Resistor optocoupler ( röv. RO), vagy ellenállás optocsatoló - optoelektronikus félvezető eszköz , amely fénykibocsátóból és vevőből áll, amelyek optikai kommunikációval vannak összekötve és galvanikusan elválasztva egymástól [1] . Az RO vevője egy kadmium-szelenid (CdSe) vagy kadmium-szulfid (CdS) alapú fotoellenállás , az adó pedig egy LED , egy miniatűr izzólámpa , ritkábban egy neonlámpa . Zárt optikai csatornával rendelkező RO- ban az adót és a fényvevőt átlátszó ragasztóval szorosan egymáshoz ragasztják, és optikailag átlátszatlan házba helyezik. Nyitott csatornával rendelkező RO- ban az adó és a vevő közös alapra van szerelve, és az optikai csatorna zárva van a külső környezeten keresztül.
Funkcionálisan az RO egy elektromos ellenállás , amelyet az emitteren átfolyó áram szabályoz . Az emitteren áthaladó áram hiányában a fotoellenállás egyenárammal szembeni sötét ellenállása [1. megjegyzés] MΩ -tól több száz GΩ-ig terjed [2] . Ha a vevőt az emitter fényével besugározzuk, a fotoellenállás vezetőképessége a felületének megvilágításával arányosan növekszik , ami viszont arányos az emitter fényintenzitásával [2. megjegyzés] . A fotodiódákkal és fototranzisztorokkal ellentétben a fotoellenállások egyen- és váltóáramú lineáris áramkörök vezérlésére is képesek [1] , míg a fotoellenálláson a megengedett feszültség elérheti a több száz V -ot [2] . A kimeneti áram nemlineáris torzítási együtthatója (K NI ) alacsony feszültségen (0,5 V-ig) nem haladja meg a 0,1%-ot (-80 dB ) [3] .
Az RO történelmileg az első és leglassabb típusú optocsatoló: a legjobb példák kapcsolási késleltetése 1 ms nagyságrendű [4] , az izzólámpák RO-ját pedig több száz ms-os késleltetés jellemzi [2] . A fotoellenállás parazita kapacitása korlátozza a másodlagos áramkör frekvenciatartományát az audio és ultrahang frekvenciákra. A kadmium fotoellenállások kifejezett memóriahatást mutatnak: a fotoellenállások ellenállása nemcsak a megvilágítás aktuális értékétől ("fényexpozíció"), hanem a múltban felhalmozott "fénytörténettől" is függ. A megvilágítás aktuális értékéhez való alkalmazkodás órákig [5] , erősen érzékeny készülékeknél - hetekig [6] . Magas hőmérsékleten a fotoellenállások gyorsan és visszafordíthatatlanul öregszenek , -25 °C alatti hőmérsékleten pedig a válaszkésleltetés drámaian megnő. Ezért az 1970-es években az RO-kat a nagy sebességű dióda- és tranzisztoros optocsatolók ( optocsatolók ) kiszorították a piacról . A galvanikus leválasztás sikeres kombinációja, az alacsony torzítás és az áramköri megoldások egyszerűsége miatt az RO-kat továbbra is vezérlőelemként (vezérelt ellenállásként) használják stúdió audioberendezésekben, gitárerősítőkben és analóg szintetizátorokban .
1873-ban Willoughby Smith felfedezte a szelén fényvezető képességét [7] . A 20. század elején a vákuumcsövek külső fotoelektromos hatásának vizsgálata nyitotta meg az utat a fotovoltaikus cellák kereskedelmi gyártása előtt [8] . 1918-ban az egymástól függetlenül dolgozó amerikai és német mérnökök vákuum fotocellák alkalmazását javasolták optikai hangsávok olvasására a moziban [9] . A Lee de Forest , a Western Electric és a General Electric három egymással versengő hangosfilm-rendszert hozott gyakorlatba [10] [11] . 1927-ben az Egyesült Államokban bemutatták az első reklámfilmet , a The Jazz Singert , és 1930-ra a hangosfilmek teljesen felváltották a némafilmeket [10] .
A hangmozi diadala ösztönözte a fotovoltaikus cellák új alkalmazási területeinek keresését [12] . A mérnökök az összes ismert fotocellatípust (vákuum, gázkisüléses, fotovoltaikus, fotoellenállás ) figyelembe vették [13] , de a gyakorlatban az ipari és háztartási automatizálás piacát a lassú [14] , de olcsó szelénes eszközök [15] ragadták meg . Az 1930-as évek közepére a szelén fotovoltaikus cellák vezérelték a gyári szállítószalagokat, felvonókat [16] , szövőszékeket [17] . Nagy-Britanniában, majd az USA-ban megkezdődött a szelénérzékelős tűzérzékelők tömeges telepítése [18] . Norbert Wiener egy optikai szkenner alkalmazását javasolta, Truman Gray pedig megépítette az adatok analóg számítógépekbe történő bevitelére és integrálására [19] . Kurt Kramer bevezette a szelén fotocellát az orvosi kutatásba. 1940-ben Glenn Millikenmegépítette az első praktikus szelén - oximétert a RAF- pilóták állapotának figyelésére . A Millikan oximéter egy optocsatoló volt, amelynek optikai csatornája a pilóta fülcimpáján keresztül záródott [20] [21] .
Az 1950-es évek második felében a szelén napelemeket kadmium-szulfid (CdS) és kadmium-szelenid (CdSe) alapú fotoellenállások váltották fel. 1960-ra az ipari automatizálás visszacsatoló áramköreiben (járműsebesség-szabályozók, feszültségstabilizátorok) használták az izzólámpákon és kadmium fotoellenállásokon alapuló optocsatolókat. Az 1960-as évek elején az érzékeny és kompakt kadmium fotoellenállások bevezetése az automatikus expozíciós fényképezőgépek tömeggyártásához vezetett , beleértve az átmenő lencsés fényméréssel rendelkező tükörreflexes fényképezőgépeket is [22] [23] . Az orvostudományban a kadmium fotoellenállások nem honosodtak meg a túlzott memóriahatás és a gyors öregedés miatt [23] . Az orvosi gyakorlat számára elfogadhatatlannak bizonyult az eszköz „fénytörténetének” rendszeres kalibrálása és korrekciója [24] [25] .
Az 1960-as évek első felében Gibson és Fender elkezdte használni az RO-kat tremolo modulátorként [3. megjegyzés] a gitárerősítőkben. Mindkét vállalat egymástól függetlenül szerelte össze optocsatolóit különálló lámpákból, fotoellenállásokból és hőre zsugorodó csövekből [26] . Gibson izzólámpákat használt emitterként, ami korlátozta a hatás maximális frekvenciáját. A Fender az izzólámpát neonlámpára cserélte , ami lehetővé tette az effektus frekvenciájának több tíz Hz-re való növelését alacsony hajtóáram mellett és a moduláció "kapcsoló", nemlineáris jellegét. A neonlámpák sebességbeli előnye ellenére a független gitáreffekt-gyártók előnyben részesítették a finom, "lédús" modulációjú izzólámpákat [27] .
1967-ben a Vactec , Inc. kompakt RO-kat dobott piacra Vactrol [28] (Vactrol) márkanéven. A Fender és a Gibson által használt szerelvényekkel ellentétben a vaktrolok teljesen tömítettek voltak, és merev mechanikus kapcsolatot biztosítottak a lámpa és a fotoellenállás között. Az 1970-es évek elején a Vactec az izzólámpákat LED -ekre cserélte . Az RO-k elérték a kapcsolási sebesség határát, ami még mindig túl lassú volt a digitális technológia igényeihez. A gyártók a fotodiódák és fototranzisztorok tömeges használatba vételére összpontosítottak , és az 1970-es években az új eszközök és az ezekre épülő optocsatolók kiszorították a forgalomból az ellenállásos optocsatolókat [29] [24] . Az RO megőrizte szűk réseit a színpadi és stúdióhangosítási berendezésekben, valamint az ipari automatizálásban, ahol a fotoellenállások hiányosságai nem voltak meghatározóak [30] [31] . Vactec Inc. nem újította meg időben a Vactrol védjegyhez fűződő jogait [28] , és az angolban általános főnévvé vált , amely bármilyen audioberendezésben [32] használt RO-t jelöl (beleértve a Vactrol védjegy megjelenése előtt kiadott Fender és Gibson "Vactrols" -okat is). [4. megjegyzés] 2012 elejétől a Vactrol védjegy alatti RO gyártását a PerkinElmer folytatja(USA) a Vactec, Inc. engedményezettje. [33] . A Silonex (USA, a Carlyle Group egyik részlege ) AudiOhm márkanéven gyárt RO-kat [34] .
Az Európai Unióban 2010. január 1-je óta betiltották a kadmiumvegyület alapú fotoellenállások gyártását és forgalmazását. Az EU eredeti , 2003-ban elfogadott RoHS-irányelve lehetővé tette a kadmium ideiglenes használatát olyan eszközökben, amelyeknek nem volt biztonságos alternatívája [35] . Az audioiparnak nem sikerült meggyőznie a jogalkotókat a kadmium optocsatolók nélkülözhetetlenségéről, és 2009-ben az Európai Bizottság eltávolította a "professzionális audioberendezésekben használt optocsatolók fotoellenállásait" az engedélyezett kadmium-alkalmazások listájáról [36] .
Az optocsatolókban kétféle fényérzékeny anyagot használnak: kadmium-szulfidot (CdS, kadmium-szulfid fotoellenállások [37] ) és kadmium-szelenidet (CdSe, kadmium-szelén fotoellenállások [37] ).
A kadmium-szulfid fotoellenállások nagy érzékenységgel rendelkeznek, a látható spektrum vörös tartományában érik el a maximumot ( hullámhossz λ = 640 nm ), és a közeli infravörös tartományt λ = 900 nm-ig rögzítik [38] . Viszonylag nagy (több mA nagyságrendű) áramot képesek szabályozni, míg átviteli lux-amper karakterisztikájuk (a fotoáram függése a megvilágítástól állandó feszültség mellett) közel van a lineárishoz [37] . A nagy sötétségellenállás [1. megjegyzés] , amely eléri a több tíz GOhm -ot [37] , biztosítja a lehető legnagyobb dinamikatartományt a megvilágítás tekintetében és a legalacsonyabb nemlineáris jeltorzítást [39] . Az ilyen fotoellenállások sebessége azonban alacsony: a megvilágítás változására adott válaszidő -állandó +25 °C-on eléri a 140 ms-t [37] .
A kadmium-szelenid fotoellenállások a lehető legnagyobb érzékenységgel rendelkeznek, 5-100-szor nagyobb érzékenységgel, mint a kadmium-szulfid eszközök [37] . A maximális érzékenység a látható spektrum vörös tartományában vagy a közeli infravörös tartományban van (λ 670-850 nm), a hosszú hullámhosszú érzékenységi határ eléri az 1100 nm-t [38] . Viszonylag szűk dinamikatartománnyal és rosszabb linearitással a kadmium-szelenid jobb teljesítményt biztosít - az időállandó nem haladja meg a 20 ms -t [37] .
A kadmium fotoellenállások optimális emitterei az AlGaAs ( hullámhossz λ = 660 nm ) vagy GaP/GaP (λ = 697 nm) heterostruktúrákon alapuló vörös LED -ek , amelyek viszonylag széles emissziós spektrummal rendelkeznek [40] . Az ilyen optocsatolók spektrális korrelációs együtthatója [5. megjegyzés] eléri a 35%-ot, illetve a 47%-ot [41] .
A LED fényereje gyakorlatilag arányos a meghajtó árammal [6. megjegyzés] . Az emissziós spektrum a kristály hőmérsékletétől függ (ami viszont az áramerősség növekedésével növekszik), de a spektrum hőmérséklet-eltolódása a biztonságos működési tartományon belül túl kicsi ahhoz, hogy megzavarja a LED és a fotoellenállás spektrális illeszkedését [42] [43] . Az optikai csatolás állandóságának biztosítása érdekében az emittert és a fotoellenállást mereven összeragasztják epoxigyanta , optikai ragasztó vagy vazelinszerű polimer alapú átlátszó keverékkel [44] . A LED-ekre jellemző fókuszálás és keskeny sugárzásirány nem megengedett az optocsatolókban: ha keskeny fénysugár esik a fémezés határára és a fotoellenállás nyitott felületére, akkor az emitter legkisebb elmozdulása az interfészhez képest jelentősen megváltozik. a fotoellenállás által rögzített fényáram [45] . Ezért a LED-es optocsatolókban a ragasztó további fényszórási funkciót lát el.
Az ideális RO átviteli karakterisztikája, amelyet általában a fotoellenállás ellenállásának az emitteren átmenő áramtól való függőségeként ábrázolnak, az emitter amperlux jellemzőjének, az emitter és a fotoellenállás optikai csatolási együtthatójának, valamint a spektrális illesztésnek a deriváltja. az emitter és a fotoellenállás, valamint a fotoellenállás luxomikus jellemzői [7. megjegyzés] . A fényellenállás kristályának LED általi effektív megvilágítása az üzemi áramok teljes tartományában arányos a vezérlőárammal. Az izzólámpáknál az áram és a hasznos megvilágítás közötti kapcsolat csak empirikusan állapítható meg: a lámpa fényereje nem lineárisan függ az áramtól, miközben a sugárzási spektrum az áramerősség növekedésével folyamatosan eltolódik. A fotoellenállás tulajdonságai függnek a hőmérséklettől, a kapcsai feszültségétől, az élettartamtól, de különösen a felhalmozott "fénytörténettől" (memóriaeffektus). Ezért a gyakorlatban az átviteli karakterisztika valószínű értékek sávja .
A fotoellenállás egyenértékű áramköre három ellenállásból áll:
R T és R f (de nem R OST ) csökken a fotoellenállás lábain lévő feszültség növekedésével, ami a kimeneti jel nemlineáris torzulását idézi elő [45] . Alacsony fényviszonyok mellett a kadmium fotoellenállás impedanciája pozitív hőmérsékleti ellenállási együtthatóval (TCC) rendelkezik, amely körülbelül 1%-kal nő a hőmérséklet 1 °C-os növekedésével [47] [48] . A megvilágítás növekedésével a TCS egyaránt növekedhet és csökkenhet, és pozitív előjelről negatívra változhat [49] .
A kadmium fotoellenállások kifejezett memóriaeffektussal rendelkeznek: a fotoellenállás ellenállása egyéb tényezők azonossága mellett a felhalmozott "fénytörténettől" függ [50] . A kellően hosszú ideig sötétben tartott fotoellenállás túlzottan reagál a fényre. Közvetlenül a fotoellenállás állandó intenzitású Ф fénnyel való besugárzása után az ellenállása alacsony kezdeti R MIN (Ф) értékre csökken . Ezután az ellenállás lassan egy állandó R (F) értékre nő . Ellenkező esetben, amikor a fotoellenállást hosszú ideig nagy intenzitású fénnyel sugározták be ( Ф 0 >> Ф KR ), alacsonyabb megvilágítási szintre való átállással Ф az ellenállás R MAX (Ф) értékre nő , majd lassan. R (Ф) szintre csökken . Az emitter és a fotoellenállás által disszipált teljesítmény változása elkerülhetetlenül befolyásolja az utóbbi hőmérsékletét, ezért a gyakorlatban a fényhez való alkalmazkodás az ellenállás termikus eltolódásával jár együtt.
A fényhez való alkalmazkodás sebessége nem lineárisan növekszik a megvilágítás szintjével, és az új megvilágítási szinthez való alkalmazkodás idejét percekben vagy órákban mérik. A fényforrás kikapcsolása után a fotoellenállás ellenállása R T -re nő , azonban a fotoellenállás "emlékezik" a felhalmozott "fénytörténetre". A sötét adaptáció (az eredeti sötét állapotba való visszatérés) általában körülbelül nyolc órát vesz igénybe, de egyes műszerekben a maradványhatások hetekig is eltarthatnak [6] . A gyakorlatban a garantált teljes alkalmazkodás ideje 24 órának felel meg [5] .
Az R MAX / R MIN arányban kifejezett memóriaeffektus mélysége gyenge fényviszonyok mellett a legnagyobb. A PerkinElmer által gyártott modern RO fotoellenállások esetében ez az arány 1,5-1,6 0,1 lux megvilágítás mellett ; 1000 lux megvilágításnál 1,05-1,10-re csökken ( R MAX és R MIN aszimptotikusan megközelíti az ROST -t ) [50] . Az USA-ban még 2001-ben gyártottak gyors, kis ellenállású fotoellenállásokat, amelyekben az R MAX / R MIN arány elérte az 5,5 értéket [50] , de 2009-re kikerültek az értékesítésből [51] . A nagy ellenállású fotoellenállások általában kevésbé kifejezett memóriaeffektussal rendelkeznek, kevésbé függenek a hőmérséklettől, és lineárisabbak, mint az alacsony ellenállású eszközök – de elvesztik a sebességüket [52] . Az 1960-as években olyan fotoellenállásokat javasoltak, amelyeknek gyakorlatilag nem volt memóriaeffektusa [8. megjegyzés] , de magas fényszinten ezek az eszközök elfogadhatatlanul nagy nemlineáris torzítást mutattak [53] .
RO - lassú eszközök, amelyeket kétféle frekvenciakorlátozás jellemez - a bemeneten és a kimeneten.
A bemeneti (vezérlő, moduláló ) jel effektív frekvenciatartományát a fényforrásnak a bemeneti áram változására adott válaszának késleltetései és a fotoellenállás válaszának késleltetései a megvilágítás változásaira korlátozzák. Az RO vezérlőjel frekvenciájának felső határa 1-250 Hz, a fotoellenállás válaszideje a megvilágítás csökkenésére (az emitter kikapcsolása) 2,5 ms-tól több mint 1 másodpercig [ 4] 9] . A megvilágítás növekedésére adott válasz lényegesen (akár tízszer) gyorsabb, de a gyakorlatban a frekvenciatartományt a legnagyobb késleltetés, azaz a megvilágítás csökkenésére adott válasz korlátozza. Az átlagos megvilágítási szint növekedésével a válaszkésések enyhén csökkennek [4] . A szovjet RO válaszának késleltetésére vonatkozó útlevéladatok általában konzervatívabbak, mint az amerikai eszközök adatai. A GOST [54] szerint a csillapítási időt úgy definiálják, mint „az inverz tranziens normalizált karakterisztika pontjai közötti minimális időintervallumot [normalizált áram vagy normalizált vezetőképesség] 0,9 és 0,1 értékekkel [55] . A specifikációk szerint az RO kikapcsolásának késleltetése annak az időnek felel meg, amely alatt a fotoellenálláson áthaladó áram a kezdeti (fény) áram 20%-ára csökkent [56] . Az amerikaiak időállandóval dolgoznak - az az idő, amely alatt a vezetőképesség vagy az áramerősség a kezdeti érték 27%-ára ( 1/e ) csökken [45] [57] .
A LED bekapcsolási késleltetése néhány vagy tíz nanoszekundum – ezt a gyakorlatban figyelmen kívül hagyják. Az izzólámpák bekapcsolási és kikapcsolási késleltetését tíz, illetve száz milliszekundumban mérik, így az izzólámpákon az RO frekvenciatartománya Hz egységekre korlátozódik. Hálózati feszültség - frekvenciákon és magasabb frekvenciákon az ilyen RO-k a lámpán áthaladó áram effektív effektív érzékelői [30] . A szélességmodulált kimenetekkel rendelkező egychipes mikrokontrollerek minden típusú RO-t vezérelhetnek a PWM jelek további szűrése nélkül.
A kimeneti (vezérelt, modulált) jel frekvenciatartományát az RO parazita kapacitáson keresztüli áramszivárgás korlátozza. A fotoellenállás felületén kialakított fémezett elektródák jelentős területtel és ennek következtében parazita kapacitással rendelkeznek , ami söntöli a fotoellenállás ohmos ellenállását, ezáltal csökkenti az RO dinamikatartományát [58] . A kis méretű RO-k fotoellenállásának sötét interelektródák közötti kapacitása körülbelül 3 pF (nagy megvilágítási szintnél, amely teljesen nyitott fotoellenállásnak felel meg, a kapacitás 2-10-szerese) [58] . Alacsony megvilágítási értékeknél egy ilyen fotoellenállás teljes sötét ellenállása 3 MΩ-ra csökken a hangtartomány felső határán (20 kHz), és 12 kΩ-ra a PAL videojel segédvivő frekvenciáján (4,43 MHz) [58] . Ezért az RO által modulált jel gyakorlati frekvenciatartománya csak hang- és ultrahang frekvenciákra korlátozódik.
A fotoellenállások, valamint a hagyományos makroszkopikus ellenállások zajalakját háromféle zaj határozza meg: termikus (Johnson) zaj , lövészaj és vibrációs zaj [59] . A hangfrekvencia-tartományban túlnyomórészt lövöldözés és vibrálás figyelhető meg, a 10 kHz feletti frekvenciákon a termikus zaj dominál [60] . A gyakorlatban figyelmen kívül hagyják a fotoellenállás zaj hozzájárulását a hasznos jelhez, ha a kapcsai feszültsége nem haladja meg a 80 V-ot [59] . A 80...100 V küszöbérték túllépése esetén jelentős zajnövekedés figyelhető meg [59] .
A fotoellenállás által keltett nemlineáris torzítás a rákapcsolt feszültségtől és a megvilágítástól függ. PerkinElmer szerint a KNI egy adott feszültséghez minimális nagy megvilágítás és a fotoellenállás alacsony ellenállása esetén. A megvilágítás csökkenésével és az ellenállás növekedésével a KNI többszörösére nő. Az egyes fotoellenállások minimális és maximális KNI értékei közötti relatív különbség gyakorlatilag független az alkalmazott feszültségtől [61] .
Ha a fotoellenálláson a feszültség nem haladja meg a küszöbértéket, amely 100 és 300 mV között mozog különböző anyagoknál [61] , akkor a KNI gyakorlatilag független a feszültségtől, és kisebb, mint 0,01% [61] . Ezeknek a maradék torzításoknak a természetét, amelyek spektrumát a második harmonikus uralja , nem állapították meg [59] . A küszöbérték túllépése esetén megjelenik a harmadik harmonikus a spektrumban, a KNI a feszültség négyzetével arányosan növekszik [61] . Elfogadható a jó minőségű hangreprodukciós együttható nemlineáris torzítása 0,1% (-80 dB), általában 500 mV-ig terjedő jelfeszültség esetén [59] . A páros és páratlan felharmonikusok aránya úgy szabályozható, hogy állandó előfeszítő feszültséget adunk a fotoellenállás elektródáira [61] .
A fotoellenállás kimenetei közötti maximális feszültség túllépése, még rövid távon is, elfogadhatatlan [62] . A kis méretű, nagy ellenállású fotoellenállások megengedett legnagyobb feszültségét a kristályfelületen áthaladó áramszivárgás korlátozza, és 100 és 300 V között mozog [62] . A kisfeszültségű fotoellenállások megengedett legnagyobb feszültségét alacsonyabb szintre állítják be, amelyet a kristályon megengedett hőleadás határozza meg [62] . A túlfeszültség mindkét esetben a fémezés katasztrofális, visszafordíthatatlan pusztulását okozza [62] .
Az RO élettartamát az emitter (lámpa vagy LED) élettartama és a fotoellenállás tulajdonságainak megengedett változási tartománya határozza meg [62] . A gyakorlatban a LED élettartama elhanyagolható - ez 10-20 ezer óra (1-7 év folyamatos működés), amely után az optikai kimenet fokozatos csökkenése kezdődik [62] . Az áramkorlátokon történő munkavégzés felgyorsítja a LED-ek öregedését, ezért folyamatos bekapcsolt állapotban javasolt az áramot a megengedett maximum felére korlátozni [63] . Egy izzólámpa meghibásodása közötti átlagos idő nem haladja meg a 20 ezer órát, maga a meghibásodás pedig szinte azonnal és visszafordíthatatlanul következik be: a lámpatekercs kiég [64] . Az alacsony hatásfok miatt az izzólámpák nagyobb teljesítményt igényelnek, mint a LED-ek, ennek következtében az izzólámpás optocsatoló fotoellenállása a legrosszabb hőviszonyok között működik [65] .
A fotoellenállás öregedési folyamata visszafordíthatatlan és a készülék teljes élettartama alatt tart. Ha a fotoellenállás kristály hőmérséklete nem haladja meg a megengedett határértéket (általában nem több, mint +75 °C), akkor a folyamatos működés minden évében a fotoellenállás sötét ellenállása 10%-kal csökken [66] . A küszöbérték túllépése esetén az öregedés felgyorsul, +150 °C hőmérsékleten az oszcilloszkóp képernyőjén visszafordíthatatlan (de nem katasztrofális) ellenállásváltozások figyelhetők meg - néhány percen belül a fotoellenállás többszörösére csökken [6 ] . A fotoellenállások korlátozó teljesítményveszteségét általában +25 °C-os környezeti hőmérsékletre adják meg; magasabb hőmérséklet esetén a teljesítményhatár minden további +25 °C feletti fok esetén 2%-kal csökken (azaz +75 °C-on a megengedett teljesítmény nullára csökken - a készülék működése tilos) [67] . Meg kell jegyezni, hogy a kristály nagyobb területe miatt a fotoellenállások jobban ellenállnak a megengedett teljesítmény rövid távú túllépésének, mint a modern szilícium tranzisztorok , amelyek megengedett teljesítménye megegyezik [62] .
Alacsony hőmérsékleten (kb. -25 °C kis ellenállású és körülbelül -40 °C nagy ellenállású eszközök esetén) a fotoellenállások válaszsebessége meredeken csökken [6] - a fotoellenállások szó szerint „lefagynak”. Leolvasztás után elektromos tulajdonságaik teljesen helyreállnak, azonban a műanyag tokok hőtágulási folyamatai visszafordíthatatlan mechanikai károsodásokhoz vezethetnek. A fémházas szovjet optocsatolókat általában –60 °C-ig terjedő hőmérsékleten való működésre tervezték [68] , de ilyen hőmérsékleten az útlevél válaszadási késleltetése 4 másodpercre nő [69] .
A nagy ellenállású fotoellenállású, 220 V-os váltóáramú áramkörökben működni képes optocsatolók kis teljesítményű egyenáramú vagy váltakozó áramú relékként használhatók normál nyitott "érintkezőkkel". Az ilyen RO-k „majdnem ideális eszközök” [56] elektrolumineszcens indikátorok meghajtására : egy optocsatoló fotoellenállás és egy kapcsolt terhelés soros áramköre közvetlenül csatlakozik a váltakozó áramú hálózathoz [70] .
A legegyszerűbb jelszint-szabályozó áramkörökben az optocsatoló fotoellenállása a feszültségosztó felső (soros csatlakozás) vagy alsó (söntcsatlakozás) karjában található [71] .
A soros csatlakozás nagyobb szabályozási tartományt (-80 dB-ig) biztosít DC és alacsony frekvenciákon. A szabályozást nehezíti az ellenállás szabályozó áramtól való függésének rendkívüli nemlinearitása [72] . A dinamikus tartomány parazita kapacitás miatti szűkülése már több száz Hz-es frekvencián is észrevehető [72] . Az osztó átviteli együtthatójának növekedési sebessége (a vezérlőáram növekedésére adott válasz) lényegesen nagyobb, mint a csökkenésének sebessége (reakció a vezérlőáram csökkenésére vagy leállására) [72] . Alacsony osztóerősítésnél (-10 dB és ez alatt) szinte a teljes jelforrás feszültsége a fotoellenállásra esik, ami viszonylag nagy nemlineáris torzítást generál [72] .
A söntcsatlakozás simább átviteli karakterisztikával, alacsonyabb szintű nemlineáris torzítással rendelkezik, de az átviteli együttható beállítási mélysége -60 dB-re korlátozódik [73] . Ez a korlátozás megszűnik, ha két söntosztót sorba kapcsolunk [73] . A kétfokozatú sönt átviteli karakterisztikája meglehetősen egyenletes marad, ha a vezérlőáramot antilogaritmikus potenciométerrel állítják be [73] . Az átviteli együttható növekedési sebessége (válasz a vezérlőáram csökkenésére vagy leállására) sokkal lassabb, mint a csökkenés sebessége (válasz a vezérlőáram növekedésére) [73] .
A sima átviteli jellemzők, az alacsony torzítás, a nagy beállítási tartomány, valamint a közel azonos elfordulási és esési sebességek legjobb kombinációja a két optocsatolóból és egy soros ellenállásból álló soros párhuzamos áramkörökben érhető el [74] . Az ilyen áramkörben a felső és az alsó RO emittereit egy dióda-ellenállás osztó komplementer árama táplálja, amelyet a használt optocsatolók jellemzői alapján választanak ki. Az ilyen áramkörök frekvenciakorlátozása hasonló az RO soros csatlakozásához [74] .
Az osztóvezérlő feszültségáramkörök hatékonyan tudják kompenzálni a PO LED [75] hőeltolódását, de nem tudják kompenzálni a fotoellenállás memóriaeffektusát és hőeltolódását. A fotoellenállásban végbemenő folyamatok kompenzálására egy második (vezérlő) fotoellenállásra van szükség, amely ugyanolyan feltételek mellett (megvilágítás, hőmérséklet) van, mint a fő (moduláló) eszköz. Ha a feszültség a két fotoellenálláson viszonylag kicsi, akkor feltételezhetjük, hogy kristályaik hőmérséklete egyenlő, a „fénytörténet” azonos, és ennek eredményeként az ellenállásaik egyenlőek egymással [76] .
A legjobb nyomkövetési pontosságot a kétellenállásos optocsatolók biztosítják, amelyekben a fő és a vezérlő fotoellenállást közös chipen alakítják ki. Lehetőség van két hagyományos optocsatoló alkalmazására is, amelyek emitterei sorba vannak kötve (ebben az esetben a fő és a vezérlő fotoellenállás galvanikusan leválasztható egymástól).
A vezérlő fotoellenállás egy stabilizált feszültségosztó vagy mérőhíd része. A hibaerősítő összehasonlítja az osztó felezőpontjában lévő feszültséget a célértékkel, és úgy állítja be az emitter áramát, hogy a felezőpont feszültsége megegyezzen a célértékkel. A különféle visszacsatoló hurok sémák lehetővé teszik az áramkör arányos, fordítottan arányos, darabonkénti lineáris , logaritmikus stb. átviteli jellemzőinek megvalósítását. Lineáris vezérlési karakterisztikával az optocsatoló analóg szorzóvá alakul : a fotoellenálláson áthaladó áram arányos a fotoellenálláson lévő feszültség és a vezérlőfeszültség szorzatával [77] [78] .
A Szovjetunióban a kis méretű RO-kat hangjel-kompresszorokban használták a távolsági telefonkommunikációban. Az RO izzólámpát a műveleti erősítő (op-amp) kimenetére, a fotoellenállást a nem invertáló erősítő visszacsatoló feszültségosztójára az op-amp-ra kötöttük . A kimeneti feszültségtől függően az áramkör erősítése 1:1 és 1:10 között változott [79] .
Hasonló áramkörök a vezérlőáramkör állítható időállandójával továbbra is használatosak a professzionális audioberendezésekben ( jelkorlátozók és -kompresszorok , zajszűrő áramkörök ). Az Applied Research & Technology (ART Audio) szerint a Vactrol optocsatolóval ellátott vákuumcsöves kompresszorok 0,25 ms-os felfutási időt, 0,1% KHP és -99 dBu mellett akár 150 ms-os esési időt biztosítanak [80] .
Az USA-ban a General Electric által gyártott RO -kat ipari és katonai célokra szolgáló váltóáramú feszültségstabilizátorokban használják [30] . A GE stabilizátorok egy autotranszformátorra épülnek , amelyet egy pár teljesítmény tirisztor szerelvény vezérel. Az optocsatoló előtétellenállással védett izzólámpája az AC kimenetre csatlakozik. A lámpa a kimeneti feszültség RMS értékét osztja ki, gyakorlatilag nem reagál a rövid távú feszültséglökésekre és az ipari áramhálózatokra jellemző szinusz alakú hosszú távú torzulásokra [30] . Az optocsatoló kadmium fotoellenállása a mérőhíd egyik karjában található , amely kiemeli a visszacsatoló áramkörben lévő hibajelet [30] .
A Fender első tremolo erősítőjében [ 3. megjegyzés] , amelyet 1955-ben adtak ki [81] , a tremolo oszcillátor szabályozta az előkimeneti fokozat előfeszítő feszültségét. Az oszcillátor jele elkerülhetetlenül átkerült az erősítő kimenetére, észrevehető felhangokat generálva [82] . Az 1960-as évek elején Fender és Gibson optocsatolót használt tremolo modulátorként, fotoellenállással egy blokkolókondenzátoron és egy vezérlő potenciométeren keresztül az előerősítő kimenete és a föld között. Amikor az áram átfolyt a lámpán, a fotoellenállás az előerősítő kimenetét a földre söntötte, és a kimeneti szint leesett. Ebben a sémában a vezérlőjel kimenetre jutását kizártuk [82] . A modulációs mélységet az előlapon elhelyezett, viszonylag kis ellenállású [10. megjegyzés] potenciométer szabályozta. A potenciométer helyzetétől függetlenül a modulátor jelentősen csökkentette az előző fokozat erősítését, így az előerősítőnek erősítési ráhagyással kellett rendelkeznie, a modulátor áramkör fizikai megszakadása pedig nemcsak a szintet, hanem az erősítő hangszínét is megváltoztatta. [26] .
A Gibson erősítőkben a fotoellenállást izzólámpával vezérelték, ami viszonylag nagy (lámpatechnológiai) áramot igényelt. Az optocsatoló felépítése az "áram" 6C4 triódáért vagy a 12AU7 kettős trióda feléért volt felelős. (útlevél üzemi áram 20mA-ig). A Fender az izzólámpát neonlámpára cserélte, ami lehetővé tette a modulációs frekvencia [83] növelését és az optocsatoló kis teljesítményű triódával való meghajtását ( 12AX7 fele ). A Gibson erősítők sima vibrációjával ellentétben azonban a Fender neonlámpáját be- és kikapcsolták, ami kevésbé dallamosította a hatást [84] . Emiatt a független gitáreffekt-gyártók (Univibe) az izzólámpák használatát választották [85] .
1968-ban Darr az optocsatoló modulátort "új módszernek" nevezte a tremolo oszcillátor és az erősítő összekapcsolására [82] , de az optocsatoló napjai a tömeggyártásban meg voltak számlálva. A rockzene gyakorlatilag elérhetetlen kimeneti teljesítményt követelt meg a szelepáramkörökben, és 1967-re a nagy gitárerősítők gyártói áttértek a tranzisztoros áramkörökre . Gibson több éven át folytatta a tremolo optocsatoló használatát a tranzisztoros erősítőkben (a feladatot megkönnyítette az előerősítő fokozatokban a térhatású tranzisztorok alkalmazása , amelyek jól illeszkedtek a sönt fotoellenálláshoz) [87] . Az 1973-as Gibson G100A tranzisztoros erősítőben az optocsatolót más kapacitásban használták - ott a pedál vagy egy külső generátor jelére simán rákötötte a dióda jelkorlátozót [88] . Szintén 1973-ban Gibson felhagyott az optocsatolókkal, és azokat szabályozott ellenállású FET -ekre cserélte [89] .
Az RO egy egyszerű és kényelmes eszköz oszcillátorok, szűrők és erősítők frekvenciahangolására analóg szintetizátorokban . A Sallen-Kee feszültségvezérelt RC szűrők megvalósítása különösen egyszerű : az optocsatoló közel exponenciális függőséget biztosít a vágási frekvenciának a vezérlőáramtól, még alapsávi visszacsatolás nélkül is [90] . Az RO korlátozott frekvenciatartománya miatt azonban a legtöbb szintetizátortervező az 1970-es és 1980-as években ( ARP, Korg , Moog , Roland és mások) inkább más áramköri megoldásokat használtak [11. megjegyzés] . 2012 februárjától az RO szintetizátor modulok kiadása az EAR -rel folytatódik[91] (USA) és Doepfer(Németország) régi készletekből értékesíti őket [92] .
A LED [12. megjegyzés] és egy kis ellenállású fotoellenállás soros csatlakoztatása az optocsatolót áramimpulzusokkal vezérelt bistabil cellává alakítja (reteszelő, memóriacella) - az elektromechanikus relék reteszének analógja . Az optocsatoló LED-je a retesz állapotának vizuális jelzőjeként szolgálhat. A tápfeszültség bekapcsolásakor a LED-en és a fotoellenálláson áthaladó áram nulla, a cella kimenetén a feszültség megközelíti a tápfeszültséget. Ha bejövő áramimpulzust adunk a LED-re, a LED világít, a fotoellenállás ellenállása csökken, a kimeneti feszültség kb. 2 V-ra csökken. A cella bekapcsolt állapotban reteszelődik. A kikapcsoláshoz rövidre zárja le a LED-et a testtel. A fotoellenállás ellenállása megnő, a kimenet ismét magasra megy [93] [94] .
Az RO-kat az amatőr rádiókommunikációban precíziós, távolról állítható Beveridge antennalezáróként használják . és etetővonalak . Egy tipikus konfigurációban az RO egy lezárt dobozban van elhelyezve az antenna távolabbi (a rádióállomástól) végén [95] [96] . Az RO-sugárzón áthaladó áram beállításával a kezelő úgy állítja be az antennát, hogy maximálisan elnyomja a kardioid sugárzás nulláját. Connelly szerint az optocsatoló trimmelése hatékonyabban elnyomja a nullát, mint a fix ellenállású trimm [97] . Zivatar idején a vezetékek, amelyeken keresztül az RO vezérlőárama folyik, veszélyes túlfeszültségnek vannak kitéve . Ezeket neonlámpákkal vagy hasonló túlfeszültség-levezetőkkel a földre kell sönteni [96] .