Czy dioda w transoptorze rzeczywiście świeci?

Transoptor będący twórczym połączeniem tranzystora i diody LED nie należy do grona podstawowych elementów elektronicznych. Nie jest on tak często spotykany, jak rezystory i kondensatory, ale swoją niszę znalazł w konkretnym rodzaju zastosowań, przede wszystkim dzięki swojej unikalnej budowie. Tak jak w klasycznym tranzystorze bipolarnym jedno z wyprowadzeń, nazywane bazą, pełni rolę pinu sterującego prądem przepływającym między kolektorem a emiterem, tak tranzystor w transoptorze jest tego wyprowadzenia pozbawiony. Funkcję zarządzającą przepływającymi nośnikami ładunku pełni tutaj światło, a dokładniej fotony emitowane przez umieszczoną tuż obok strukturę diody LED. Tego typu konstrukcja, choć może dziwić, ma jedną konkretną zaletę. Obwód tranzystora i diody LED jest oddzielony galwanicznie. Oznacza to, że nie potrzebujemy punktu wspólnego, co przydaje się przede wszystkim w sprzętach, gdzie chcemy oddzielić obszary niskiego i wysokiego napięcia. Dzięki transoptorom możemy kontrolować prąd przepływający po tak zwanej stronie gorącej, niewielkim napięciem, które sterować będzie diodą LED. Z tego też powodu transoptory znajdziemy głównie w sekcjach zasilania.

Dioda i tranzystor, nie wiem jak was, ale mnie zawsze zastanawiało, czy LED umieszczony wewnątrz obudowy naprawdę świeci. A jeśli tak, to, jak takie światło wygląda w rzeczywistości. Zazwyczaj transoptory zamknięte są w szczelnej, monolitycznej obudowie, ale jakiś czas temu udało mi się zdobyć ciekawe elementy, które mam nadzieję, pozwolą odpowiedzieć na tytułowe pytanie?

Rozczarowujący К249КП1

Spore nadzieje wiązałem z Radzieckim układem К249КП1. Egzemplarze, które możecie zobaczyć na fotografii, pochodzą z 1989 roku i przeznaczone są do montażu „powierzchniowego”. We wnętrzu tego chipa znalazły się tak naprawdę dwa osobne transoptory, na swój sposób wyjątkowe, bo w tym rozwiązaniu jedno z wyprowadzeń rzeczywiście pełni rolę bazy tranzystora, pomimo że ten sterowany jest światłem diody.

Tego typu niewielkie, metalowe obudowy są niezwykle łatwe do otwarcia. Ich górna „klapka” jest przylutowana, także wystarczy lekki strumień gorącego powietrza, a naszym oczom ukaże się wnętrze układu scalonego.

W taki właśnie sposób wygląda transoptor, a w zasadzie transoptory, bo jest ich para. Są one identyczne, dlatego skupmy się na tym z prawej strony. Widzimy tutaj dwie krzemowe struktury, połączone ze sobą. Nieco większa umieszczona na spodzie to właśnie tranzystor, widzimy jego dwa wyprowadzenia, kolektor i emiter połączone z zewnętrznymi pinami. Co więcej, widoczne jest też miejsce do podłączenia bazy, tutaj pozostawione samotnie. Fakt ten nie jest zgodny z dokumentacją, bo jak wspominałem, według niej baza powinna być też dostępna z zewnątrz, co jednak eksperymentalnie potwierdziłem, nie jest prawdą. Przez chwilę myślałem, ze być może baza tranzystora połączona jest z metalizowaną warstwą na samym spodzie struktury, jednak takie rozwiązanie nie byłoby zbyt dobrym pomysłem, bo wówczas połączylibyśmy oba transoptory. Podejrzewam też, że tranzystor ten może być jakąś uniwersalną strukturą, montowana też jako pojedynczy element i tutaj pełniący po prostu rolę fototranzystora.

Na tranzystorze umieszczony został niewielki koralik będący związkiem arsenku galu i aluminium, to właśnie jest dioda LED, której światło zarządza przepływającym prądem. Całość jest ze sobą połączona, dość twardym klejem bądź czymś w rodzaju żywicy.

Związek GaAlAs sugeruje raczej na pewno, że dioda emituje fale z zakresu podczerwieni, przez co dostrzeżenie jej gołym okiem jest niemożliwe. Przeprowadziłem kilka eksperymentów, gdzie na strukturę skierowany był obiektyw kamery, ale niestety żadnego światła nie da się zauważyć. Struktury połączone są na tyle szczelnie, a moc diody jest na tyle mała, że nie jesteśmy w stanie dostrzec jej działania.

Polski transoptor CNAP11

Poza układami zza wschodniej granicy udało mi się też zdobyć parę transoptorów CNAP11 wyprodukowanych w CEMI. Jest to już nieco bardziej klasyczna konstrukcjo o czterech wyprowadzeniach, gdzie w metalowym kapeluszu typowym dla epoki umieszczono pojedynczą parę dioda – fototranzystor.

W tym przypadku, dostanie się do wnętrza jest nieco trudniejsze i wymaga ostrożnego manipulowania mini szlifierką, ale przez fakt, że we wnętrzu całość zalana została przezroczystym tworzywem szanse, że wszystko przetrwa nienaruszone są znacznie większe.

W tym przypadku budowa wewnętrzna jest już nieco inna. Do spodu obudowy przytwierdzona została struktura świecąca, jest to widoczny tutaj prostopadłościan o białym wierzchu i czarnych ściankach. Emitowane przez diodę fotony trafiają na strukturę tranzystora, której nie widać na fotografii, a która przyklejona jest do metalowej elki umieszczonej powyżej diody.

W tym przypadku całość wyglądała już nieco bardziej obiecująco, miałem nadzieję, że coś uda się dostrzec, choć tutaj również mówimy o świetle z zakresu podczerwieni, którego nie da się dostrzec gołym okiem.

Dostrzeżenie jakiegokolwiek światła było dość trudne, ale się udało. Ustawiając transoptor w całkowitej ciemności z minimalnym blaskiem, tak aby aparat mógł złapać ostrość, udało mi się wykonać kilka fotografii świecącej i nieświecącej diody. Różnica jest naprawdę minimalna, ale po podaniu odpowiedniego napięcia można zauważyć minimalną poświatę w miejscu krzemowej struktury. To właśnie jest światło, które zazwyczaj zamknięte jest szczelnie w obudowie transoptora, i które steruje przepływającym przez tranzystor prądem.

Transoptor, w którym naprawdę można zobaczyć światło

Historyczną ciekawostką może być element produkowany przez Raytheon i oznaczany jako CK2000. Jest to naprawdę wiekowy już transoptor, którego światło można dostrzec gołym okiem. W jego wnętrzu umieszczona była klasyczna żarówka wraz z krzemowym elementem. Takie rozwiązanie było jednak dość mocno zawodne, zwłaszcza przez krótki czas życia żarówki, ale w ówczesnych czasach, przed powstaniem diody LED było to jedyny sposób budowy transoptorów.