Paret "optisk emitter - optisk mottaker" har lenge vært brukt innen elektronikk og elektroteknikk. En elektronisk komponent der mottakeren og senderen er plassert i samme hus og det er en optisk kobling mellom dem, kalles en optokobler eller optokobler.
Optokobler enhet
Optokobleren består av en optisk sender (emitter), en optisk kanal og en optisk signalmottaker. Fototransmitteren konverterer det elektriske signalet til et optisk. Senderen er i de fleste tilfeller en LED (tidligere modeller brukte gløde- eller neonpærer). Bruken av lysdioder er prinsippløs, men de er mer holdbare og pålitelige.
Det optiske signalet sendes gjennom en optisk kanal til mottakeren. Kanalen er lukket - når lyset som sendes ut av senderen ikke går utover kroppen til optokobleren. Deretter synkroniseres signalet som genereres av mottakeren med signalet på senderinngangen.Slike kanaler er luft eller fylt med en spesiell optisk forbindelse. Det er også "lange" optokoblere, kanalen som er optisk fiber.
Hvis optokobleren er utformet på en slik måte at den genererte strålingen, før den når mottakeren, forlater huset, kalles en slik kanal åpen. Med den kan du registrere hindringer som oppstår i lysstrålens bane.
Fotodetektoren utfører invers konvertering av det optiske signalet til et elektrisk. De mest brukte mottakerne er:
- Fotodioder. Brukes vanligvis i digitale kommunikasjonslinjer. Deres avstamning er liten.
- Fotomotstander. Deres funksjon er toveis ledningsevnen til mottakeren. Strømmen gjennom motstanden kan gå i begge retninger.
- Fototransistorer. Et trekk ved slike enheter er muligheten til å kontrollere transistorstrømmen både gjennom en optotransmitter og gjennom utgangskretsen. Brukes i både lineær og digital modus. En egen type optokoblere - med parallellmotsatte felteffekttransistorer. Slike enheter kalles solid state releer.
- Fototyristorer. Slike optokoblere utmerker seg ved økt effekt til utgangskretser og deres svitsjhastighet; slike enheter brukes praktisk til å kontrollere elementer av kraftelektronikk. Disse enhetene er også kategorisert som solid state-reléer.
Optokobler-mikrokretser har blitt utbredt – sammenstillinger av optokoblere med stropping i én pakke. Slike optokoblere brukes som koblingsenheter og til andre formål.
Fordeler og ulemper
Den første fordelen notert i optiske instrumenter er fraværet av mekaniske deler.Dette betyr at under drift er det ingen friksjon, slitasje, gnister av kontakter, som i elektromekaniske releer. I motsetning til andre enheter for galvanisk isolering av signaler (transformatorer, etc.), kan optokoblere operere ved svært lave frekvenser, inkludert likestrøm.
I tillegg er fordelen med optisk isolasjon den svært lave kapasitive og induktive koblingen mellom inngang og utgang. På grunn av dette reduseres sannsynligheten for overføring av impuls og høyfrekvent interferens. Fraværet av mekanisk og elektrisk forbindelse mellom inngang og utgang gir muligheten for en rekke tekniske løsninger for å lage kontaktløse kontroll- og svitsjekretser.
Til tross for begrensningen i reelle design når det gjelder spenning og strøm for inngang og utgang, er det i teorien ingen grunnleggende hindringer for å øke disse egenskapene. Dette lar deg lage optokoblere for nesten alle oppgaver.
Ulempene med optokoblere inkluderer enveis signaloverføring - det er umulig å overføre et optisk signal fra fotodetektoren tilbake til senderen. Dette gjør det vanskelig å organisere tilbakemelding i henhold til responsen til mottakerkretsen på sendersignalet.
Reaksjonen til mottaksdelen kan påvirkes ikke bare ved å endre strålingen til senderen, men også ved å påvirke tilstanden til kanalen (utseendet til tredjepartsobjekter, endre de optiske egenskapene til kanalmediet, etc.). En slik påvirkning kan også være av ikke-elektrisk karakter. Dette utvider mulighetene for å bruke optokoblere. Og ufølsomhet for eksterne elektromagnetiske felt lar deg lage dataoverføringskanaler med høy støyimmunitet.
Den største ulempen med optokoblere er lav energieffektivitet forbundet med signaltap under dobbel signalkonvertering. En ulempe er også det høye iboende støynivået. Dette reduserer følsomheten til optokoblere og begrenser omfanget av deres anvendelse der arbeid med svake signaler er nødvendig.
Når du bruker optokoblere, må påvirkningen av temperaturen på parametrene deres også tas i betraktning - det er betydelig. I tillegg inkluderer ulempene med optokoblere en merkbar nedbrytning av elementene under drift og en viss mangel på teknologi i produksjonen knyttet til bruken av forskjellige halvledermaterialer i en pakke.
Egenskaper til optokoblere
Optokoblerparametere faller inn i to kategorier:
- karakterisere egenskapene til enheten for å overføre et signal;
- karakteriserer frakoblingen mellom input og output.
Den første kategorien er gjeldende overføringskoeffisient. Det avhenger av emissiviteten til lysdioden, følsomheten til mottakeren og egenskapene til den optiske kanalen. Denne koeffisienten er lik forholdet mellom utgangsstrømmen og inngangsstrømmen og er for de fleste typer optokoblere 0,005 ... 0,2. For transistorelementer kan overføringskoeffisienten nå 1.
Hvis vi betrakter optokobleren som en firepolet, er dens inngangskarakteristikk helt bestemt av CVC-en til opto-emitteren (LED), og utgangen - av karakteristikken til mottakeren. Gjennomføringskarakteristikken er generelt ikke-lineær, men noen typer optokoblere har lineære seksjoner. Så en del av CVC-en til diodeoptokobleren har god linearitet, men denne delen er ikke veldig stor.
Motstandselementer blir også evaluert av forholdet mellom mørk motstand (med en inngangsstrøm lik null) og lys motstand. For tyristoroptokoblere er en viktig egenskap minimum holdestrøm i åpen tilstand. De betydelige parametrene til optokobleren inkluderer også den høyeste driftsfrekvensen.
Kvaliteten på galvanisk isolasjon er preget av:
- den maksimale spenningen påført inngangen og utgangen;
- maksimal spenning mellom inngang og utgang;
- isolasjonsmotstand mellom inngang og utgang;
- passasjekapasitet.
Den siste parameteren karakteriserer evnen til et elektrisk høyfrekvent signal til å lekke fra inngangen til utgangen, forbi den optiske kanalen, gjennom kapasitansen mellom elektrodene.
Det er parametere som lar deg bestemme egenskapene til inngangskretsen:
- den høyeste spenningen som kan påføres inngangsterminalene;
- den maksimale strømmen som lysdioden tåler;
- spenningsfall over LED ved merkestrøm;
- Omvendt inngangsspenning - Omvendt polaritetsspenning som lysdioden tåler.
For utgangskretsen vil disse egenskapene være maksimal tillatt utgangsstrøm og spenning, samt lekkasjestrømmen ved null inngangsstrøm.
Omfang av optokoblere
Optokoblere med lukket kanal brukes der det av en eller annen grunn (elektrisk sikkerhet etc.) kreves frakobling mellom signalkilden og mottakersiden. For eksempel i tilbakemeldingssløyfer bytte strømforsyning - signalet tas fra PSU-utgangen, matet til det utstrålende elementet, hvis lysstyrke avhenger av spenningsnivået.Et signal avhengig av utgangsspenningen tas fra mottakeren og føres til PWM-kontrolleren.
Et fragment av en datamaskinstrømforsyningskrets med to optokoblere er vist i figuren. Den øverste optokobleren IC2 skaper en tilbakemelding som stabiliserer spenningen. Den nederste IC3-en opererer i diskret modus og leverer strøm til PWM-brikken når standby-spenningen er tilstede.
Galvanisk isolasjon mellom kilde og mottaker kreves også av noen standard elektriske grensesnitt.
Enheter med åpen kanal brukes til å lage sensorer for å oppdage eventuelle gjenstander (tilstedeværelse av papir i skriveren), grensebrytere, tellere (objekter på transportøren, antall tannhjul i musemanipulatorer), etc.
Solid state releer brukes på samme sted som konvensjonelle releer - for å bytte signaler. Men deres forplantning hindres av den høye motstanden til kanalen i åpen tilstand. De brukes også som drivere for elementer av kraft-solid-state elektronikk (kraftig felteffekt eller IGBT-transistorer).
Optokobleren ble utviklet for mer enn et halvt århundre siden, men dens utbredte bruk begynte etter at lysdioder ble rimelige og rimelige. Nå utvikles alle nye modeller av optokoblere (for det meste mikrokretser basert på dem), og omfanget deres utvides bare.
Lignende artikler:
