"Optik yayıcı - optik alıcı" çifti, elektronik ve elektrik mühendisliğinde uzun süredir kullanılmaktadır. Alıcı ve vericinin aynı mahfaza içinde bulunduğu ve aralarında optik bir bağlantı bulunan elektronik bir bileşene optokuplör veya optokuplör denir.
İçerik
optokuplör cihazı
Optokuplör, bir optik verici (verici), bir optik kanal ve bir optik sinyal alıcısından oluşur. Fototransmitter, elektrik sinyalini optik sinyale dönüştürür. Verici çoğu durumda bir LED'dir (önceki modellerde akkor veya neon ampuller kullanılır). LED'lerin kullanımı ilkesizdir, ancak daha dayanıklı ve güvenilirdirler.
Optik sinyal, optik bir kanal aracılığıyla alıcıya iletilir. Kanal kapalı - verici tarafından yayılan ışık optokuplörün gövdesinin ötesine geçmediğinde. Daha sonra alıcı tarafından üretilen sinyal, verici girişindeki sinyal ile senkronize edilir.Bu tür kanallar havadır veya özel bir optik bileşik ile doldurulur. Ayrıca, kanal olan "uzun" optokuplörler de vardır. Optik lif.
Optokuplör, üretilen radyasyon alıcıya ulaşmadan önce yuvayı terk edecek şekilde tasarlanmışsa, böyle bir kanala açık denir. Bununla, ışık huzmesinin yolunda ortaya çıkan engelleri kaydedebilirsiniz.
Fotodedektör, optik sinyalin elektrik sinyaline ters dönüşümünü gerçekleştirir. En sık kullanılan alıcılar:
- Fotodiyotlar. Genellikle dijital iletişim hatlarında kullanılır. Onların soyu küçüktür.
- Fotodirençler. Onların özelliği, alıcının iki yönlü iletkenliğidir. Dirençten geçen akım her iki yöne de gidebilir.
- Fototransistörler. Bu tür cihazların bir özelliği, transistör akımını hem bir optotransmitter hem de çıkış devresi aracılığıyla kontrol etme yeteneğidir. Hem lineer hem de dijital modlarda kullanılır. Ayrı bir optokuplör türü - paralel karşıt alan etkili transistörlerle. Bu tür cihazlar denir katı hal röleleri.
- Fototristörler. Bu tür optokuplörler, çıkış devrelerinin artan gücü ve anahtarlama hızları ile ayırt edilir; bu tür cihazlar, güç elektroniğinin kontrol elemanlarında uygun şekilde kullanılır. Bu cihazlar aynı zamanda katı hal röleleri olarak da sınıflandırılır.
Optocoupler mikro devreleri yaygınlaştı - tek bir pakette çemberli optokuplör montajları. Bu tür optokuplörler, anahtarlama cihazları olarak ve başka amaçlar için kullanılır.
Avantajlar ve dezavantajlar
Optik cihazlarda belirtilen ilk avantaj, mekanik parçaların olmamasıdır.Bu, çalışma sırasında elektromekanik rölelerde olduğu gibi sürtünme, aşınma, kontaklarda kıvılcım olmadığı anlamına gelir. Sinyallerin galvanik izolasyonu için diğer cihazların (transformatörler vb.) aksine, optokuplörler doğru akım dahil çok düşük frekanslarda çalışabilir.
Ek olarak, optik izolasyonun avantajı, giriş ve çıkış arasındaki çok düşük kapasitif ve endüktif bağlantıdır. Bu nedenle, darbe ve yüksek frekanslı girişimin iletilme olasılığı azalır. Giriş ve çıkış arasında mekanik ve elektriksel bağlantının olmaması, temassız kontrol ve anahtarlama devrelerinin oluşturulması için çeşitli teknik çözümlere olanak sağlar.
Gerçek tasarımlarda giriş ve çıkış için voltaj ve akım açısından sınırlamalara rağmen, teorik olarak bu özelliklerin arttırılmasının önünde hiçbir temel engel yoktur. Bu, hemen hemen her görev için optokuplörler oluşturmanıza olanak tanır.
Optokuplörlerin dezavantajları arasında tek yönlü sinyal iletimi bulunur - fotodetektörden tekrar vericiye optik bir sinyal iletmek imkansızdır. Bu, alıcı devrenin verici sinyaline verdiği yanıta göre geri beslemeyi organize etmeyi zorlaştırır.
Alıcı parçanın tepkisi, yalnızca vericinin radyasyonunu değiştirerek değil, aynı zamanda kanalın durumunu etkileyerek de etkilenebilir (üçüncü taraf nesnelerin görünümü, kanal ortamının optik özelliklerinin değiştirilmesi vb.). Böyle bir etki elektriksel olmayan bir yapıda da olabilir. Bu, optokuplör kullanma olanaklarını genişletir. Ve harici elektromanyetik alanlara duyarsızlık, yüksek gürültü bağışıklığına sahip veri iletim kanalları oluşturmanıza olanak tanır.
Optokuplörlerin ana dezavantajı, çift sinyal dönüşümü sırasında sinyal kayıplarıyla ilişkili düşük enerji verimliliğidir. Ayrıca bir dezavantaj, yüksek içsel gürültü seviyesidir. Bu, optokuplörlerin hassasiyetini azaltır ve zayıf sinyallerle çalışmanın gerekli olduğu yerlerde uygulamalarının kapsamını sınırlar.
Optokuplörleri kullanırken, sıcaklığın parametreleri üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır - bu önemlidir. Ek olarak, optokuplörlerin dezavantajları, çalışma sırasında elemanların gözle görülür bir şekilde bozulmasını ve çeşitli yarı iletken malzemelerin tek bir pakette kullanılmasıyla ilişkili üretimde belirli bir teknoloji eksikliğini içerir.
optokuplörlerin özellikleri
Optokuplör parametreleri iki kategoriye ayrılır:
- bir sinyal iletmek için cihazın özelliklerini karakterize etmek;
- giriş ve çıkış arasındaki ayrışmayı karakterize eder.
İlk kategori akım transfer katsayısıdır. LED'in emisyonuna, alıcının hassasiyetine ve optik kanalın özelliklerine bağlıdır. Bu katsayı, çıkış akımının giriş akımına oranına eşittir ve çoğu optokuplör türü için 0.005 ... 0.2'dir. Transistör elemanları için transfer katsayısı 1'e ulaşabilir.
Optocoupler'ı dört kutuplu olarak düşünürsek, giriş karakteristiği tamamen opto-yayıcının (LED) CVC'si ve çıkış - alıcının karakteristiği ile belirlenir. Geçiş özelliği genellikle doğrusal değildir, ancak bazı optokuplör türleri doğrusal bölümlere sahiptir. Bu nedenle, diyot optokuplörün CVC'sinin bir kısmı iyi bir doğrusallığa sahiptir, ancak bu bölüm çok büyük değildir.
Direnç elemanları ayrıca karanlık direncin (sıfıra eşit bir giriş akımıyla) ışık direncine oranı ile değerlendirilir. Tristörlü optokuplörler için önemli bir özellik, açık durumda minimum tutma akımıdır. Optokuplörün önemli parametreleri aynı zamanda en yüksek çalışma frekansını da içerir.
Galvanik izolasyonun kalitesi şu şekilde karakterize edilir:
- giriş ve çıkışa uygulanan maksimum voltaj;
- giriş ve çıkış arasındaki maksimum voltaj;
- giriş ve çıkış arasındaki yalıtım direnci;
- geçiş kapasitesi.
Son parametre, bir elektriksel yüksek frekanslı sinyalin, elektrotlar arasındaki kapasitans yoluyla optik kanalı atlayarak girişten çıkışa sızma yeteneğini karakterize eder.
Giriş devresinin yeteneklerini belirlemenize izin veren parametreler vardır:
- giriş terminallerine uygulanabilecek en yüksek voltaj;
- LED'in dayanabileceği maksimum akım;
- anma akımında LED boyunca voltaj düşüşü;
- Ters Giriş Voltajı - LED'in dayanabileceği ters polarite voltajı.
Çıkış devresi için bu özellikler, izin verilen maksimum çıkış akımı ve voltajı ile sıfır giriş akımındaki kaçak akım olacaktır.
optokuplörlerin kapsamı
Kapalı kanallı optokuplörler, herhangi bir nedenle (elektrik güvenliği vb.), sinyal kaynağı ile alıcı taraf arasında ayırmanın gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Örneğin, geri besleme döngülerinde anahtarlama güç kaynakları - sinyal, parlaklığı voltaj seviyesine bağlı olan yayılan elemana beslenen PSU çıkışından alınır.Alıcıdan çıkış voltajına bağlı olarak bir sinyal alınır ve PWM kontrolörüne beslenir.
Şekilde iki optokuplörlü bir bilgisayar güç kaynağı devresinin bir parçası gösterilmektedir. Üstteki optokuplör IC2, voltajı stabilize eden bir geri besleme oluşturur. Alt IC3, ayrık modda çalışır ve bekleme voltajı mevcut olduğunda PWM yongasına güç sağlar.
Kaynak ve alıcı arasındaki galvanik izolasyon, bazı standart elektrik arayüzleri tarafından da gereklidir.
Açık kanallı cihazlar, herhangi bir nesneyi (yazıcıda kağıt varlığı), limit anahtarlarını, sayaçları (konveyör üzerindeki nesneler, fare manipülatörlerinde dişli diş sayısı) vb. algılamak için sensörler oluşturmak için kullanılır.
Katı hal röleleri, geleneksel rölelerle aynı yerde - anahtarlama sinyalleri için kullanılır. Ancak yayılmaları, kanalın açık durumdaki yüksek direnci nedeniyle engellenir. Ayrıca, güç katı hal elektroniği (güçlü alan etkisi veya IGBT transistörleri) elemanları için sürücüler olarak kullanılırlar.
Optokuplör yarım yüzyıldan daha uzun bir süre önce geliştirildi, ancak yaygın kullanımı LED'lerin uygun fiyatlı ve ucuz hale gelmesinden sonra başladı. Şimdi tüm yeni optokuplör modelleri geliştiriliyor (çoğunlukla bunlara dayalı mikro devreler) ve kapsamları sadece genişliyor.
Benzer makaleler:
