Optoelektronika

Principi optoelektronike

Pojam optoelektronika obuhvata sve proizvode i procese za pretvaranje podataka ili energije u svjetlo - i obrnuto.

Tipični primjeri su PC monitor, TV i LED svjetlo, ali i DVD, detektor pokreta i laserski daljinomjer.

Najjednostavniji način razlikovanja komponenti optoelektronike je njihova funkcija, odnosno aktivna i pasivna komponenta te rad s vidljivom ili nevidljivom svjetlošću kao što je infracrveno ili UV zračenje.

Aktivni ugradbeni elementi

Pod aktivnim podrazumijevamo u ovom kontekstu one elemente koji emitiraju elektromagnetsko zračenje u vidljivom ili nevidljivom području.  Skoro u potpunosti se zasnivaju na principu svjetlosne diode (svjetlosna dioda, ukratko:  LED), stoga se vrlo lako instaliraju, štede energiju i dugo traju.

Zasloni i prikazi
Najistaknutiji predstavnici zaslona i prikaza su 7-segmentni i alfanumerički prikazi za prikazivanje brojeva i slova, kao i onih s tačkastom matricom.  Ovdje se koriste pojedinačno kontrolirane LED diode, ugrađene u četverokutno kućište koje se može izravno zalemiti na PCB mikrokontroler.  Crvene, žute i zelene su najčešće korištene boje LED-a, najvažnije polje primjene su informacije o statusu električnog ili elektroničkog uređaja.  Primjeri su prikaz vremena i frekvencije radiouređaja ili postavka snage mikrovalne pećnice.

LED-ovi za vidljivo svjetlo

Mala, energetski štedljiva, ponekad vrlo svijetla i izuzetno izdržljiva "žarulja" već neko vrijeme istiskuje halogene i fluorescentne svjetiljke.   Ono što mnogi ne znaju:  LED je optoelektronika par excellence, jer se sastoji od poluvodiča koji pretvara električnu energiju izravno u svjetlo.  Raspon LED-ova i pribora kreće se od LED-lampica do LED-signalnih svjetala i LED dioda područja do LED traka i LED-ova velike snage.  Posljednji su, primjerice, ugrađeni u izuzetno svijetle svjetiljke i prikladni su kao zamjena za halogene vanjske svjetiljke.

Infracrveni odašiljači

Infracrveni uređaji su po izgledu i tehnologiji slični LED svjetlima vidljive svjetlosti.  U njima se, međutim, generira toplinsko zračenje (= infracrveno).  Uglavnom se koriste za unutarnju ili vanjsku rasvjetu koja je neprimjetna golim okom.  Međutim, nadzorne kamere i uređaji za noćno gledanje opremljeni IC reflektorima također mogu primati infracrveno svjetlo preko svojih posebnih čipova za snimanje, prikazati sliku na zaslonu i, ako je potrebno, pohraniti je.

 UV-Emiteri

Ultraljubičasto svjetlo se koristi u optoelektronici za stvrdnjavanje fotorezista, sterilizaciju i provjeru novčanica.  Kao i infracrveno, UV zračenje je nevidljivo ljudskom oku - i stoga je opasno!  Prilikom rukovanje ne smije ni pod kojim uvjetima gledati u UV emiter, kao posljedica može biti oštećenje mrežnice.

Nudi UV zrake u normalnoj LED verziji, kao i komponentu za lemljenje izravno na ploči (površinski montirani uređaj, ukratko:  SMD).  Snažni tipovi zahtijevaju sofisticirano upravljanje toplinom jer se tijekom rada zagrijavaju, a kao i svi poluprovodnici mogu se oštetiti zbog prekomjernih temperatura.

Laserske diode

U principu, laserske diode podsjećaju na LED diode za vidljivo i infracrveno zračenje.  Ali u njima se stvara posebno svjetlo:  laserska svjetlost.  To su elektromagnetski valovi visokog intenziteta i vrlo uskog frekvencijskog raspona (koherentna, monokromatska svjetlost).  Budući da se laserska svjetlost može čvrsto povezati i jedva da se širi na velike udaljenosti, laserske diode su najvažnija komponenta, na primjer u laserskim pokazivačima, daljinomjerima, svjetlosnim barijerama, kao iu CD-ovima, DVD-ovima i Blu-ray diskovima.  Za skeniranje medija za pohranu, CD ili DVD koriste crvenu ili infracrvenu vezu, dok Blu-ray diskovi koriste UV laserske diode.  Ova vrsta laserske tehnologije također se koristi kao "predajnik" za prijenos poruka u optičkim mrežama.

Najčešće se koriste laserske diode s vidljivim crvenim svjetlom, ali ugrađene u modul također su dostupne laserske diode sa zelenim ili plavim svjetlom.  Ti moduli često sadrže laserske diode klase 3B, što znači da se njima mora rukovati oprezno, jer snop predstavlja značajnu opasnost za ljude i okoliš.  U Njemačkoj se 3B laser može prijaviti i smije ga izvoditi samo kvalificirano osoblje.

Pasivni ugradbeni elementi

Za razliku od LED-a, pasivne komponente optoelektronike ne emitiraju nikakvo zračenje, ali mogu koristiti i vidljivu i nevidljivu svjetlost.

Fotodiode i fototranzistori

Fotodiode i fototranzistori pretvaraju svjetlost (vidljivo ili u infracrveno područje) u električnu struju ili služe kao otpornici ovisni o osvjetljavanju.  U funkciji foto elementa, fotodioda osigurava izravnu električnu energiju, usporedivu sa solarnom ćelijom.  Za mjerenje svjetline, na fotodiodi postoji kratki spoj, koji zajedno s pojačalom daje naponski signal proporcionalan osvjetljenosti.  Fototranzistor sadrži kombinaciju fotodiode i tranzistora, tako da je fotoelektrična struja pojačana.

IC-prijemnik

Infracrveni prijemnici kao protupožarni uređaj odašilju infracrveno zračenje i registriraju emitirano toplinsko zračenje i prosljeđuju signale pojačalu za daljnju obradu.  Obično je spojen na relej koji, na primjer, uključuje i isključuje napajanje ili prenosi naredbe za kontrolu elektronike.  Najpopularniji primjer je rad televizora:  infracrveni emiter koji se nalazi u daljinskom upravljaču šalje signale različitih frekvencija infracrvenom prijemniku u uređaju, ovisno o pritisku na dugme.  To mijenja program, mijenja glasnoću ili se uključuje ili isključuje.

Kao komponenta, infracrveni prijamnici obično sadrže integrirano predpojačalo.  U čistim infracrvenim detektorima to nedostaje.

Optokopler

Optokapleri su aktivni i pasivni uređaji jer sadrže LED i fotodiodu.  Glavni zadaci optokeplera u elektroničkim uređajima su električna (galvanska) izolacija i filtriranje signala.  To je zbog toga što LED i fotodioda nemaju električnu vezu, ali optički sprežnik ipak osigurava da se signali mogu prenositi - naime pomoću svjetlosnih impulsa koji se prenose na jednoj strani (LED) i primaju na drugoj strani (fotodioda).

Električna izolacija strujnih krugova potrebna je u raznim primjenama, od napajanja struje u adapterima i upravljanja motorom do podatkovne komunikacije i obrade podataka.  Optokapleri eliminiraju elektromagnetske smetnje, osiguravajući sigurno odvajanje signala.