Optocoupler - karakteristike, uređaj, primjena

Što je optocoupler

Optocoupler je optoelektronički uređaj, čiji su glavni funkcionalni dijelovi izvor svjetlosti i fotodetektor, koji nisu međusobno galvanski povezani, već se nalaze u zajedničkom zatvorenom kućištu. Načelo rada optokaplera temelji se na činjenici da električni signal koji se na njega primjenjuje uzrokuje sjaj na odašiljačkoj strani, a već u obliku svjetlosti, signal prima fotodetektor, inicirajući električni signal na prijemu strana. To jest, signal se prenosi i prima putem optičke komunikacije unutar elektroničke komponente.

Optokapler je najjednostavniji tip optokaplera. Sastoji se samo od odašiljačkog i prijemnog dijela. Složeniji tip optokaplera je optoelektronički čip koji sadrži nekoliko optokaplera spojenih na jedan ili više uređaja za usklađivanje ili pojačavanje.

Dakle, optokapler je elektronička komponenta koja omogućuje prijenos optičkog signala u krugu bez galvanske sprege između izvora signala i njegovog prijamnika, budući da je poznato da su fotoni električki neutralni.

Struktura i karakteristike optokaplera

Optokapleri koriste fotodetektore koji su osjetljivi u bliskom infracrvenom i vidljivom području, budući da ovaj dio spektra karakteriziraju intenzivni izvori zračenja koji mogu raditi kao fotodetektori bez hlađenja. Fotodetektori s pn spojevima (diode i tranzistori) na bazi silicija su univerzalni, područje njihove maksimalne spektralne osjetljivosti je blizu 0,8 μm.

Optocoupler prvenstveno karakterizira prijenosni omjer struje CTR, odnosno omjer ulazne i izlazne struje. Sljedeći parametar je brzina prijenosa signala, zapravo granična frekvencija fc rada optokaplera, povezana s vremenom porasta tr i graničnom frekvencijom tf za odaslane impulse. Konačno, parametri koji karakteriziraju optički sprežnik sa stajališta galvanske izolacije: izolacijski otpor Riso, maksimalni napon Viso i propusnost Cf.

Ulazni uređaj, koji je dio strukture optokaplera, dizajniran je za stvaranje optimalnih radnih uvjeta za odašiljač (LED) za pomicanje radne točke u linearno područje I—V karakteristike.

Ulazni uređaj ima dovoljnu brzinu i širok raspon ulaznih struja, osiguravajući pouzdanost prijenosa informacija čak i pri niskoj (pragu) struje. Optički medij nalazi se unutar kućišta kroz koje se svjetlost prenosi od emitera do fotodetektora.

U optokaplerima s kontroliranim optičkim kanalom postoji dodatni upravljački uređaj, preko kojeg je moguće utjecati na svojstva optičkog medija pomoću električnih ili magnetskih sredstava.Na strani fotodetektora, signal se vraća uz visoku stopu pretvorbe optičkog u električni.

Izlazni uređaj na strani fotodetektora (na primjer, fototranzistor uključen u krug) dizajniran je za pretvaranje signala u standardni električni oblik, prikladan za daljnju obradu u blokovima nakon optokaplera. Optocoupler često ne sadrži ulazne i izlazne uređaje, pa su mu potrebni vanjski sklopovi za uspostavljanje normalnog rada u krugu određenog uređaja.

Primjena optokaplera

Optički konektori imaju široku primjenu u krugovima za galvansku izolaciju blokovi različite opreme, gdje postoje krugovi za niski i visoki napon, upravljački krugovi su odvojeni od strujnih krugova: upravljanje snažnim trijacima i tiristorima, relejni krugovi itd.

Diodni, tranzistorski i otpornički optokapleri koriste se u krugovima za modulaciju radiotehnike i automatsku regulaciju pojačanja. Otvaranjem optičkog kanala sklop se beskontaktno upravlja i dovodi u optimalan način rada.

Optički konektori toliko su svestrani da se koriste u toliko različitih industrija i u toliko jedinstvenih funkcija, čak i jednostavno kao galvanska izolacija i beskontaktni upravljački elementi, da ih je nemoguće sve nabrojati.

Evo samo nekih od njih: računala, komunikacijska tehnika, automatika, radio oprema, automatizirani sustavi upravljanja, mjerni instrumenti, sustavi upravljanja i regulacije, medicinska tehnika, uređaji za vizualni prikaz i mnogi drugi.

Prednosti optokaplera

Korištenje optokaplera na tiskanim pločicama omogućuje vam postizanje idealne galvanske izolacije kada su zahtjevi za izolaciju visokonaponskih i niskonaponskih, ulaznih i izlaznih krugova u smislu otpora izuzetno visoki. Napon između odašiljačkih i prijamnih krugova popularnog optokaplera PC817 je, na primjer, 5000 V. Osim toga, iznimno niska propusnost od oko 1 pF postiže se optičkom izolacijom.

Korištenjem optokaplera, beskontaktno upravljanje je vrlo jednostavno implementirati, a ostavlja prostor za jedinstvena dizajnerska rješenja u smislu direktnih upravljačkih krugova. Ovdje je također važno da ne postoji nikakva reakcija primatelja na izvor, odnosno da se informacija prenosi jednosmjerno.

Najšira propusnost optokaplera eliminira ograničenja nametnuta niskim frekvencijama: uz pomoć svjetla možete prenijeti barem konstantan signal, čak i impuls, i to s vrlo strmim rubovima, što je u osnovi nemoguće implementirati pomoću impulsnih transformatora. Komunikacijski kanal unutar optocouplera apsolutno je otporan na učinke elektromagnetskih polja, tako da je signal zaštićen od smetnji i hvatanja. Konačno, optokapleri su potpuno kompatibilni s drugim elektroničkim komponentama.