjosivat jäykän mekaanisen yhteyden lampun ja valovastuksen välille. 1970-luvun alussa Vactec korvasi hehkulamput LEDeillä . RO:t saavuttivat kytkentänopeuden rajan, joka oli edelleen liian hidas digitaalitekniikan tarpeisiin. Valmistajat keskittyivät tuomaan valodiodeja ja valotransistoreja massakäyttöön , ja 1970-luvulla uudet laitteet ja niihin perustuvat optoerottimet pakottivat vastusten optoerottimet pois markkinoilta [29] [24] . RO säilytti kapeita markkinarakoja näyttämö- ja studioäänilaitteistoissa sekä teollisuusautomaatiossa, joissa valovastusten puutteet eivät olleet ratkaisevia [30] [31] . Vactec Inc. ei uusinut oikeuksiaan Vactrol-tavaramerkkiin [28] ajoissa, ja siitä tuli yleinen substantiivi englannissa , mikä tarkoittaa mitä tahansa audiolaitteissa käytettyä RO:ta [32] (mukaan lukien Fender ja Gibson "Vactrols", jotka julkaistiin ennen Vactrol-tavaramerkin ilmestymistä [huomautus 4] Vuoden 2012 alusta alkaen PerkinElmer jatkaa RO:n tuotantoa Vactrol-tavaramerkillä(USA) on Vactec, Inc:n siirtäjä. [33] . Silonex (USA, Carlyle Groupin divisioona ) valmistaa RO-laitteita tuotenimellä AudioOhm [34] .
Kadmiumyhdisteisiin perustuvien valovastusten valmistus ja markkinointi on kielletty Euroopan unionissa 1.1.2010 alkaen. EU: n alkuperäinen RoHS-direktiivi , joka hyväksyttiin vuonna 2003, salli kadmiumin väliaikaisen käytön laitteissa, joilla ei ollut turvallisia vaihtoehtoja [35] . Ääniteollisuus ei onnistunut vakuuttamaan lainsäätäjiä kadmiumoptoerottimien välttämättömyydestä, ja vuonna 2009 Euroopan komissio poisti "ammattimaisissa audiolaitteissa käytettävien optoerottimien valovastukset" sallittujen kadmiumsovellusten luettelosta [36] .
Optoerottimissa käytetään kahden tyyppisiä valoherkkiä materiaaleja: kadmiumsulfidia (CdS, kadmiumsulfidivalovastukset [37] ) ja kadmiumselenidia (CdSe, kadmiumseleenivalovastukset [37] ).
Kadmiumsulfidivalovastuksen herkkyys on korkea, ja ne saavuttavat maksiminsa näkyvän spektrin punaisella alueella ( aallonpituus λ = 640 nm ) ja sieppaavat lähi- infrapuna-alueen aina λ = 900 nm asti [38] . Ne pystyvät ohjaamaan suhteellisen suuria virtoja (suuruusluokkaa useita mA), kun taas niiden siirtoluksi-ampeeriominaisuus (valovirran riippuvuus valaistuksesta vakiojännitteellä) on lähellä lineaarista [37] . Suuri pimeyden vastus [huomautus 1] , joka saavuttaa kymmeniä GOhm [37] , varmistaa suurimman mahdollisen dynaamisen alueen valaistuksen suhteen ja pienimmän epälineaarisen signaalin vääristymän [39] . Tällaisten valovastusten nopeus on kuitenkin pieni: vasteaikavakio valaistuksen muutokseen saavuttaa 140 ms +25 °C:ssa [37] .
Kadmiumselenidivalovastuksen herkkyys on suurin, 5-100 kertaa korkeampi kuin kadmiumsulfidilaitteiden herkkyys [37] . Suurin herkkyys on näkyvän spektrin punaisella alueella tai lähi-infrapuna-alueella (λ 670 - 850 nm), pitkän aallonpituuden herkkyysraja on 1100 nm [38] . Suhteellisen kapealla dynaamisella alueella ja huonommalla lineaarisella kadmiumselenidillä on parempi suorituskyky - aikavakio ei ylitä 20 ms [37] .
Kadmiumvalovastuksen optimaaliset emitterit ovat punaiset LEDit , jotka perustuvat AlGaAs- ( aallonpituus λ = 660 nm ) tai GaP/GaP (λ = 697 nm) heterorakenteisiin, joilla on suhteellisen laajat emissiospektrit [40] . Tällaisten optoerottimien spektrikorrelaatiokerroin [huomautus 5] saavuttaa 35 % ja 47 % [41] .
LEDin kirkkaus on käytännössä verrannollinen käyttövirtaan [huom. 6] . Emissiospektri riippuu kiteen lämpötilasta (joka puolestaan kasvaa virran kasvaessa), mutta spektrin lämpötilasiirtymä turvallisen toiminta-alueen sisällä on liian pieni häiritsemään LEDin ja valovastuksen spektrin yhteensopivuutta [42] [43] . Optisen kytkennän pysyvyyden varmistamiseksi emitteri ja fotovastus liimataan jäykästi yhteen läpinäkyvällä yhdisteellä , joka perustuu epoksihartsiin , optiseen liimaan tai vaseliinin kaltaisiin polymeereihin [44] . LEDeille ominaista fokusointia ja kapeaa säteilyn suuntaamista ei sallita optoerottimissa: jos kapea valonsäde putoaa metalloinnin rajalle ja valovastuksen avoimelle pinnalle, niin pieninkin emitterin siirtymä suhteessa rajapintaan muuttuu merkittävästi. valovastuksen sieppaama valovirta [45] . Siksi LED-optoerottimissa liima suorittaa lisätoiminnon valonsirontana.
Ihanteellisen RO:n siirto-ominaisuus, jota yleensä esitetään valovastuksen resistanssin riippuvuutena emitterin läpi kulkevasta virrasta, on johdannainen emitterin ampeeriluksusominaispiirteistä, emitterin ja fotovastuksen optisesta kytkentäkertoimesta, spektrin sovituksesta. emitteri ja fotoresistori sekä valovastuksen luxominen ominaisuus [huom. 7] . Valovastuskiteen tehollinen valaistus LEDillä on verrannollinen ohjausvirtaan koko toimintavirta-alueella. Hehkulampuissa virran ja hyödyllisen valaistuksen välinen suhde voidaan määrittää vain empiirisesti: lampun kirkkaus riippuu virrasta epälineaarisesti, kun taas säteilyspektri muuttuu jatkuvasti virran kasvaessa. Fotovastuksen ominaisuudet riippuvat myös lämpötilasta, sen liittimien jännitteestä, käyttöiästä, mutta erityisesti kertyneestä "valohistoriasta" (muistiefekti). Siksi käytännössä siirtoominaisuus on todennäköisten arvojen kaista .
Valovastuksen vastaava piiri koostuu kolmesta resistanssista:
R T ja R f (mutta ei R OST ) pienenevät valovastuksen nastojen jännitteen kasvaessa, mikä aiheuttaa lähtösignaalin epälineaarisia vääristymiä [45] . Heikoilla valotasoilla kadmiumvalovastuksen impedanssilla on positiivinen lämpötilakerroin (TCC), joka kasvaa noin 1 % lämpötilan noustessa 1 °C [47] [48] . Kun valaistus lisääntyy, TCS voi sekä kasvaa että laskea ja muuttaa etumerkkiä positiivisesta negatiiviseksi [49] .
Kadmiumvalovastuksilla on selvä muistivaikutus: valovastuksen resistanssi muiden tekijöiden ollessa sama, riippuu kertyneestä "valohistoriasta" [50] . Riittävän pitkään pimeässä pidetty valovastus reagoi liikaa valoon. Heti sen jälkeen, kun valovastus on säteilytetty valolla, jonka intensiteetti on Ф , sen resistanssi putoaa alhaiseen alkuarvoon R MIN (Ф) . Sitten vastus kasvaa hitaasti tasaiseen arvoon R (F) . Päinvastaisessa tapauksessa, kun valovastusta säteilytettiin korkean intensiteetin valolla pitkään ( Ф 0 >> Ф KR ), siirtyessä alemmalle valaistustasolle Ф , resistanssi kasvaa arvoon R MAX (Ф) ja sitten hitaasti putoaa tasolle R (Ф) . Muutokset emitterin ja fotovastuksen hajoamassa tehossa vaikuttavat väistämättä jälkimmäisen lämpötilaan, joten käytännössä valoon sopeutumiseen liittyy resistanssin lämpöpoikkeama.
Valoon sopeutumisnopeus kasvaa epälineaarisesti valaistustason mukaan, ja uudelle valaistustasolle sopeutumisaika mitataan minuuteissa tai tunneissa. Valonlähteen sammuttamisen jälkeen valovastuksen resistanssi kasvaa arvoon R T , mutta valovastus "muistaa" kertyneen "valohistorian". Pimeään sopeutuminen (palaaminen alkuperäiseen pimeään tilaan) kestää tyypillisesti noin kahdeksan tuntia, mutta joissakin instrumenteissa jäännösvaikutukset voivat kestää viikkoja [6] . Käytännössä taatun täyden sopeutumisen aika on 24 tuntia [5] .
Muistiefektin syvyys suhteessa R MAX / R MIN ilmaistuna on suurin heikossa valaistuksessa. PerkinElmerin valmistamille nykyaikaisille RO-valovastuksille tämä suhde on 1,5-1,6 valaistuksen ollessa 0,1 luksia ; 1000 luksin valaistuksessa se laskee arvoon 1,05-1,10 ( R MAX ja R MIN asymptoottisesti lähestyvät ROST : ta ) [50] . Vielä vuonna 2001 Yhdysvalloissa valmistettiin nopeita matalaresistanssisia valovastuksia, joissa suhde R MAX / R MIN saavutti arvon 5,5 [50] , mutta vuoteen 2009 mennessä ne poistettiin myynnistä [51] . Suuriresistanssiisilla valovastuksilla on yleensä vähemmän voimakas muistivaikutus, ne ovat vähemmän riippuvaisia lämpötilasta ja ovat lineaarisempia kuin pieniresistanssiset laitteet - mutta menettävät ne nopeudessa [52] . 1960-luvulla ehdotettiin valovastuksia, joilla ei käytännössä ollut muistivaikutusta [huomautus 8] , mutta korkealla valotasolla näissä laitteissa oli ei-lineaarinen vääristymä, jota ei voida hyväksyä [53] .
RO - hitaat laitteet, joille on ominaista kahden tyyppiset taajuusrajoitukset - tulossa ja lähdössä.
Tulosignaalin (ohjaus, moduloiva ) tehollista taajuusaluetta rajoittavat viiveet valonlähteen vasteessa tulovirran muutoksiin ja valovastuksen vasteen viiveet valaistuksen muutoksiin. Ohjaussignaalin RO taajuuden yläraja on 1 - 250 Hz, ja valovastuksen vasteaika valaistuksen vähenemiseen (emitterin sammuttaminen) on 2,5 ms:sta yli 1 sekuntiin [4] [huom . 9] . Reaktio valaistuksen lisääntymiseen on merkittävästi (jopa kymmenen kertaa) nopeampi, mutta käytännössä taajuusaluetta rajoittaa suurin viiveistä eli vaste valaistuksen vähenemiseen. Keskimääräisen valaistustason noustessa vasteviiveet pienenevät hieman [4] . Passitiedot Neuvostoliiton RO:n vastauksen viivästymisestä ovat pääsääntöisesti konservatiivisempia kuin amerikkalaisten laitteiden tiedot. GOST: n [54] mukaan vaimennusaika määritellään "minimiaikaväliksi käänteisen transientin normalisoidun ominaisuuden pisteiden välillä [normalisoidun virran tai normalisoidun johtavuuden] arvoilla 0,9 ja 0,1" [55] . Spesifikaatioiden mukaan RO:n sammuttamisen viive rinnastettiin aikaan, jonka aikana valovastuksen läpi kulkeva virta laski 20 prosenttiin alkuperäisestä (valo)virrasta [56] . Amerikkalaiset toimivat aikavakiolla - aika, jonka aikana johtavuus tai virta laskee 27 %:iin ( 1/e ) alkuarvosta [45] [57] .
LEDin syttymisviive on muutamia tai kymmeniä nanosekunteja – se jätetään käytännössä huomiotta. Hehkulampun syttymis- ja sammutusviiveet mitataan vastaavasti kymmenissä ja sadoissa millisekunneissa, joten hehkulamppujen RO:n taajuusalue on rajoitettu Hz:n yksikköihin. Verkkojännitetaajuuksilla ja sitä korkeammilla RO:t ovat tehokkaita lampun läpi kulkevan virran rms -arvon ilmaisimia [30] . Leveysmoduloiduilla lähdöillä varustetut yksisiruiset mikro-ohjaimet voivat ohjata kaikentyyppisiä RO:ita ilman PWM -signaalien lisäsuodatusta .
Lähtösignaalin (ohjattu, moduloitu) taajuusaluetta rajoittaa virran vuoto loiskapasitanssin RO kautta. Fotovastuksen pinnalle muodostetuilla metalloiduilla elektrodeilla on merkittävä pinta-ala ja sen seurauksena loiskapasitanssi , joka ohittaa fotovastuksen ohmisen resistanssin ja vähentää siten RO:n dynaamista aluetta [58] . Pienikokoisten RO:iden fotovastuksen tumma elektrodien välinen kapasitanssi on noin 3 pF (korkeilla valaistustasoilla, jotka vastaavat täysin avointa valovastusta, kapasitanssi on 2-10 kertaa suurempi) [58] . Pienillä valaistusarvoilla tällaisen valovastuksen kokonaispimeäresistanssi putoaa arvoon 3 MΩ äänialueen ylärajalla (20 kHz) ja 12 kΩ:iin PAL -videosignaalin apukantoaaltotaajuudella (4,43 MHz) [58] . Siksi RO:n moduloiman signaalin käytännön taajuusalue on rajoitettu audio- ja ultraäänitaajuuksiin.
Fotovastusten, samoin kuin tavanomaisten makroskooppisten vastusten , kohinasignatuuri määräytyy kolmen tyyppisen kohinan perusteella: lämpökohina (Johnson) , laukauskohina ja välkyntäkohina [59] . Äänen taajuusalueella havaitaan pääasiassa laukaisu- ja välkyntämelua, yli 10 kHz:n taajuuksilla lämpökohina vallitsee [60] . Käytännössä valovastuksen kohinan vaikutus hyödylliseen signaaliin jätetään huomiotta, jos jännite sen liittimissä ei ylitä 80 V [59] . Kun 80...100 V kynnys ylittyy, havaitaan merkittävä melun kasvu [59] .
Fotovastuksen synnyttämä epälineaarinen vääristymä riippuu siihen syötetystä jännitteestä ja valaistuksesta. PerkinElmerin mukaan KNI tietyllä jännitteellä on minimaalinen korkealla valaistuksella ja valovastuksen alhaisella resistanssilla. Kun valaistus vähenee ja vastus kasvaa , KNI kasvaa useita kertoja. Suhteellinen ero KNI:n minimi- ja maksimiarvojen välillä kullekin valovastuksen tyypille on käytännössä riippumaton käytetystä jännitteestä [61] .
Jos valovastuksen jännite ei ylitä kynnysarvoa, joka vaihtelee 100 - 300 mV eri materiaaleille [61] , niin KNI on käytännössä jännitteestä riippumaton ja on alle 0,01 % [61] . Näiden jäännössäröjen luonnetta, joiden spektriä hallitsee toinen harmoninen , ei ole vahvistettu [59] . Kun kynnys ylittyy, spektriin ilmestyy kolmas harmoninen, KNI kasvaa suhteessa jännitteen neliöön [61] . Hyväksyttävä korkealaatuisen äänentoiston epälineaarisen vääristymän kerroin 0,1 % (-80 dB), yleensä tarjotaan signaalijännitteillä 500 mV asti [59] . Parillisten ja parittomien harmonisten suhdetta voidaan säätää kohdistamalla valovastuksen elektrodeihin vakio esijännite [61] .
Maksimijännitteen ylittämistä valovastuksen lähtöjen välillä, edes lyhytaikaista, ei voida hyväksyä [62] . Pienikokoisten suuriresistanssisten fotovastusten suurinta sallittua jännitettä rajoittaa virran vuoto kiteen pinnalla ja se vaihtelee välillä 100 - 300 V [62] . Pienjännitevalovastusten suurin sallittu jännite on asetettu alemmille tasoille, mikä määräytyy kiteen sallitun lämmön haihtumisen mukaan [62] . Molemmissa tapauksissa ylijännite aiheuttaa katastrofaalisen peruuttamattoman metalloinnin tuhoutumisen [62] .
RO:n käyttöikä määräytyy emitterin (lamppu tai LED) käyttöiän ja valovastuksen ominaisuuksien sallitun muutosalueen mukaan [62] . Käytännössä LEDin käyttöikä voidaan jättää huomiotta - se on 10 - 20 tuhatta tuntia (1 - 7 vuotta jatkuvaa käyttöä), jonka jälkeen optisen tehon asteittainen lasku alkaa [62] . Virtarajoilla työskentely kiihdyttää LEDien ikääntymistä, joten jatkuvasti päällä ollessa on suositeltavaa rajoittaa virta puoleen sallitusta maksimista [63] . Hehkulampun vikojen välinen keskimääräinen aika ei ylitä 20 tuhatta tuntia, ja itse vika tapahtuu melkein välittömästi ja peruuttamattomasti: lampun kela palaa [64] . Alhaisen hyötysuhteen vuoksi hehkulamput vaativat enemmän tehoa kuin LEDit, minkä seurauksena hehkulampulla varustetun optoerottimen valovastus toimii huonoimmissa lämpöolosuhteissa [65] .
Fotovastuksen ikääntymisprosessi on peruuttamaton ja kestää koko laitteen käyttöiän. Jos valovastuksen kiteen lämpötila ei ylitä sallittua rajaa (yleensä enintään +75 °C), niin jokaisen jatkuvan toiminnan vuoden aikana valovastuksen tumma vastus laskee 10% [66] . Kynnyksen ylittyessä ikääntyminen kiihtyy, +150 °C:n lämpötilassa oskilloskoopin näytöllä voidaan havaita peruuttamattomia (mutta ei katastrofaalisia) resistanssimuutoksia - muutamassa minuutissa fotovastuksen resistanssi putoaa useita kertoja [6 ] . Valovastuksen rajoittava tehohäviö on yleensä määritelty +25 °C:n ympäristön lämpötilalle; korkeammissa lämpötiloissa tehorajaa alennetaan 2 % jokaista yli +25 °C:n ylittävää astetta kohden (eli +75 °C:ssa sallittu teho laskee nollaan - laitteen toiminta on kielletty) [67] . On huomattava, että kiteen suuremman alueen vuoksi valovastukset kestävät lyhyellä aikavälillä sallitun tehon ylitystä kuin nykyaikaiset piitransistorit , joilla on sama sallitun tehon arvo [62] .
Matalissa lämpötiloissa (noin -25 °C matalaresistanssilla ja noin -40 °C korkearesistanssilla) valovastusten vastenopeus laskee jyrkästi [6] - valovastukset kirjaimellisesti "jäätyvät". Sulatuksen jälkeen niiden sähköiset ominaisuudet palautuvat täysin, mutta muovikoteloiden lämpölaajenemisprosessit voivat johtaa peruuttamattomiin mekaanisiin vaurioihin. Neuvostoliiton metallikoteloissa olevat optoerottimet on pääsääntöisesti mitoitettu toimimaan -60 °C:n lämpötiloissa [68] , mutta tällaisissa lämpötiloissa passin vastausviive pidennetään 4 sekuntiin [69] .
220 V AC -piireissä toimivia optoerottimia, joissa on suuriresistanssiset valovastukset, voidaan käyttää pienitehoisina DC- tai AC - releinä , joissa on normaalisti avoimet "koskettimet". Tällaiset RO:t ovat "melkein ihanteellisia laitteita" [56] elektroluminesenssiindikaattoreiden ohjaamiseen : optoerotinvalovastuksen ja kytketyn kuorman sarjapiiri on kytketty suoraan vaihtovirtaverkkoon [ 70] .
Yksinkertaisimmissa signaalitason säätöpiireissä optoerottimen valovastus on jännitteenjakajan ylemmässä (sarjaliitäntä) tai alemmassa (shunttiliitäntä) varressa [71] .
Sarjaliitäntä tarjoaa suuremman ohjausalueen (jopa -80 dB) tasavirta- ja matalilla taajuuksilla. Ohjausta vaikeuttaa resistanssin ohjausvirrasta riippuvuuden äärimmäinen epälineaarisuus [72] . Parasiittisen kapasitanssin aiheuttama dynaamisen alueen kaventuminen on havaittavissa jo satojen hertsien taajuuksilla [72] . Jakajan siirtokertoimen nousunopeus (vaste ohjausvirran kasvuun) on huomattavasti suurempi kuin sen laskunopeus (reaktio ohjausvirran pienentymiseen tai sammuttamiseen) [72] . Pienillä jakajan vahvistuksilla (-10 dB ja alle) lähes koko signaalilähteen jännite putoaa valovastukseen, mikä synnyttää suhteellisen suuria epälineaarisia vääristymiä [72] .
Shunttiliitoksella on tasaisempi siirtoominaisuus, pienempi epälineaarisen vääristymän taso, mutta siirtokertoimen säätösyvyys on rajoitettu -60 dB:iin [73] . Tämä rajoitus poistetaan kytkemällä kaksi shunttijakajaa sarjaan [73] . Kaksivaiheisen shuntin siirtokäyrä pysyy melko tasaisena, jos ohjausvirta asetetaan antilogaritmisella potentiometrillä [73] . Siirtokertoimen kasvunopeus (vaste ohjausvirran laskuun tai sammumiseen) on paljon hitaampi kuin sen laskunopeus (vaste ohjausvirran kasvuun) [73] .
Paras yhdistelmä tasaisia siirto-ominaisuuksia, vähäistä säröä, laajaa säätöaluetta ja lähes yhtä suuria kääntymis- ja putoamisnopeuksia saavutetaan sarja-rinnakkaispiireissä, jotka koostuvat kahdesta optoerottimesta ja yhdestä sarjavastuksesta [74] . Tällaisen piirin ylemmän ja alemman RO:n emitterit saavat tehonsa komplementaarisilla virroilla diodi-vastusjakajasta, joka on valittu käytettyjen optoerottimien ominaisuuksien mukaan. Tällaisten piirien taajuusrajoitukset ovat samanlaiset kuin RO:n sarjakytkennässä [74] .
Jakajan ohjausjännitepiirit voivat tehokkaasti kompensoida PO-LEDin [75] lämpöryömintä, mutta ne eivät voi kompensoida valovastuksen muistiefektiä ja lämpöryömimiä. Kompensoimaan valovastuksessa tapahtuvia prosesseja tarvitaan toinen (ohjaus)valovastus, joka on samoissa olosuhteissa (valaistus, lämpötila) kuin päälaite (moduloiva). Jos jännite kummankin valovastuksen välillä on suhteellisen pieni, voidaan olettaa, että niiden kiteiden lämpötilat ovat yhtä suuret, "valohistoria" on identtinen ja sen seurauksena niiden resistanssit ovat keskenään yhtä suuret [76] .
Parhaan seurantatarkkuuden tarjoavat kaksivastuksen optoerottimet, joissa pää- ja ohjausvalovastukset muodostetaan yhteiselle sirulle. On myös mahdollista käyttää kahta tavanomaista optoerotinta, joiden emitterit on kytketty sarjaan (tässä tapauksessa pää- ja ohjausvalovastukset voidaan erottaa galvaanisesti toisistaan).
Ohjausvalovastus sisältyy stabiloituun jännitteenjakajaan tai mittaussillaan. Virhevahvistin vertaa jakajan keskipisteen jännitettä tavoitearvoon ja säätää emitterin virran siten, että jännite keskipisteessä on sama kuin tavoite. Erilaisten takaisinkytkentäkaavioiden avulla voit toteuttaa piirin suhteellisia, käänteisesti suhteellisia, paloittain lineaarisia , logaritmisia jne. siirtoominaisuuksia. Lineaarisella ohjausominaisuudella optoerotin muuttuu analogiseksi kertojaksi : valovastuksen läpi kulkeva virta on verrannollinen valovastuksen yli olevan jännitteen ja ohjausjännitteen tuloon [77] [78] .
Neuvostoliitossa pienikokoisia RO:ita käytettiin äänisignaalin kompressoreissa pitkän matkan puhelinviestinnässä. Hehkulamppu RO kytkettiin operaatiovahvistimen (operaatiovahvistimen) lähtöön, valovastus ei-invertoivan vahvistimen takaisinkytkentäjännitteen jakajaan operaatiovahvistimeen . Lähtöjännitteestä riippuen piirin vahvistus vaihteli välillä 1:1 - 1:10 [79] .
Samanlaisia piirejä, joissa on säädettävät ohjauspiirin aikavakiot, käytetään edelleen ammattimaisissa audiolaitteissa ( signaalin rajoittimet ja kompressorit , kohinanvaimennuspiirit ). Applied Research & Technologyn (ART Audio) mukaan vakuumiputkikompressorit, joissa on Vactrol-optoerotin, tarjoavat niinkin alhaiset nousuajat kuin 0,25 ms ja putoamisajat jopa 150 ms 0,1 % KHP :llä ja −99 dBu :lla [80] .
Yhdysvalloissa General Electricin valmistamia RO:ita käytetään vaihtovirtajännitteen stabilaattoreissa teollisiin ja sotilaallisiin tarkoituksiin [30] . GE-stabilisaattorit on rakennettu automaattisen muuntajan pohjalta , jota ohjataan tehotyristorikokoonpanolla . Liitäntävastuksella suojattu optoerottimen hehkulamppu on kytketty vaihtovirtalähtöön. Lamppu allokoi lähtöjännitteen RMS-arvon, käytännössä ei reagoi lyhytaikaisiin jännitepiikkeihin ja sinimuodon pitkäaikaiseen vääristymiseen, mikä on tyypillistä teollisille sähköverkoille [30] . Optoerottimen kadmiumvalovastus on mukana mittaussillan toisessa varressa , mikä korostaa takaisinkytkentäpiirin virhesignaalia [30] .
Fenderin ensimmäisessä tremolovahvistimessa [ huomautus 3] , joka julkaistiin vuonna 1955 [81] , tremolooskillaattori ohjasi esilähtöasteen bias-jännitettä. Oskillaattorisignaali siirtyi väistämättä vahvistimen ulostuloon, mikä synnytti havaittavia ylisävyjä [82] . 1960-luvun alussa Fender ja Gibson käyttivät optoerotinta tremolomodulaattorina, jossa valovastus oli kytketty estokondensaattorin ja ohjauspotentiometrin kautta esivahvistimen lähdön ja maan väliin. Kun virta kulki lampun läpi, valovastus shuntti esivahvistimen lähdön maahan ja lähtötaso laski. Tässä järjestelmässä ohjaussignaalin kulku ulostuloon suljettiin pois [82] . Modulaatiosyvyyttä säädettiin etupaneeliin sijoitetulla suhteellisen alhaisen resistanssin [huomautus 10] potentiometrillä. Potentiometrin asennosta riippumatta modulaattori vähensi merkittävästi edellisen vaiheen vahvistusta, joten esivahvistimella oli oltava vahvistusmarginaali, ja modulaattoripiirin fyysinen katkos muutti paitsi tasoa, myös vahvistimen sointia . [26] .
Gibson-vahvistimissa valovastusta ohjattiin hehkulampulla, joka vaati suhteellisen suuria (lampputekniikan) virtoja. Optoerottimen rakenne vastasi "virtatriodista" 6C4 tai puolesta kaksoistriodista 12AU7(passikäyttövirta jopa 20mA). Fender korvasi hehkulampun neonlampulla, mikä mahdollisti modulaatiotaajuuden lisäämisen [83] ja optoerottimen ohjaamisen pienitehoisella triodilla (puolet 12AX7 :stä ). Toisin kuin Gibson-vahvistimien tasainen vibrato, Fenderin neonlamppu sytytettiin/sammutettiin, mikä teki vaikutuksesta vähemmän melodisen [84] . Tästä syystä riippumattomat kitaraefektien valmistajat (Univibe) ovat päättäneet käyttää hehkulamppuja [85] .
Vuonna 1968 Darr kutsui optoerotinmodulaattoria "uudeksi menetelmäksi" kytkeä tremolo-oskillaattori vahvistimeen [82] , mutta optoerottimen päivät massatuotannossa olivat luetut. Rock-musiikki vaati venttiilipiireissä käytännöllisesti katsoen saavuttamattomia lähtötehoja, ja vuoteen 1967 mennessä suuret kitaravahvistinvalmistajat olivat siirtyneet käyttämään transistorisoituja piirejä . Gibson jatkoi useiden vuosien ajan tremolo-optoerottimen käyttöä transistorivahvistimissa (tehtävää helpotti kenttätransistoreiden käyttö esivahvistinvaiheissa , jotka sopivat hyvin shunttivalovastuksen kanssa) [87] . Vuoden 1973 Gibson G100A -transistorivahvistimessa optoerotin käytettiin eri kapasiteetissa - siellä se polkimen tai ulkoisen generaattorin signaalilla yhdisti sujuvasti diodisignaalin rajoittimen [88] . Myös vuonna 1973 Gibson luopui optoerottimien käytöstä ja korvasi ne FETeillä kontrolloidussa vastustilassa [89] .
RO on yksinkertainen ja kätevä työkalu analogisten syntetisaattoreiden oskillaattorien, suodattimien ja vahvistimien taajuuden virittämiseen . Sallen-Kee jänniteohjattujen RC-suodattimien toteutus on erityisen yksinkertaista : optoerotin tarjoaa lähes eksponentiaalisen katkaisutaajuuden riippuvuuden ohjausvirrasta, jopa ilman kantataajuista takaisinkytkentää [90] . Kuitenkin RO:n rajoitetun taajuusalueen vuoksi useimmat 1970- ja 1980-luvun syntetisaattorisuunnittelijat ( ARP, Korg , Moog , Roland ja muut) halusivat käyttää muita piiriratkaisuja [huomautus 11] . Helmikuusta 2012 lähtien RO-syntetisaattorimoduulien julkaisu jatkuu EAR :n kanssa[91] (USA) ja Doepfer(Saksa) myy niitä vanhoista varastoista [92] .
LEDin [huomautus 12] ja matalaresistanssisen valovastuksen sarjakytkentä muuttaa optoerottimen bistabiiliksi soluksi , jota ohjataan virtapulsseilla (salpa, muistikenno) - analogia sähkömekaanisten releiden salpalle . Optoerottimen LED-valo voi toimia visuaalisena ilmaisimena lukituksen tilasta. Kun virta kytketään päälle, virta LEDin ja valovastuksen läpi on nolla, kennon lähdön jännite lähestyy syöttöjännitettä. Kun LEDiin syötetään tuleva virtapulssi, LED syttyy, valovastuksen resistanssi laskee, lähtöjännite laskee tasolle noin 2 V. Kenno lukittuu päälle. Sammuta se oikosulkemalla LED lyhyesti maahan. Fotovastuksen resistanssi kasvaa, lähtö nousee taas korkeaksi [93] [94] .
RO:ita käytetään amatööriradioviestinnässä tarkkoina, kaukosäädettävinä Beveridge-antennipäätteinä . ja syöttölinjat . Tyypillisessä kokoonpanossa RO sijoitetaan sinetöityyn laatikkoon antennin (radioasemasta) etäpäähän [95] [96] . Säätämällä RO-emitterin läpi kulkevaa virtaa, käyttäjä säätää antennin kardioidisäteilyn nollapisteen maksimaaliseksi vaimentamiseksi . Connellyn mukaan optoerottimen trimmi vaimentaa nollaa tehokkaammin kuin kiinteän vastuksen trimmi [97] . Ukkosmyrskyn aikana johtoihin, joiden läpi RO:n ohjausvirta kulkee, kohdistuu vaarallisia ylijännitteitä . Ne on kytkettävä maahan neonvaloilla tai vastaavilla ylijännitesuojaimilla [96] .