Ang pares na "optical emitter - optical receiver" ay matagal nang ginagamit sa electronics at electrical engineering. Ang isang elektronikong bahagi kung saan ang receiver at transmitter ay matatagpuan sa parehong pabahay at mayroong optical link sa pagitan ng mga ito ay tinatawag na optocoupler o optocoupler.
Nilalaman
Optocoupler device
Ang optocoupler ay binubuo ng isang optical transmitter (emitter), isang optical channel at isang optical signal receiver. Kino-convert ng phototransmitter ang electrical signal sa isang optical. Ang transmitter sa karamihan ng mga kaso ay isang LED (mga naunang modelo ay gumagamit ng incandescent o neon light bulbs). Ang paggamit ng mga LED ay walang prinsipyo, ngunit ang mga ito ay mas matibay at maaasahan.
Ang optical signal ay ipinadala sa pamamagitan ng isang optical channel sa receiver. Ang channel ay sarado - kapag ang ilaw na ibinubuga ng transmitter ay hindi lalampas sa katawan ng optocoupler. Pagkatapos ang signal na nabuo ng receiver ay naka-synchronize sa signal sa input ng transmitter.Ang mga naturang channel ay hangin o puno ng isang espesyal na optical compound. Mayroon ding mga "mahabang" optocoupler, ang channel kung saan ay optical fiber.
Kung ang optocoupler ay idinisenyo sa paraang ang nabuong radiation, bago maabot ang receiver, ay umalis sa pabahay, ang naturang channel ay tinatawag na bukas. Gamit ito, maaari kang magrehistro ng mga hadlang na lumitaw sa landas ng light beam.
Ginagawa ng photodetector ang kabaligtaran na pag-convert ng optical signal sa isang elektrikal. Ang pinakakaraniwang ginagamit na mga receiver ay:
- Photodiodes. Karaniwang ginagamit sa mga digital na linya ng komunikasyon. Maliit lang ang kanilang angkan.
- Mga Photoresistor. Ang kanilang tampok ay ang two-way conductivity ng receiver. Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng risistor ay maaaring pumunta sa alinmang direksyon.
- Phototransistor. Ang isang tampok ng naturang mga aparato ay ang kakayahang kontrolin ang kasalukuyang transistor kapwa sa pamamagitan ng isang optotransmitter at sa pamamagitan ng output circuit. Ginagamit sa parehong linear at digital na mga mode. Isang hiwalay na uri ng mga optocoupler - na may parallel-opposed field-effect transistors. Ang ganitong mga aparato ay tinatawag solid state relay.
- Photothyristors. Ang ganitong mga optocoupler ay nakikilala sa pamamagitan ng pagtaas ng kapangyarihan ng mga output circuit at ang kanilang bilis ng paglipat; ang mga naturang device ay maginhawang ginagamit sa pagkontrol ng mga elemento ng power electronics. Ang mga device na ito ay ikinategorya din bilang mga solid state relay.
Ang mga microcircuits ng optocoupler ay naging laganap - mga pagtitipon ng mga optocoupler na may strapping sa isang pakete. Ang ganitong mga optocoupler ay ginagamit bilang mga switching device at para sa iba pang layunin.
Mga kalamangan at kahinaan
Ang unang bentahe na nabanggit sa mga optical na instrumento ay ang kawalan ng mga mekanikal na bahagi.Nangangahulugan ito na sa panahon ng operasyon ay walang friction, wear, sparking ng mga contact, tulad ng sa mga electromechanical relay. Hindi tulad ng iba pang mga aparato para sa galvanic na paghihiwalay ng mga signal (mga transformer, atbp.), Ang mga optocoupler ay maaaring gumana sa napakababang mga frequency, kabilang ang direktang kasalukuyang.
Bilang karagdagan, ang bentahe ng optical isolation ay ang napakababang capacitive at inductive coupling sa pagitan ng input at output. Dahil dito, ang posibilidad ng paghahatid ng salpok at pagkagambala sa mataas na dalas ay nabawasan. Ang kawalan ng mekanikal at elektrikal na koneksyon sa pagitan ng input at output ay nagbibigay ng posibilidad ng iba't ibang teknikal na solusyon para sa paglikha ng contactless control at switching circuits.
Sa kabila ng limitasyon sa mga tunay na disenyo sa mga tuntunin ng boltahe at kasalukuyang para sa input at output, sa teorya ay walang mga pangunahing hadlang sa pagtaas ng mga katangiang ito. Pinapayagan ka nitong lumikha ng mga optocoupler para sa halos anumang gawain.
Ang mga disadvantages ng optocoupler ay kinabibilangan ng one-way signal transmission - imposibleng magpadala ng optical signal mula sa photodetector pabalik sa transmitter. Ginagawa nitong mahirap na ayusin ang feedback ayon sa tugon ng receiving circuit sa signal ng transmitter.
Ang reaksyon ng tumatanggap na bahagi ay maaaring maimpluwensyahan hindi lamang sa pamamagitan ng pagbabago ng radiation ng transmitter, kundi pati na rin sa pamamagitan ng pag-impluwensya sa estado ng channel (ang hitsura ng mga third-party na bagay, pagbabago ng optical properties ng channel medium, atbp.). Ang ganitong epekto ay maaari ding maging hindi de-kuryente. Pinapalawak nito ang mga posibilidad ng paggamit ng mga optocoupler. At ang insensitivity sa mga panlabas na electromagnetic field ay nagpapahintulot sa iyo na lumikha ng mga channel ng paghahatid ng data na may mataas na kaligtasan sa ingay.
Ang pangunahing kawalan ng mga optocoupler ay ang mababang kahusayan sa enerhiya na nauugnay sa mga pagkawala ng signal sa panahon ng double signal conversion. Gayundin ang isang kawalan ay ang mataas na antas ng intrinsic na ingay. Binabawasan nito ang sensitivity ng mga optocoupler at nililimitahan ang saklaw ng kanilang aplikasyon kung saan kailangan ang trabahong may mahinang signal.
Kapag gumagamit ng mga optocoupler, ang impluwensya ng temperatura sa kanilang mga parameter ay dapat ding isaalang-alang - ito ay makabuluhan. Bilang karagdagan, ang mga disadvantages ng mga optocoupler ay kinabibilangan ng isang kapansin-pansing pagkasira ng mga elemento sa panahon ng operasyon at isang tiyak na kakulangan ng teknolohiya sa produksyon na nauugnay sa paggamit ng iba't ibang mga materyales ng semiconductor sa isang pakete.
Mga katangian ng optocoupler
Ang mga parameter ng optocoupler ay nahahati sa dalawang kategorya:
- pagkilala sa mga katangian ng aparato upang magpadala ng isang signal;
- nailalarawan ang decoupling sa pagitan ng input at output.
Ang unang kategorya ay ang kasalukuyang koepisyent ng paglipat. Depende ito sa emissivity ng LED, ang sensitivity ng receiver at ang mga katangian ng optical channel. Ang koepisyent na ito ay katumbas ng ratio ng kasalukuyang output sa kasalukuyang input at para sa karamihan ng mga uri ng optocoupler ay 0.005 ... 0.2. Para sa mga elemento ng transistor, ang transfer coefficient ay maaaring umabot sa 1.
Kung isasaalang-alang namin ang optocoupler bilang isang apat na poste, kung gayon ang katangian ng input nito ay ganap na tinutukoy ng CVC ng opto-emitter (LED), at ang output - sa pamamagitan ng katangian ng receiver. Ang pass-through na katangian ay karaniwang hindi linear, ngunit ang ilang mga uri ng optocoupler ay may mga linear na seksyon. Kaya, ang isang bahagi ng CVC ng diode optocoupler ay may magandang linearity, ngunit ang seksyong ito ay hindi masyadong malaki.
Ang mga elemento ng risistor ay sinusuri din ng ratio ng dark resistance (na may input current na katumbas ng zero) sa light resistance. Para sa thyristor optocoupler, isang mahalagang katangian ay ang pinakamababang hawak na kasalukuyang sa bukas na estado. Kasama rin sa mga makabuluhang parameter ng optocoupler ang pinakamataas na dalas ng pagpapatakbo.
Ang kalidad ng galvanic isolation ay nailalarawan sa pamamagitan ng:
- ang maximum na boltahe na inilapat sa input at output;
- maximum na boltahe sa pagitan ng input at output;
- paglaban sa pagkakabukod sa pagitan ng input at output;
- kapasidad ng daanan.
Ang huling parameter ay nagpapakilala sa kakayahan ng isang de-koryenteng high-frequency signal na tumagas mula sa input hanggang sa output, na lumalampas sa optical channel, sa pamamagitan ng kapasidad sa pagitan ng mga electrodes.
Mayroong mga parameter na nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang mga kakayahan ng input circuit:
- ang pinakamataas na boltahe na maaaring ilapat sa mga terminal ng input;
- ang maximum na kasalukuyang na maaaring mapaglabanan ng LED;
- pagbaba ng boltahe sa buong LED sa rate na kasalukuyang;
- Reverse Input Voltage - Reverse polarity boltahe na kayang tiisin ng LED.
Para sa output circuit, ang mga katangiang ito ay ang pinakamataas na pinapahintulutang kasalukuyang output at boltahe, pati na rin ang leakage current sa zero input current.
Saklaw ng mga optocoupler
Ang mga optocoupler na may saradong channel ay ginagamit kung saan, para sa ilang kadahilanan (kaligtasan ng kuryente, atbp.), kinakailangan ang pag-decoupling sa pagitan ng pinagmumulan ng signal at ng receiving side. Halimbawa, sa mga loop ng feedback pagpapalit ng mga suplay ng kuryente - ang signal ay kinuha mula sa output ng PSU, na pinapakain sa radiating element, ang liwanag nito ay depende sa antas ng boltahe.Ang isang senyas na depende sa boltahe ng output ay kinuha mula sa receiver at pinapakain sa PWM controller.
Ang isang fragment ng isang computer power supply circuit na may dalawang optocoupler ay ipinapakita sa figure. Ang nangungunang optocoupler IC2 ay lumilikha ng feedback na nagpapatatag sa boltahe. Ang ilalim na IC3 ay gumagana sa discrete mode at nagbibigay ng kapangyarihan sa PWM chip kapag ang standby na boltahe ay naroroon.
Ang galvanic isolation sa pagitan ng source at receiver ay kinakailangan din ng ilang karaniwang electrical interface.
Ang mga device na may bukas na channel ay ginagamit upang lumikha ng mga sensor para sa pag-detect ng anumang mga bagay (pagkakaroon ng papel sa printer), limitahan ang mga switch, counter (mga bagay sa conveyor, ang bilang ng mga ngipin ng gear sa mga manipulator ng mouse), atbp.
Ginagamit ang mga solid state relay sa parehong lugar tulad ng mga conventional relay - para sa pagpapalit ng mga signal. Ngunit ang kanilang pagpapalaganap ay nahahadlangan ng mataas na pagtutol ng channel sa bukas na estado. Ginagamit din ang mga ito bilang mga driver para sa mga elemento ng power solid-state electronics (makapangyarihang field-effect o IGBT transistors).
Ang optocoupler ay binuo higit sa kalahating siglo na ang nakalipas, ngunit ang malawakang paggamit nito ay nagsimula pagkatapos na maging abot-kaya at mura ang mga LED. Ngayon ang lahat ng mga bagong modelo ng optocoupler ay binuo (para sa karamihan, microcircuits batay sa kanila), at ang kanilang saklaw ay lumalawak lamang.
Mga katulad na artikulo:
