Optocupler - caracteristici, dispozitiv, aplicație

Ce este un optocupler

Optocuplerul este un dispozitiv optoelectronic, ale cărui părți funcționale principale sunt o sursă de lumină și un fotodetector, care nu sunt conectate galvanic între ele, ci sunt amplasate într-o carcasă etanșă comună. Principiul de funcționare al unui optocupler se bazează pe faptul că un semnal electric aplicat acestuia provoacă o strălucire pe partea de transmisie și, deja sub formă de lumină, semnalul este recepționat de fotodetector, inițiind un semnal electric la recepție. latură. Adică, un semnal este transmis și primit prin comunicare optică în cadrul componentei electronice.

Un optocupler este cel mai simplu tip de optocupler. Se compune numai din părțile de transmitere și de recepție. Un tip mai complex de optocupler este un cip optoelectronic care conține mai multe optocuple conectate la unul sau mai multe dispozitive de potrivire sau de amplificare.

Astfel, un optocupler este o componentă electronică care asigură transmiterea unui semnal optic într-un circuit fără cuplare galvanică între sursa de semnal și receptorul acestuia, deoarece fotonii sunt cunoscuți a fi neutri din punct de vedere electric.

Structura și caracteristicile optocuplelor

Optocuplele folosesc fotodetectoare care sunt sensibile în regiunile apropiate de infraroșu și vizibil, deoarece această parte a spectrului este caracterizată de surse intense de radiații care pot funcționa ca fotodetectoare fără răcire. Fotodetectoarele cu joncțiuni pn (diode și tranzistoare) pe bază de siliciu sunt universale, regiunea sensibilității lor spectrale maxime este apropiată de 0,8 μm.

Optocuplerul este caracterizat în primul rând de raportul de transmisie curent CTR, adică raportul dintre curenții de intrare și de ieșire. Următorul parametru este rata de transmisie a semnalului, de fapt frecvența de tăiere fc a funcționării optocuplerului, raportată la timpul de creștere tr și la cutoff tf pentru impulsurile transmise. În sfârșit, parametrii care caracterizează optocuplerul din punct de vedere al izolației galvanice: rezistența de izolație Riso, tensiunea maximă Viso și debitul Cf.

Dispozitivul de intrare, care face parte din structura optocuplerului, este proiectat pentru a crea condiții optime de funcționare pentru ca emițătorul (LED) să schimbe punctul de operare în regiunea liniară a caracteristicii I — V.

Dispozitivul de intrare are viteză suficientă și o gamă largă de curenți de intrare, asigurând fiabilitatea transmiterii informațiilor chiar și la curent (de prag) scăzut. Mediul optic este situat în interiorul carcasei prin care lumina este transmisă de la emițător la fotodetector.

În optocuplele cu canal optic controlat, există un dispozitiv de control suplimentar, prin care este posibilă influențarea proprietăților mediului optic folosind mijloace electrice sau magnetice.Pe partea fotodetectorului, semnalul este recuperat la o rată mare de conversie optic-electrică.

Dispozitivul de ieșire de pe partea laterală a fotodetectorului (de exemplu, un fototranzistor inclus în circuit) este proiectat pentru a converti semnalul într-o formă electrică standard, convenabilă pentru procesarea ulterioară în blocuri după optocupler. Un optocupler adesea nu conține dispozitive de intrare și ieșire, așa că necesită circuite externe pentru a stabili funcționarea normală în circuitul unui anumit dispozitiv.

Aplicarea optocuplelor

Conectorii optici sunt folosiți pe scară largă în circuite de izolare galvanică blocuri de diferite echipamente, unde există circuite pentru joasă și înaltă tensiune, circuitele de control sunt separate de circuitele de putere: controlul triacurilor și tiristoarelor puternice, circuitele relee etc.

Optocuplajele cu diode, tranzistori și rezistoare sunt utilizate în modulația de inginerie radio și circuitele de control automat al câștigului. Prin expunerea canalului optic, circuitul este controlat fără contact și adus la modul optim de funcționare.

Conectorii optici sunt atât de versatili încât sunt utilizați într-o varietate de industrii și în atât de multe funcții unice, chiar și pur și simplu ca elemente de izolare galvanică și control fără contact, încât este imposibil să le enumerați pe toate.

Iată doar câteva dintre ele: calculatoare, tehnologia comunicațiilor, automatizări, echipamente radio, sisteme automate de control, instrumente de măsură, sisteme de control și reglare, tehnologie medicală, dispozitive de afișare vizuală și multe altele.

Avantajele optocuplelor

Utilizarea optocuplelor pe plăcile de circuite imprimate vă permite să obțineți o izolare galvanică ideală atunci când cerințele pentru izolarea circuitelor de înaltă și joasă tensiune, de intrare și de ieșire din punct de vedere al rezistenței sunt extrem de mari. Tensiunea dintre circuitele de transmisie și recepție ale optocuplerului popular PC817 este, de exemplu, de 5000 V. În plus, o lățime de bandă extrem de mică de aproximativ 1 pF este realizată prin izolarea optică.

Folosind optocuple, controlul fără contact este foarte ușor de implementat, lăsând în același timp loc pentru soluții unice de design în ceea ce privește circuitele de control direct. De asemenea, este important aici că nu există absolut nicio reacție a receptorului la sursă, adică informația este transmisă într-un singur sens.

Cea mai mare lățime de bandă a optocuplerului elimină limitările impuse de frecvențele joase: cu ajutorul luminii, puteți transmite cel puțin un semnal constant, chiar și un impuls, și cu margini foarte abrupte, ceea ce este fundamental imposibil de implementat folosind transformatoare de impulsuri. Canalul de comunicație din interiorul optocuplerului este absolut imun la efectele câmpurilor electromagnetice, astfel încât semnalul este protejat de interferențe și captare. În cele din urmă, optocuptoarele sunt pe deplin compatibile cu alte componente electronice.