Paret "optisk sändare - optisk mottagare" har länge använts inom elektronik och elektroteknik. En elektronisk komponent där mottagaren och sändaren är placerade i samma hölje och det finns en optisk länk mellan dem kallas en optokopplare eller optokopplare.
Innehåll
Optokopplaranordning
Optokopplaren består av en optisk sändare (sändare), en optisk kanal och en optisk signalmottagare. Fotosändaren omvandlar den elektriska signalen till en optisk. Sändaren är i de flesta fall en LED (tidigare modeller använde glödlampor eller neonlampor). Användningen av lysdioder är principlös, men de är mer hållbara och pålitliga.
Den optiska signalen sänds genom en optisk kanal till mottagaren. Kanalen är stängd - när ljuset som sändas ut av sändaren inte går utanför optokopplarens kropp. Sedan synkroniseras signalen som genereras av mottagaren med signalen vid sändarens ingång.Sådana kanaler är luft eller fyllda med en speciell optisk förening. Det finns också "långa" optokopplare, kanalen i vilken är optisk fiber.
Om optokopplaren är utformad på ett sådant sätt att den genererade strålningen, innan den når mottagaren, lämnar huset, kallas en sådan kanal öppen. Med den kan du registrera hinder som uppstår i ljusstrålens väg.
Fotodetektorn utför den omvända omvandlingen av den optiska signalen till en elektrisk. De mest använda mottagarna är:
- Fotodioder. Används vanligtvis i digitala kommunikationslinjer. Deras härstamning är liten.
- Fotomotstånd. Deras funktion är mottagarens tvåvägsledningsförmåga. Strömmen genom motståndet kan gå åt båda hållen.
- Fototransistorer. En egenskap hos sådana enheter är förmågan att styra transistorströmmen både genom en optosändare och genom utgångskretsen. Används i både linjärt och digitalt läge. En separat typ av optokopplare - med parallellt motsatta fälteffekttransistorer. Sådana enheter kallas halvledarreläer.
- Fototyristorer. Sådana optokopplare kännetecknas av ökad effekt hos utgångskretsar och deras omkopplingshastighet; sådana anordningar används bekvämt för att styra delar av kraftelektronik. Dessa enheter är också kategoriserade som halvledarreläer.
Optokopplare mikrokretsar har blivit utbredda - sammansättningar av optokopplare med band i ett paket. Sådana optokopplare används som omkopplingsanordningar och för andra ändamål.
Fördelar och nackdelar
Den första fördelen som noteras i optiska instrument är frånvaron av mekaniska delar.Detta innebär att det under drift inte finns någon friktion, slitage, gnistor av kontakter, som i elektromekaniska reläer. Till skillnad från andra enheter för galvanisk isolering av signaler (transformatorer, etc.) kan optokopplare fungera vid mycket låga frekvenser, inklusive likström.
Dessutom är fördelen med optisk isolering den mycket låga kapacitiva och induktiva kopplingen mellan ingång och utgång. På grund av detta minskar sannolikheten för överföring av impulser och högfrekventa störningar. Frånvaron av mekanisk och elektrisk koppling mellan ingång och utgång ger möjlighet till en mängd olika tekniska lösningar för att skapa kontaktlösa styr- och kopplingskretsar.
Trots begränsningen i verkliga konstruktioner vad gäller spänning och ström för ingång och utgång, finns det i teorin inga grundläggande hinder för att öka dessa egenskaper. Detta gör att du kan skapa optokopplare för nästan alla uppgifter.
Nackdelarna med optokopplare inkluderar envägssignalöverföring - det är omöjligt att överföra en optisk signal från fotodetektorn tillbaka till sändaren. Detta gör det svårt att organisera återkoppling i enlighet med den mottagande kretsens svar på sändarsignalen.
Reaktionen hos den mottagande delen kan påverkas inte bara genom att ändra strålningen från sändaren, utan också genom att påverka kanalens tillstånd (utseendet på tredje parts objekt, ändra de optiska egenskaperna hos kanalmediet, etc.). En sådan påverkan kan också vara av icke-elektrisk karaktär. Detta utökar möjligheterna att använda optokopplare. Och okänslighet för externa elektromagnetiska fält gör att du kan skapa dataöverföringskanaler med hög brusimmunitet.
Den största nackdelen med optokopplare är låg energieffektivitet i samband med signalförluster under dubbelsignalomvandling. En nackdel är också den höga inre ljudnivån. Detta minskar känsligheten hos optokopplare och begränsar omfattningen av deras tillämpning där arbete med svaga signaler behövs.
När du använder optokopplare måste temperaturens inverkan på deras parametrar också beaktas - det är betydande. Dessutom inkluderar nackdelarna med optokopplare en märkbar försämring av elementen under drift och en viss brist på teknik i produktionen i samband med användningen av olika halvledarmaterial i ett paket.
Egenskaper hos optokopplare
Optokopplarparametrar delas in i två kategorier:
- karakterisera egenskaperna hos anordningen för att sända en signal;
- kännetecknande av frikopplingen mellan input och output.
Den första kategorin är den nuvarande överföringskoefficienten. Det beror på lysdiodens emissivitet, mottagarens känslighet och egenskaperna hos den optiska kanalen. Denna koefficient är lika med förhållandet mellan utströmmen och ingångsströmmen och är för de flesta typer av optokopplare 0,005 ... 0,2. För transistorelement kan överföringskoefficienten nå 1.
Om vi betraktar optokopplaren som en fyrpolig, bestäms dess ingångskarakteristik helt av optosändarens CVC (LED) och utgången - av mottagarens karaktäristik. Genomgångskarakteristiken är i allmänhet icke-linjär, men vissa typer av optokopplare har linjära sektioner. Så en del av CVC för diodoptokopplaren har bra linjäritet, men det här avsnittet är inte särskilt stort.
Motståndselement utvärderas också av förhållandet mellan mörkresistans (med en inström lika med noll) och ljusresistans. För tyristoroptokopplare är en viktig egenskap den minsta hållströmmen i öppet tillstånd. De betydande parametrarna för optokopplaren inkluderar också den högsta driftsfrekvensen.
Kvaliteten på galvanisk isolering kännetecknas av:
- den maximala spänningen som appliceras på ingången och utgången;
- maximal spänning mellan ingång och utgång;
- isolationsmotstånd mellan ingång och utgång;
- passagekapacitet.
Den sista parametern kännetecknar förmågan hos en elektrisk högfrekvent signal att läcka från ingången till utgången, förbi den optiska kanalen, genom kapacitansen mellan elektroderna.
Det finns parametrar som låter dig bestämma ingångskretsens kapacitet:
- den högsta spänningen som kan appliceras på ingångsterminalerna;
- den maximala strömmen som lysdioden kan motstå;
- spänningsfall över lysdioden vid märkström;
- Reverse Input Voltage - Omvänd polaritetsspänning som lysdioden tål.
För utgångskretsen kommer dessa egenskaper att vara den maximalt tillåtna utströmmen och spänningen, såväl som läckströmmen vid noll inström.
Omfattning av optokopplare
Optokopplare med sluten kanal används där det av någon anledning (elsäkerhet etc.) krävs frånkoppling mellan signalkällan och mottagningssidan. Till exempel i återkopplingsslingor byta strömförsörjning - signalen tas från PSU-utgången, matas till det strålande elementet, vars ljusstyrka beror på spänningsnivån.En signal beroende på utspänningen tas från mottagaren och matas till PWM-styrenheten.
Ett fragment av en datorströmförsörjningskrets med två optokopplare visas i figuren. Den övre optokopplaren IC2 skapar en återkoppling som stabiliserar spänningen. Den nedre IC3:an arbetar i diskret läge och förser PWM-chippet med ström när standby-spänningen är närvarande.
Galvanisk isolering mellan källa och mottagare krävs också av vissa vanliga elektriska gränssnitt.
Enheter med öppen kanal används för att skapa sensorer för att detektera eventuella föremål (närvaro av papper i skrivaren), gränslägesbrytare, räknare (föremål på transportören, antalet kugghjul i musmanipulatorer) etc.
Solid state-reläer används på samma ställe som konventionella reläer - för att koppla signaler. Men deras utbredning hindras av kanalens höga motstånd i öppet tillstånd. De används också som drivkrafter för delar av kraftfull halvledarelektronik (kraftfull fälteffekt eller IGBT-transistorer).
Optokopplaren utvecklades för mer än ett halvt sekel sedan, men dess utbredda användning började efter att lysdioder blev prisvärda och billiga. Nu utvecklas alla nya modeller av optokopplare (för det mesta mikrokretsar baserade på dem), och deras omfattning expanderar bara.
Liknande artiklar:
