Optocsatoló - jellemzők, eszköz, alkalmazás
Mi az optocsatoló
Az optocsatoló egy optoelektronikai eszköz, melynek fő funkcionális részei egy fényforrás és egy fotodetektor, amelyek nem galvanikusan kapcsolódnak egymáshoz, hanem közös tömített házban helyezkednek el. Az optocsatoló működési elve azon alapul, hogy a rá adott elektromos jel fényt kelt az adó oldalon, és már fény formájában a jelet a fotodetektor veszi, elektromos jelet indítva a vevőn. oldal. Ez azt jelenti, hogy a jelet az elektronikus alkatrészen belüli optikai kommunikáción keresztül továbbítják és fogadják.
Az optocsatoló a legegyszerűbb típusú optocsatoló. Csak az adó és a vevő részből áll. Az optocsatoló egy bonyolultabb típusa egy optoelektronikai chip, amely több optocsatolót tartalmaz egy vagy több illesztő vagy erősítő eszközhöz csatlakoztatva.
Így az optocsatoló egy olyan elektronikus alkatrész, amely optikai jel átvitelét biztosítja egy áramkörben anélkül, hogy a jelforrás és a vevő között galvanikus csatolás lenne, mivel a fotonokról ismert, hogy elektromosan semlegesek.
Az optocsatolók felépítése és jellemzői
Az optocsatolók olyan fotodetektorokat használnak, amelyek érzékenyek a közeli infravörös és a látható tartományban, mivel a spektrum ezen részét intenzív sugárforrások jellemzik, amelyek hűtés nélkül is képesek fotodetektorként működni. A szilícium alapú pn átmenetes fotodetektorok (diódák és tranzisztorok) univerzálisak, maximális spektrális érzékenységük tartománya megközelíti a 0,8 μm-t.
Az optocsatolót elsősorban a CTR áramátviteli arány, vagyis a bemeneti és kimeneti áramok aránya jellemzi. A következő paraméter a jelátviteli sebesség, tulajdonképpen az optocsatoló működésének fc vágási frekvenciája, amely a tr felfutási időhöz és az átvitt impulzusok tf határértékéhez kapcsolódik. Végül az optocsatolót a galvanikus leválasztás szempontjából jellemző paraméterek: a Riso szigetelési ellenállás, a Viso maximális feszültség és az áteresztőképesség Vö.
Az optocsatoló szerkezet részét képező bemeneti eszközt úgy tervezték, hogy optimális működési feltételeket teremtsen az emitter (LED) számára, hogy a működési pontot az I - V karakterisztika lineáris tartományába tolja el.
A beviteli eszköz kellő sebességgel és széles bemeneti áram skálával rendelkezik, így alacsony (küszöb)áram mellett is biztosítja az információátvitel megbízhatóságát. Az optikai közeg a ház belsejében található, amelyen keresztül a fény az emittertől a fotodetektorhoz jut.
A szabályozott optikai csatornával rendelkező optocsatolókban van egy kiegészítő vezérlőberendezés, amelyen keresztül elektromos vagy mágneses eszközökkel lehet befolyásolni az optikai közeg tulajdonságait.A fotodetektor oldalon a jelet magas optikai-elektromos konverziós arány mellett nyerik vissza.
A fotodetektor oldalán található kimeneti eszköz (például az áramkörben található fototranzisztor) úgy van kialakítva, hogy a jelet szabványos elektromos formává alakítsa, amely kényelmes az optocsatolót követő blokkokban történő további feldolgozáshoz. Az optocsatoló gyakran nem tartalmaz bemeneti és kimeneti eszközöket, ezért külső áramkörökre van szükség ahhoz, hogy egy adott eszköz áramkörében normális működést biztosítsanak.
Optocsatolók alkalmazása
Az optikai csatlakozókat széles körben használják galvanikus leválasztású áramkörökben különféle berendezések blokkjai, ahol alacsony és nagyfeszültségű áramkörök vannak, a vezérlőáramkörök el vannak választva a tápáramköröktől: erős triacok és tirisztorok vezérlése, relé áramkörök stb.
A dióda, tranzisztor és ellenállás optocsatolókat rádiótechnikai modulációs és automatikus erősítésszabályozó áramkörökben használják. Az optikai csatorna szabaddá tételével az áramkör érintésmentesen vezérelhető és optimális üzemmódba kerül.
Az optikai csatlakozók olyan sokoldalúak, hogy olyan sokféle iparágban és olyan sok egyedi funkcióban használják őket, akár egyszerűen galvanikus leválasztásként és érintésmentes vezérlőelemként is, hogy felsorolni sem lehet őket.
Íme néhány ezek közül: számítógépek, kommunikációs technológia, automatizálás, rádióberendezések, automatizált vezérlőrendszerek, mérőműszerek, vezérlő- és szabályozási rendszerek, orvostechnika, vizuális kijelző eszközök és még sok más.
Az optocsatolók előnyei
Az optocsatolók nyomtatott áramköri lapokon való használata lehetővé teszi az ideális galvanikus leválasztás elérését, amikor a nagyfeszültségű és alacsony feszültségű, bemeneti és kimeneti áramkörök leválasztására vonatkozó követelmények az ellenállás szempontjából rendkívül magasak. A népszerű PC817 optocsatoló adó- és vevőáramkörei közötti feszültség például 5000 V. Ezenkívül az optikai leválasztással rendkívül alacsony, körülbelül 1 pF sávszélesség érhető el.
Optocsatolókkal az érintés nélküli vezérlés nagyon egyszerűen megvalósítható, miközben teret enged az egyedi tervezési megoldásoknak a közvetlen vezérlőáramkörök tekintetében. Itt az is fontos, hogy a vevő egyáltalán ne reagáljon a forrásra, vagyis az információ egyirányú továbbításra kerüljön.
Az optocsatoló legszélesebb sávszélessége kiküszöböli az alacsony frekvenciák által támasztott korlátokat: fény segítségével legalább állandó jelet, akár impulzust is továbbíthatunk, és nagyon meredek élekkel, ami impulzustranszformátorokkal alapvetően lehetetlen megvalósítani. Az optocsatoló belsejében lévő kommunikációs csatorna abszolút immunis az elektromágneses mezők hatásaira, így a jel védve van az interferencia és az elfogás ellen. Végül az optocsatolók teljes mértékben kompatibilisek más elektronikus alkatrészekkel.