Optocoupler - χαρακτηριστικά, συσκευή, εφαρμογή
Τι είναι ο οπτικός συζευκτήρας
Ο οπτικός συζευκτήρας είναι μια οπτοηλεκτρονική συσκευή, τα κύρια λειτουργικά μέρη της οποίας είναι μια φωτεινή πηγή και ένας φωτοανιχνευτής, που δεν συνδέονται γαλβανικά μεταξύ τους, αλλά βρίσκονται σε ένα κοινό σφραγισμένο περίβλημα. Η αρχή λειτουργίας ενός οπτικού συζεύκτη βασίζεται στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρικό σήμα που εφαρμόζεται σε αυτό προκαλεί μια λάμψη στην πλευρά εκπομπής και ήδη με τη μορφή φωτός, το σήμα λαμβάνεται από τον φωτοανιχνευτή, εκκινώντας ένα ηλεκτρικό σήμα στη λήψη πλευρά. Δηλαδή, ένα σήμα μεταδίδεται και λαμβάνεται μέσω οπτικής επικοινωνίας μέσα στο ηλεκτρονικό εξάρτημα.
Ο οπτικός συζευκτήρας είναι ο απλούστερος τύπος οπτικού συζεύκτη. Αποτελείται μόνο από τα μέρη εκπομπής και λήψης. Ένας πιο περίπλοκος τύπος οπτικού συζεύκτη είναι ένα οπτοηλεκτρονικό τσιπ που περιέχει πολλούς οπτικούς συζεύκτες συνδεδεμένους σε μία ή περισσότερες συσκευές αντιστοίχισης ή ενίσχυσης.
Έτσι, ένας οπτικός συζευκτήρας είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που παρέχει μετάδοση ενός οπτικού σήματος σε ένα κύκλωμα χωρίς γαλβανική σύζευξη μεταξύ της πηγής σήματος και του δέκτη του, καθώς τα φωτόνια είναι γνωστό ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.
Η δομή και τα χαρακτηριστικά των οπτικών συζευκτών
Οι οπτικοί συζεύκτες χρησιμοποιούν φωτοανιχνευτές που είναι ευαίσθητοι στις εγγύς υπέρυθρες και ορατές περιοχές, καθώς αυτό το τμήμα του φάσματος χαρακτηρίζεται από έντονες πηγές ακτινοβολίας που μπορούν να λειτουργήσουν ως φωτοανιχνευτές χωρίς ψύξη. Οι φωτοανιχνευτές με συνδέσεις pn (δίοδοι και τρανζίστορ) με βάση το πυρίτιο είναι καθολικοί, η περιοχή της μέγιστης φασματικής ευαισθησίας τους είναι κοντά στα 0,8 μm.
Ο οπτικός συζευκτήρας χαρακτηρίζεται κυρίως από την αναλογία μετάδοσης ρεύματος CTR, δηλαδή την αναλογία των ρευμάτων εισόδου και εξόδου. Η επόμενη παράμετρος είναι ο ρυθμός μετάδοσης του σήματος, στην πραγματικότητα η συχνότητα αποκοπής fc της λειτουργίας του οπτοζεύκτη, που σχετίζεται με το χρόνο ανόδου tr και την αποκοπή tf για τους εκπεμπόμενους παλμούς. Τέλος, οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν τον οπτικό συζευκτήρα από την άποψη της γαλβανικής απομόνωσης: η αντίσταση μόνωσης Riso, η μέγιστη τάση Viso και η απόδοση Βλ.
Η συσκευή εισόδου, η οποία αποτελεί μέρος της δομής του οπτικού συζεύκτη, έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας για τον πομπό (LED) ώστε να μετατοπίζει το σημείο λειτουργίας στη γραμμική περιοχή του χαρακτηριστικού I — V.
Η συσκευή εισόδου έχει επαρκή ταχύτητα και μεγάλο εύρος ρευμάτων εισόδου, διασφαλίζοντας την αξιοπιστία της μετάδοσης πληροφοριών ακόμη και σε χαμηλό (κατώφλι) ρεύμα. Το οπτικό μέσο βρίσκεται μέσα στο περίβλημα μέσω του οποίου το φως μεταδίδεται από τον πομπό στον φωτοανιχνευτή.
Σε οπτικούς συζεύκτες με ελεγχόμενο οπτικό κανάλι, υπάρχει μια πρόσθετη συσκευή ελέγχου, μέσω της οποίας είναι δυνατό να επηρεαστούν οι ιδιότητες του οπτικού μέσου χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά ή μαγνητικά μέσα.Στην πλευρά του φωτοανιχνευτή, το σήμα ανακτάται με υψηλό ποσοστό μετατροπής οπτικού σε ηλεκτρικό.
Η συσκευή εξόδου στο πλάι του φωτοανιχνευτή (για παράδειγμα, ένα φωτοτρανζίστορ που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα) έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει το σήμα σε μια τυπική ηλεκτρική μορφή, κατάλληλη για περαιτέρω επεξεργασία σε μπλοκ που ακολουθούν τον οπτικό ζευκτήρα. Ένας οπτικός συζευκτήρας συχνά δεν περιέχει συσκευές εισόδου και εξόδου, επομένως απαιτεί εξωτερικά κυκλώματα για την κανονική λειτουργία στο κύκλωμα μιας συγκεκριμένης συσκευής.
Εφαρμογή οπτικών συζευκτών
Οι οπτικοί σύνδεσμοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα για γαλβανική απομόνωση μπλοκ διάφορου εξοπλισμού, όπου υπάρχουν κυκλώματα χαμηλής και υψηλής τάσης, τα κυκλώματα ελέγχου διαχωρίζονται από τα κυκλώματα ισχύος: έλεγχος ισχυρών τριακών και θυρίστορ, κυκλωμάτων ρελέ κ.λπ.
Οι οπτοζεύκτες διόδων, τρανζίστορ και αντιστάσεων χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα διαμόρφωσης ραδιομηχανικής και αυτόματου ελέγχου απολαβής. Με την έκθεση του οπτικού καναλιού, το κύκλωμα ελέγχεται χωρίς επαφή και φέρεται στον βέλτιστο τρόπο λειτουργίας.
Οι οπτικοί σύνδεσμοι είναι τόσο ευέλικτοι που χρησιμοποιούνται σε μια τέτοια ποικιλία βιομηχανιών και σε τόσες πολλές μοναδικές λειτουργίες, ακόμη και απλώς ως στοιχεία γαλβανικής απομόνωσης και ανεπαφικού ελέγχου, που είναι αδύνατο να τα αναφέρουμε όλα.
Εδώ είναι μόνο μερικά από αυτά: υπολογιστές, τεχνολογία επικοινωνιών, αυτοματισμός, ραδιοεξοπλισμός, αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου, όργανα μέτρησης, συστήματα ελέγχου και ρύθμισης, ιατρική τεχνολογία, συσκευές οπτικής απεικόνισης και πολλά άλλα.
Πλεονεκτήματα των Optocouplers
Η χρήση οπτικών συζευκτών σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων σας επιτρέπει να επιτύχετε ιδανική γαλβανική απομόνωση όταν οι απαιτήσεις για απομόνωση κυκλωμάτων υψηλής τάσης και χαμηλής τάσης, εισόδου και εξόδου όσον αφορά την αντίσταση είναι εξαιρετικά υψηλές. Η τάση μεταξύ των κυκλωμάτων εκπομπής και λήψης του δημοφιλούς οπτικού συζεύκτη PC817 είναι, για παράδειγμα, 5000 V. Επιπλέον, ένα εξαιρετικά χαμηλό εύρος ζώνης περίπου 1 pF επιτυγχάνεται με οπτική απομόνωση.
Χρησιμοποιώντας οπτικούς συζεύκτες, ο έλεγχος χωρίς επαφή είναι πολύ εύκολος στην εφαρμογή, ενώ αφήνει χώρο για μοναδικές σχεδιαστικές λύσεις όσον αφορά τα κυκλώματα άμεσου ελέγχου. Είναι επίσης σημαντικό εδώ ότι δεν υπάρχει καμία απολύτως αντίδραση του δέκτη στην πηγή, δηλαδή η πληροφορία μεταδίδεται μονόδρομα.
Το ευρύτερο εύρος ζώνης του οπτικού συζεύκτη εξαλείφει τους περιορισμούς που επιβάλλονται από τις χαμηλές συχνότητες: με τη βοήθεια του φωτός, μπορείτε να μεταδώσετε τουλάχιστον ένα σταθερό σήμα, ακόμη και έναν παλμό, και με πολύ απότομες ακμές, κάτι που είναι ουσιαστικά αδύνατο να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές παλμών. Το κανάλι επικοινωνίας μέσα στον οπτικό συζευκτήρα είναι απολύτως απρόσβλητο στις επιδράσεις των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, επομένως το σήμα προστατεύεται από παρεμβολές και σύλληψη. Τέλος, οι οπτικοί συζεύκτες είναι πλήρως συμβατοί με άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.