Optokopplare - egenskaper, enhet, applikation

Vad är en optokopplare

Optokopplaren är en optoelektronisk anordning, vars huvudsakliga funktionella delar är en ljuskälla och en fotodetektor, som inte är galvaniskt anslutna till varandra, utan är placerade i ett gemensamt tätat hus. Funktionsprincipen för en optokopplare är baserad på det faktum att en elektrisk signal som appliceras på den orsakar en glöd på sändningssidan, och redan i form av ljus tas signalen emot av fotodetektorn, vilket initierar en elektrisk signal på den mottagande sida. Det vill säga en signal sänds och tas emot genom optisk kommunikation inom den elektroniska komponenten.

En optokopplare är den enklaste typen av optokopplare. Den består endast av de sändande och mottagande delarna. En mer komplex typ av optokopplare är ett optoelektroniskt chip som innehåller flera optokopplare kopplade till en eller flera matchande eller förstärkande enheter.

Således är en optokopplare en elektronisk komponent som tillhandahåller överföring av en optisk signal i en krets utan galvanisk koppling mellan signalkällan och dess mottagare, eftersom fotoner är kända för att vara elektriskt neutrala.

Optokopplarnas struktur och egenskaper

Optokopplare använder fotodetektorer som är känsliga i de nära-infraröda och synliga områdena, eftersom denna del av spektrumet kännetecknas av intensiva strålningskällor som kan fungera som fotodetektorer utan kylning. Fotodetektorer med pn-övergångar (dioder och transistorer) baserade på kisel är universella, området för deras maximala spektrala känslighet är nära 0,8 μm.

Optokopplaren kännetecknas i första hand av strömöverföringsförhållandet CTR, det vill säga förhållandet mellan ingångs- och utströmmarna. Nästa parameter är signalöverföringshastigheten, faktiskt gränsfrekvensen fc för optokopplaroperationen, relaterad till stigtiden tr och gränsen tf för de sända pulserna. Slutligen parametrarna som kännetecknar optokopplaren ur galvanisk isoleringssynpunkt: isolationsresistansen Riso, maxspänningen Viso och genomströmningen Jfr.

Inmatningsenheten, som är en del av optokopplarens struktur, är utformad för att skapa optimala driftsförhållanden för emittern (LED) för att flytta arbetspunkten till det linjära området för I-V-karakteristiken.

Inmatningsenheten har tillräcklig hastighet och ett brett utbud av inströmmar, vilket säkerställer tillförlitligheten för informationsöverföring även vid låg (tröskel)ström. Det optiska mediet är placerat inuti huset genom vilket ljuset överförs från sändaren till fotodetektorn.

I optokopplare med en kontrollerad optisk kanal finns en ytterligare styranordning, genom vilken det är möjligt att påverka det optiska mediets egenskaper med hjälp av elektriska eller magnetiska medel.På fotodetektorsidan återvinns signalen med en hög optisk-till-elektrisk omvandlingshastighet.

Utgångsenheten på sidan av fotodetektorn (till exempel en fototransistor som ingår i kretsen) är utformad för att omvandla signalen till en elektrisk standardform, bekvämt för vidare bearbetning i block som följer efter optokopplaren. En optokopplare innehåller ofta inte in- och utgångsenheter, så den kräver externa kretsar för att etablera normal drift i kretsen för en viss enhet.

Användning av optokopplare

Optiska kontakter används ofta i kretsar för galvanisk isolering block av olika utrustning, där det finns kretsar för låg- och högspänning, är styrkretsar separerade från kraftkretsar: styrning av kraftfulla triacs och tyristorer, reläkretsar, etc.

Diod-, transistor- och resistoroptokopplare används i radioteknisk modulering och automatiska förstärkningsstyrkretsar. Genom att exponera den optiska kanalen styrs kretsen kontaktlöst och bringas till det optimala driftläget.

Optiska kontakter är så mångsidiga att de används i så många olika branscher och i så många unika funktioner, till och med helt enkelt som galvanisk isolering och kontaktlösa kontrollelement, att det är omöjligt att lista dem alla.

Här är bara några av dem: datorer, kommunikationsteknik, automation, radioutrustning, automatiserade styrsystem, mätinstrument, styr- och reglersystem, medicinsk teknik, visuella displayenheter och många andra.

Fördelar med optokopplare

Användningen av optokopplare på kretskort gör att du kan uppnå idealisk galvanisk isolering när kraven på isolering av högspänning och lågspänning, in- och utgångskretsar vad gäller resistans är extremt höga. Spänningen mellan sändnings- och mottagningskretsarna i den populära optokopplaren PC817 är till exempel 5000 V. Dessutom uppnås en extremt låg bandbredd på cirka 1 pF genom optisk isolering.

Med hjälp av optokopplare är kontaktlös styrning mycket enkel att implementera, samtidigt som det lämnar utrymme för unika designlösningar vad gäller direkta styrkretsar. Det är också viktigt här att det absolut inte finns någon reaktion från mottagaren på källan, det vill säga informationen sänds envägs.

Optokopplarens bredaste bandbredd eliminerar begränsningarna som låga frekvenser lägger: med hjälp av ljus kan du sända åtminstone en konstant signal, till och med en puls, och med mycket branta kanter, vilket är i grunden omöjligt att implementera med hjälp av pulstransformatorer. Kommunikationskanalen inuti optokopplaren är absolut immun mot effekterna av elektromagnetiska fält, så signalen är skyddad från störningar och infångning. Slutligen är optokopplare helt kompatibla med andra elektroniska komponenter.