Apakah optocoupler, cara ia berfungsi, ciri utama dan di mana ia digunakan

Pasangan "pemancar optik - penerima optik" telah lama digunakan dalam elektronik dan kejuruteraan elektrik. Komponen elektronik di mana penerima dan pemancar terletak dalam perumahan yang sama dan terdapat pautan optik di antara mereka dipanggil optocoupler atau optocoupler.

Peranti optocoupler

Optocoupler terdiri daripada pemancar optik (pemancar), saluran optik dan penerima isyarat optik. Pemancar foto menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik. Pemancar dalam kebanyakan kes ialah LED (model terdahulu menggunakan mentol lampu pijar atau neon). Penggunaan LED adalah tidak berprinsip, tetapi ia lebih tahan lama dan boleh dipercayai.

Isyarat optik dihantar melalui saluran optik ke penerima. Saluran ditutup - apabila cahaya yang dipancarkan oleh pemancar tidak melampaui badan optocoupler. Kemudian isyarat yang dihasilkan oleh penerima disegerakkan dengan isyarat pada input pemancar.Saluran sedemikian adalah udara atau diisi dengan sebatian optik khas. Terdapat juga optocoupler "panjang", saluran di mana gentian optik.

Jika optocoupler direka sedemikian rupa sehingga sinaran yang dihasilkan, sebelum sampai ke penerima, meninggalkan perumahan, saluran sedemikian dipanggil terbuka. Dengan itu, anda boleh mendaftarkan halangan yang timbul di laluan pancaran cahaya.

Pengesan foto melakukan penukaran songsang isyarat optik kepada isyarat elektrik. Penerima yang paling biasa digunakan ialah:

1. Fotodiod. Biasanya digunakan dalam talian komunikasi digital. Keturunan mereka kecil.
2. Fotoperintang. Ciri mereka ialah kekonduksian dua hala penerima. Arus melalui perintang boleh pergi ke mana-mana arah.
3. Phototransistor. Ciri peranti sedemikian ialah keupayaan untuk mengawal arus transistor baik melalui optotransmitter dan melalui litar keluaran. Digunakan dalam kedua-dua mod linear dan digital. Jenis optocoupler yang berasingan - dengan transistor kesan medan berlawanan selari. Peranti sedemikian dipanggil geganti keadaan pepejal.
4. Photothyristors. Optocoupler sedemikian dibezakan oleh peningkatan kuasa litar keluaran dan kelajuan pensuisannya; peranti sedemikian mudah digunakan dalam mengawal elemen elektronik kuasa. Peranti ini juga dikategorikan sebagai geganti keadaan pepejal.

Litar mikro optocoupler telah meluas - pemasangan optocoupler dengan strapping dalam satu pakej. Optocoupler tersebut digunakan sebagai peranti pensuisan dan untuk tujuan lain.

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan pertama yang dinyatakan dalam instrumen optik ialah ketiadaan bahagian mekanikal.Ini bermakna semasa operasi tidak ada geseran, haus, percikan sesentuh, seperti dalam geganti elektromekanikal. Tidak seperti peranti lain untuk pengasingan galvanik isyarat (pengubah, dll.), optocoupler boleh beroperasi pada frekuensi yang sangat rendah, termasuk arus terus.

Di samping itu, kelebihan pengasingan optik ialah gandingan kapasitif dan induktif yang sangat rendah antara input dan output. Disebabkan ini, kebarangkalian penghantaran impuls dan gangguan frekuensi tinggi dikurangkan. Ketiadaan sambungan mekanikal dan elektrik antara input dan output menyediakan kemungkinan pelbagai penyelesaian teknikal untuk penciptaan kawalan tanpa sentuh dan litar pensuisan.

Walaupun terdapat batasan dalam reka bentuk sebenar dari segi voltan dan arus untuk input dan output, secara teori tidak ada halangan asas untuk meningkatkan ciri-ciri ini. Ini membolehkan anda membuat optocoupler untuk hampir semua tugas.

Kelemahan optocoupler termasuk penghantaran isyarat sehala - adalah mustahil untuk menghantar isyarat optik dari pengesan foto kembali ke pemancar. Ini menyukarkan untuk mengatur maklum balas mengikut tindak balas litar penerima kepada isyarat pemancar.

Reaksi bahagian penerima boleh dipengaruhi bukan sahaja dengan menukar sinaran pemancar, tetapi juga dengan mempengaruhi keadaan saluran (penampilan objek pihak ketiga, mengubah sifat optik medium saluran, dll.). Kesan sedemikian juga boleh bersifat bukan elektrik. Ini memperluaskan kemungkinan menggunakan optocoupler. Dan ketidakpekaan terhadap medan elektromagnet luaran membolehkan anda mencipta saluran penghantaran data dengan imuniti bunyi yang tinggi.

Kelemahan utama optocoupler ialah kecekapan tenaga rendah yang dikaitkan dengan kehilangan isyarat semasa penukaran isyarat berganda. Juga kelemahan ialah tahap hingar intrinsik yang tinggi. Ini mengurangkan sensitiviti optocoupler dan mengehadkan skop aplikasinya di mana kerja dengan isyarat lemah diperlukan.

Apabila menggunakan optocoupler, pengaruh suhu pada parameter mereka juga mesti diambil kira - ia adalah penting. Di samping itu, kelemahan optocoupler termasuk kemerosotan ketara unsur semasa operasi dan kekurangan teknologi tertentu dalam pengeluaran yang berkaitan dengan penggunaan pelbagai bahan semikonduktor dalam satu pakej.

Ciri-ciri optocoupler

Parameter optocoupler terbahagi kepada dua kategori:

• mencirikan sifat peranti untuk menghantar isyarat;
• mencirikan penyahgandingan antara input dan output.

Kategori pertama ialah pekali pemindahan semasa. Ia bergantung kepada emisitiviti LED, sensitiviti penerima dan sifat saluran optik. Pekali ini adalah sama dengan nisbah arus keluaran kepada arus masukan dan bagi kebanyakan jenis optocoupler ialah 0.005 ... 0.2. Untuk elemen transistor, pekali pemindahan boleh mencapai 1.

Jika kita menganggap optocoupler sebagai empat kutub, maka ciri inputnya ditentukan sepenuhnya oleh CVC opto-emitter (LED), dan output - oleh ciri penerima. Ciri pas-lalu biasanya bukan linear, tetapi sesetengah jenis optocoupler mempunyai bahagian linear. Jadi, sebahagian daripada CVC optocoupler diod mempunyai kelinearan yang baik, tetapi bahagian ini tidak begitu besar.

Elemen perintang juga dinilai dengan nisbah rintangan gelap (dengan arus input sama dengan sifar) kepada rintangan cahaya. Untuk optocoupler thyristor, ciri penting ialah arus pegangan minimum dalam keadaan terbuka. Parameter penting optocoupler juga termasuk kekerapan operasi tertinggi.

Kualiti pengasingan galvanik dicirikan oleh:

• voltan maksimum yang digunakan pada input dan output;
• voltan maksimum antara input dan output;
• rintangan penebat antara input dan output;
• kapasiti laluan.

Parameter terakhir mencirikan keupayaan isyarat frekuensi tinggi elektrik untuk bocor dari input ke output, memintas saluran optik, melalui kapasitansi antara elektrod.

Terdapat parameter yang membolehkan anda menentukan keupayaan litar input:

• voltan tertinggi yang boleh digunakan pada terminal input;
• arus maksimum yang boleh ditahan oleh LED;
• penurunan voltan merentasi LED pada arus undian;
• Voltan Input Songsang - Voltan kekutuban songsang yang boleh ditahan oleh LED.

Untuk litar keluaran, ciri-ciri ini ialah arus keluaran dan voltan maksimum yang dibenarkan, serta arus bocor pada arus masukan sifar.

Skop optocoupler

Optocoupler dengan saluran tertutup digunakan di mana, atas sebab tertentu (keselamatan elektrik, dsb.), penyahgandingan diperlukan antara sumber isyarat dan bahagian penerima. Contohnya, dalam gelung maklum balas menukar bekalan kuasa - isyarat diambil dari output PSU, disalurkan ke elemen penyinaran, kecerahannya bergantung pada tahap voltan.Isyarat bergantung pada voltan keluaran diambil dari penerima dan disalurkan kepada pengawal PWM.

Serpihan litar bekalan kuasa komputer dengan dua optocoupler ditunjukkan dalam rajah. Optocoupler atas IC2 mencipta maklum balas yang menstabilkan voltan. IC3 bawah beroperasi dalam mod diskret dan membekalkan kuasa kepada cip PWM apabila voltan siap sedia ada.

Pengasingan galvanik antara sumber dan penerima juga diperlukan oleh beberapa antara muka elektrik standard.

Peranti dengan saluran terbuka digunakan untuk mencipta penderia untuk mengesan sebarang objek (kehadiran kertas dalam pencetak), suis had, pembilang (objek pada penghantar, bilangan gigi gear dalam manipulator tetikus), dsb.

Geganti keadaan pepejal digunakan di tempat yang sama dengan geganti konvensional - untuk menukar isyarat. Tetapi penyebaran mereka dihalang oleh rintangan saluran yang tinggi dalam keadaan terbuka. Ia juga digunakan sebagai pemacu untuk unsur elektronik keadaan pepejal kuasa (transistor kesan medan berkuasa atau IGBT).

Optocoupler telah dibangunkan lebih daripada setengah abad yang lalu, tetapi penggunaannya yang meluas bermula selepas LED menjadi mampu milik dan murah. Kini semua model baru optocoupler sedang dibangunkan (sebahagian besarnya, litar mikro berdasarkannya), dan skopnya hanya berkembang.

Artikel yang serupa: