Optocoupler - značilnosti, naprava, uporaba

Kaj je optični sklopnik

Optosklopnik je optoelektronska naprava, katere glavna funkcionalna dela sta vir svetlobe in fotodetektor, ki med seboj nista galvansko povezana, ampak se nahajata v skupnem zaprtem ohišju. Načelo delovanja optičnega sklopnika temelji na dejstvu, da električni signal, ki se nanj nanaša, povzroči sijaj na oddajni strani in že v obliki svetlobe signal sprejme fotodetektor, ki sproži električni signal na sprejemni strani. strani. To pomeni, da se signal prenaša in sprejema prek optične komunikacije znotraj elektronske komponente.

Optični sklopnik je najpreprostejši tip optičnega sklopnika. Sestavljen je le iz oddajnega in sprejemnega dela. Bolj zapletena vrsta optičnega sklopnika je optoelektronski čip, ki vsebuje več optičnih sklopnikov, povezanih z eno ali več ujemajočimi ali ojačevalnimi napravami.

Tako je optični sklopnik elektronska komponenta, ki zagotavlja prenos optičnega signala v vezju brez galvanske povezave med izvorom signala in njegovim sprejemnikom, saj je znano, da so fotoni električno nevtralni.

Zgradba in značilnosti optičnih sklopnikov

Optični sklopniki uporabljajo fotodetektorje, ki so občutljivi v bližnjem infrardečem in vidnem območju, saj so za ta del spektra značilni intenzivni viri sevanja, ki lahko delujejo kot fotodetektorji brez hlajenja. Fotodetektorji s pn spoji (diode in tranzistorji) na osnovi silicija so univerzalni, območje njihove največje spektralne občutljivosti je blizu 0,8 μm.

Za optični sklopnik je značilno predvsem trenutno prenosno razmerje CTR, to je razmerje vhodnega in izhodnega toka. Naslednji parameter je hitrost prenosa signala, pravzaprav mejna frekvenca fc delovanja optičnega sklopnika, povezana s časom vzpona tr in mejno vrednostjo tf za oddane impulze. Končno, parametri, ki označujejo optični sklopnik z vidika galvanske izolacije: izolacijska upornost Riso, največja napetost Viso in prepustnost Cf.

Vhodna naprava, ki je del strukture optičnega sklopnika, je zasnovana tako, da ustvari optimalne delovne pogoje za oddajnik (LED), da premakne delovno točko v linearno območje I—V karakteristike.

Vhodna naprava ima zadostno hitrost in širok razpon vhodnih tokov, kar zagotavlja zanesljivost prenosa informacij tudi pri nizkem (pražnem) toku. Optični medij se nahaja znotraj ohišja, skozi katerega se svetloba prenaša od oddajnika do fotodetektorja.

V optičnih sklopnikih z nadzorovanim optičnim kanalom je dodatna krmilna naprava, preko katere je mogoče z električnimi ali magnetnimi sredstvi vplivati ​​na lastnosti optičnega medija.Na strani fotodetektorja se signal obnovi z visoko stopnjo pretvorbe optično v električno.

Izhodna naprava na strani fotodetektorja (na primer fototranzistor, vključen v vezje) je zasnovana za pretvorbo signala v standardno električno obliko, primerno za nadaljnjo obdelavo v blokih, ki sledijo optičnemu sklopniku. Optični sklopnik pogosto ne vsebuje vhodnih in izhodnih naprav, zato potrebuje zunanja vezja za vzpostavitev normalnega delovanja v vezju določene naprave.

Uporaba optičnih sklopnikov

Optični konektorji se pogosto uporabljajo v tokokrogih za galvansko ločitev bloki različne opreme, kjer so vezja za nizko in visoko napetost, krmilna vezja so ločena od napajalnih tokokrogov: krmiljenje močnih triakov in tiristorjev, relejna vezja itd.

Diodni, tranzistorski in uporovni optični sklopniki se uporabljajo v vezjih za modulacijo radijskega inženiringa in avtomatsko regulacijo ojačanja. Z osvetlitvijo optičnega kanala se vezje brezkontaktno krmili in spravi v optimalen način delovanja.

Optični konektorji so tako vsestranski, da se uporabljajo v tako različnih panogah in v toliko edinstvenih funkcijah, celo preprosto kot galvanska izolacija in brezkontaktni krmilni elementi, da jih je nemogoče vse našteti.

Tukaj je le nekaj izmed njih: računalniki, komunikacijska tehnika, avtomatizacija, radijska oprema, avtomatizirani krmilni sistemi, merilni instrumenti, nadzorni in regulacijski sistemi, medicinska tehnika, naprave za vizualni prikaz in mnogi drugi.

Prednosti optospojnikov

Uporaba optičnih sklopnikov na tiskanih vezjih vam omogoča, da dosežete idealno galvansko izolacijo, ko so zahteve za izolacijo visokonapetostnih in nizkonapetostnih, vhodnih in izhodnih tokokrogov glede upora izjemno visoke. Napetost med oddajnimi in sprejemnimi vezji priljubljenega optičnega spojnika PC817 je na primer 5000 V. Poleg tega je z optično izolacijo dosežena izjemno nizka pasovna širina približno 1 pF.

Z optičnimi sklopniki je brezkontaktno krmiljenje zelo enostavno implementirati, hkrati pa pušča prostor za edinstvene oblikovalske rešitve v smislu neposrednih krmilnih vezij. Pri tem je pomembno tudi, da ni nobene reakcije prejemnika na vir, to pomeni, da se informacija prenaša enosmerno.

Najširša pasovna širina optičnega sklopnika odpravlja omejitve, ki jih nalagajo nizke frekvence: s pomočjo svetlobe lahko prenašate vsaj konstanten signal, celo impulz, in z zelo strmimi robovi, kar je načeloma nemogoče izvesti z impulznimi transformatorji. Komunikacijski kanal znotraj optičnega spojnika je popolnoma odporen na učinke elektromagnetnih polj, zato je signal zaščiten pred motnjami in zajemom. Končno so optični sklopniki popolnoma združljivi z drugimi elektronskimi komponentami.