Parret "optisk emitter - optisk modtager" har længe været brugt i elektronik og elektroteknik. En elektronisk komponent, hvor modtager og sender er placeret i samme hus, og der er en optisk forbindelse mellem dem, kaldes en optokobler eller optokobler.
Indhold
Optokobler enhed
Optokobleren består af en optisk sender (emitter), en optisk kanal og en optisk signalmodtager. Fototransmitteren konverterer det elektriske signal til et optisk. Senderen er i de fleste tilfælde en LED (tidligere modeller brugte glødepærer eller neonpærer). Brugen af LED'er er principløs, men de er mere holdbare og pålidelige.
Det optiske signal sendes gennem en optisk kanal til modtageren. Kanalen er lukket - når lyset, der udsendes af senderen, ikke går ud over optokoblerens krop. Derefter synkroniseres det signal, der genereres af modtageren, med signalet på senderens indgang.Sådanne kanaler er luft eller fyldt med en speciel optisk forbindelse. Der er også "lange" optokoblere, hvor kanalen er optisk fiber.
Hvis optokobleren er designet på en sådan måde, at den genererede stråling, før den når modtageren, forlader huset, kaldes en sådan kanal åben. Med den kan du registrere forhindringer, der opstår i lysstrålens vej.
Fotodetektoren udfører den omvendte konvertering af det optiske signal til et elektrisk. De mest brugte modtagere er:
- Fotodioder. Anvendes normalt i digitale kommunikationslinjer. Deres afstamning er lille.
- Fotomodstande. Deres egenskab er modtagerens tovejsledningsevne. Strømmen gennem modstanden kan gå i begge retninger.
- Fototransistorer. Et træk ved sådanne enheder er evnen til at styre transistorstrømmen både gennem en optotransmitter og gennem udgangskredsløbet. Anvendes i både lineær og digital tilstand. En separat type optokoblere - med parallel-modsatte felteffekttransistorer. Sådanne enheder kaldes solid state relæer.
- Fototyristorer. Sådanne optokoblere er kendetegnet ved øget effekt af udgangskredsløb og deres omskiftningshastighed; sådanne enheder bruges bekvemt til at styre elementer af kraftelektronik. Disse enheder er også kategoriseret som solid state relæer.
Optokobler-mikrokredsløb er blevet udbredt - samlinger af optokoblere med omsnøring i én pakke. Sådanne optokoblere bruges som koblingsanordninger og til andre formål.
Fordele og ulemper
Den første fordel noteret i optiske instrumenter er fraværet af mekaniske dele.Dette betyder, at der under drift ikke er friktion, slid, gnister af kontakter, som i elektromekaniske relæer. I modsætning til andre enheder til galvanisk isolering af signaler (transformatorer osv.), kan optokoblere fungere ved meget lave frekvenser, inklusive jævnstrøm.
Derudover er fordelen ved optisk isolation den meget lave kapacitive og induktive kobling mellem input og output. På grund af dette reduceres sandsynligheden for transmission af impuls og højfrekvent interferens. Fraværet af mekanisk og elektrisk forbindelse mellem input og output giver mulighed for en række tekniske løsninger til oprettelse af kontaktløse kontrol- og omskifterkredsløb.
På trods af begrænsningen i virkelige designs med hensyn til spænding og strøm for input og output, er der i teorien ingen grundlæggende hindringer for at øge disse egenskaber. Dette giver dig mulighed for at oprette optokoblere til næsten enhver opgave.
Ulemperne ved optokoblere inkluderer envejssignaltransmission - det er umuligt at sende et optisk signal fra fotodetektoren tilbage til senderen. Dette gør det vanskeligt at organisere feedback i overensstemmelse med det modtagende kredsløbs respons på sendersignalet.
Reaktionen af den modtagende del kan påvirkes ikke kun ved at ændre strålingen fra senderen, men også ved at påvirke kanalens tilstand (udseendet af tredjepartsobjekter, ændring af kanalmediets optiske egenskaber osv.). En sådan påvirkning kan også være af ikke-elektrisk karakter. Dette udvider mulighederne for at bruge optokoblere. Og ufølsomhed over for eksterne elektromagnetiske felter giver dig mulighed for at skabe datatransmissionskanaler med høj støjimmunitet.
Den største ulempe ved optokoblere er lav energieffektivitet forbundet med signaltab under dobbeltsignalkonvertering. En ulempe er også det høje iboende støjniveau. Dette reducerer følsomheden af optokoblere og begrænser omfanget af deres anvendelse, hvor der er behov for arbejde med svage signaler.
Ved brug af optokoblere skal temperaturens indflydelse på deres parametre også tages i betragtning - det er betydeligt. Derudover omfatter ulemperne ved optokoblere en mærkbar nedbrydning af elementerne under drift og en vis mangel på teknologi i produktionen forbundet med brugen af forskellige halvledermaterialer i en pakke.
Karakteristika for optokoblere
Optokoblerparametre falder i to kategorier:
- karakterisering af enhedens egenskaber til at transmittere et signal;
- karakteriserer afkoblingen mellem input og output.
Den første kategori er den aktuelle overførselskoefficient. Det afhænger af LED'ens emissivitet, modtagerens følsomhed og egenskaberne af den optiske kanal. Denne koefficient er lig med forholdet mellem udgangsstrømmen og indgangsstrømmen og er for de fleste typer optokoblere 0,005 ... 0,2. For transistorelementer kan overførselskoefficienten nå 1.
Hvis vi betragter optokobleren som en firepolet, bestemmes dens inputkarakteristik fuldstændigt af opto-emitterens CVC (LED) og outputtet - af modtagerens karakteristik. Gennemløbskarakteristikken er generelt ikke-lineær, men nogle typer optokoblere har lineære sektioner. Så en del af diodeoptokoblerens CVC har god linearitet, men denne sektion er ikke særlig stor.
Modstandselementer evalueres også ved forholdet mellem mørk modstand (med en indgangsstrøm lig med nul) og lys modstand. For tyristoroptokoblere er en vigtig egenskab minimumsholdestrømmen i åben tilstand. De væsentlige parametre for optokobleren omfatter også den højeste driftsfrekvens.
Kvaliteten af galvanisk isolering er kendetegnet ved:
- den maksimale spænding på input og output;
- maksimal spænding mellem input og output;
- isolationsmodstand mellem input og output;
- passagekapacitet.
Den sidste parameter karakteriserer evnen af et elektrisk højfrekvent signal til at lække fra input til output, uden om den optiske kanal, gennem kapacitansen mellem elektroderne.
Der er parametre, der giver dig mulighed for at bestemme indgangskredsløbets muligheder:
- den højeste spænding, der kan påføres indgangsterminalerne;
- den maksimale strøm, som LED'en kan modstå;
- spændingsfald over LED'en ved mærkestrøm;
- Reverse Input Voltage - Omvendt polaritetsspænding, som LED'en kan modstå.
For udgangskredsløbet vil disse karakteristika være den maksimalt tilladte udgangsstrøm og spænding, samt lækstrømmen ved nul indgangsstrøm.
Omfang af optokoblere
Optokoblere med lukket kanal anvendes, hvor der af en eller anden grund (el sikkerhed osv.) kræves afkobling mellem signalkilden og modtagesiden. For eksempel i feedback-loops skifte strømforsyning - signalet tages fra PSU-udgangen, der føres til det udstrålende element, hvis lysstyrke afhænger af spændingsniveauet.Et signal afhængigt af udgangsspændingen tages fra modtageren og føres til PWM-controlleren.
Et fragment af et computerstrømforsyningskredsløb med to optokoblere er vist på figuren. Den øverste optokobler IC2 skaber en feedback, der stabiliserer spændingen. Den nederste IC3 fungerer i diskret tilstand og leverer strøm til PWM-chippen, når standby-spændingen er til stede.
Galvanisk isolering mellem kilde og modtager er også påkrævet af nogle standard elektriske grænseflader.
Enheder med en åben kanal bruges til at skabe sensorer til at detektere eventuelle genstande (tilstedeværelse af papir i printeren), endestopkontakter, tællere (genstande på transportøren, antallet af tandhjul i musemanipulatorer) osv.
Solid state relæer bruges samme sted som konventionelle relæer - til at skifte signaler. Men deres udbredelse hindres af kanalens høje modstand i åben tilstand. De bruges også som drivere til elementer af solid-state elektronik (kraftfuld felteffekt eller IGBT-transistorer).
Optokobleren blev udviklet for mere end et halvt århundrede siden, men dens udbredte brug begyndte, efter at LED'er blev overkommelige og billige. Nu udvikles alle nye modeller af optokoblere (for det meste mikrokredsløb baseret på dem), og deres omfang udvides kun.
Lignende artikler:
