Пар "оптички емитер - оптички пријемник" дуго се користи у електроници и електротехници. Електронска компонента у којој се пријемник и предајник налазе у истом кућишту и између њих постоји оптичка веза назива се оптокаплер или оптокаплер.
Оптоцоуплер уређај
Оптокаплер се састоји од оптичког предајника (емитера), оптичког канала и пријемника оптичког сигнала. Фототрансмитер претвара електрични сигнал у оптички. Предајник је у већини случајева ЛЕД (ранији модели су користили сијалице са жарном нити или неонске сијалице). Употреба ЛЕД диода је непринципијелна, али су издржљивија и поузданија.
Оптички сигнал се преноси преко оптичког канала до пријемника. Канал је затворен - када светлост коју емитује предајник не иде даље од тела оптокаплера. Тада се сигнал који генерише пријемник синхронизује са сигналом на улазу предајника.Такви канали су ваздушни или испуњени посебним оптичким једињењем. Постоје и "дуги" оптокаплери, канал у коме је оптичко влакно.
Ако је оптокаплер пројектован тако да генерисано зрачење, пре него што стигне до пријемника, напусти кућиште, такав канал се назива отвореним. Помоћу њега можете регистровати препреке које настају на путу светлосног снопа.
Фотодетектор врши инверзну конверзију оптичког сигнала у електрични. Најчешће коришћени пријемници су:
- Пхотодиодес. Обично се користи у дигиталним комуникационим линијама. Њихова лоза је мала.
- Фотоотпорници. Њихова карактеристика је двосмерна проводљивост пријемника. Струја кроз отпорник може ићи у било ком смеру.
- Фототранзистори. Карактеристика таквих уређаја је могућност контроле струје транзистора и преко оптотрансмитера и кроз излазно коло. Користи се у линеарном и дигиталном режиму. Одвојена врста оптокаплера - са паралелно супротстављеним транзисторима са ефектом поља. Такви уређаји се зову чврсти релеји.
- Фототиристори. Такви оптокаплери се одликују повећаном снагом излазних кола и њиховом брзином пребацивања; такви уређаји се погодно користе у управљању елементима енергетске електронике. Ови уређаји су такође категорисани као полупроводнички релеји.
Микро кола оптокаплера су постала широко распрострањена - склопови оптоспојника са везивањем у једном пакету. Такви оптокаплери се користе као комутациони уређаји и у друге сврхе.
Предности и мане
Прва предност која се примећује код оптичких инструмената је одсуство механичких делова.То значи да током рада нема трења, хабања, варничења контаката, као код електромеханичких релеја. За разлику од других уређаја за галванску изолацију сигнала (трансформатори и сл.), оптокаплери могу да раде на веома ниским фреквенцијама, укључујући једносмерну струју.
Поред тога, предност оптичке изолације је веома ниска капацитивна и индуктивна спрега између улаза и излаза. Због тога се смањује вероватноћа преноса импулса и високофреквентних сметњи. Одсуство механичке и електричне везе између улаза и излаза пружа могућност низа техничких решења за креирање бесконтактних управљачких и склопних кола.
Упркос ограничењима у реалном дизајну у погледу напона и струје за улаз и излаз, у теорији не постоје фундаменталне препреке за повећање ових карактеристика. Ово вам омогућава да креирате оптокаплере за скоро сваки задатак.
Недостаци оптокаплера укључују једносмерни пренос сигнала - немогуће је пренети оптички сигнал са фотодетектора назад на предајник. Ово отежава организовање повратних информација у складу са одговором пријемног кола на сигнал предајника.
На реакцију пријемног дела може се утицати не само променом зрачења предајника, већ и утицајем на стање канала (појава објеката трећих лица, промена оптичких својстава медијума канала итд.). Такав утицај може бити и неелектричне природе. Ово проширује могућности коришћења оптокаплера. А неосетљивост на спољна електромагнетна поља омогућава вам да креирате канале за пренос података са високом отпорношћу на буку.
Главни недостатак оптокаплера је ниска енергетска ефикасност повезана са губицима сигнала током двоструке конверзије сигнала. Такође недостатак је висок ниво унутрашње буке. Ово смањује осетљивост оптокаплера и ограничава обим њихове примене тамо где је потребан рад са слабим сигналима.
Када се користе оптокаплери, мора се узети у обзир и утицај температуре на њихове параметре - значајан је. Поред тога, недостаци оптокаплера укључују приметну деградацију елемената током рада и одређени недостатак технологије у производњи повезан са употребом различитих полупроводничких материјала у једном пакету.
Карактеристике оптокаплера
Параметри оптокаплера падају у две категорије:
- карактерише својства уређаја за пренос сигнала;
- карактеришући раздвајање између улаза и излаза.
Прва категорија је тренутни коефицијент преноса. Зависи од емисивности ЛЕД-а, осетљивости пријемника и особина оптичког канала. Овај коефицијент је једнак односу излазне струје и улазне струје и за већину типова оптокаплера је 0,005 ... 0,2. За транзисторске елементе, коефицијент преноса може достићи 1.
Ако посматрамо оптоспојник као четворополни, онда је његова улазна карактеристика у потпуности одређена ЦВЦ опто-емитера (ЛЕД), а излазна - карактеристика пријемника. Пролазна карактеристика је генерално нелинеарна, али неки типови оптокаплера имају линеарне пресеке. Дакле, део ЦВЦ диодног оптокаплера има добру линеарност, али овај одељак није много велики.
Елементи отпорника се такође процењују односом тамног отпора (са улазном струјом једнаком нули) и отпора светлости. За тиристорске оптокаплере, важна карактеристика је минимална струја држања у отвореном стању. Значајни параметри оптокаплера такође укључују највећу радну фреквенцију.
Квалитет галванске изолације карактерише:
- максимални напон примењен на улаз и излаз;
- максимални напон између улаза и излаза;
- отпор изолације између улаза и излаза;
- капацитет пролаза.
Последњи параметар карактерише способност електричног високофреквентног сигнала да цури са улаза на излаз, заобилазећи оптички канал, кроз капацитивност између електрода.
Постоје параметри који вам омогућавају да одредите могућности улазног кола:
- највећи напон који се може применити на улазне терминале;
- максимална струја коју ЛЕД може издржати;
- пад напона на ЛЕД при називној струји;
- Обрнути улазни напон - напон обрнутог поларитета који ЛЕД може да издржи.
За излазно коло ове карактеристике ће бити максимална дозвољена излазна струја и напон, као и струја цурења при нултој улазној струји.
Обим оптокаплера
Оптокаплери са затвореним каналом се користе тамо где је из неког разлога (електробезбедност итд.) потребно раздвајање између извора сигнала и пријемне стране. На пример, у петљама повратних информација прекидачка напајања - сигнал се узима са излаза ПСУ, напаја се зрачећем елементу, чија осветљеност зависи од нивоа напона.Сигнал у зависности од излазног напона узима се из пријемника и доводи до ПВМ контролера.
На слици је приказан фрагмент кола за напајање рачунара са два оптокаплера. Горњи оптоспојник ИЦ2 ствара повратну везу која стабилизује напон. Доњи ИЦ3 ради у дискретном режиму и напаја ПВМ чип када је присутан напон у стању приправности.
Галванску изолацију између извора и пријемника такође захтевају неки стандардни електрични интерфејси.
Уређаји са отвореним каналом се користе за креирање сензора за детекцију било каквих објеката (присуство папира у штампачу), граничних прекидача, бројача (предмети на транспортеру, број зубаца зупчаника у манипулаторима миша) итд.
Солид стате релеји се користе на истом месту као и конвенционални релеји - за пребацивање сигнала. Али њихово ширење омета висок отпор канала у отвореном стању. Користе се и као драјвери за елементе енергетске полупроводничке електронике (снажни пољски или ИГБТ транзистори).
Оптоцоуплер је развијен пре више од пола века, али је његова широка употреба почела након што су ЛЕД диоде постале приступачне и јефтине. Сада се развијају сви нови модели оптокаплера (углавном микро кола заснована на њима), а њихов обим се само шири.
Слични чланци:
