Paria "optinen lähetin - optinen vastaanotin" on käytetty pitkään elektroniikassa ja sähkötekniikassa. Elektronista komponenttia, jossa vastaanotin ja lähetin sijaitsevat samassa kotelossa ja niiden välillä on optinen linkki, kutsutaan optoerottimeksi tai optoerottimeksi.
Optoerotin laite
Optoerotin koostuu optisesta lähettimestä (emitteri), optisesta kanavasta ja optisen signaalin vastaanottimesta. Valolähetin muuntaa sähköisen signaalin optiseksi. Lähetin on useimmissa tapauksissa LED (aikaisemmissa malleissa käytettiin hehku- tai neonlamppuja). LEDien käyttö on periaatteetonta, mutta ne ovat kestävämpiä ja luotettavampia.
Optinen signaali lähetetään optisen kanavan kautta vastaanottimeen. Kanava on suljettu - kun lähettimen lähettämä valo ei ylitä optoerottimen runkoa. Sitten vastaanottimen tuottama signaali synkronoidaan lähettimen sisäänmenossa olevan signaalin kanssa.Tällaiset kanavat ovat ilmaa tai täytetty erityisellä optisella yhdisteellä. On myös "pitkiä" optoerottimia, joiden kanava on optinen kuitu.
Jos optoerotin on suunniteltu siten, että syntyvä säteily poistuu kotelosta ennen kuin se saavuttaa vastaanottimen, tällaista kanavaa kutsutaan avoimeksi. Sen avulla voit rekisteröidä esteitä, jotka syntyvät valonsäteen tielle.
Valodetektori suorittaa optisen signaalin käänteisen muuntamisen sähköiseksi. Yleisimmin käytetyt vastaanottimet ovat:
- Valodiodit. Yleensä käytetään digitaalisissa viestintälinjoissa. Heidän sukunsa on pieni.
- Valovastukset. Niiden ominaisuus on vastaanottimen kaksisuuntainen johtavuus. Vastuksen läpi kulkeva virta voi mennä kumpaan tahansa suuntaan.
- Valotransistorit. Tällaisten laitteiden ominaisuus on kyky ohjata transistorin virtaa sekä optolähettimen että lähtöpiirin kautta. Käytetään sekä lineaarisessa että digitaalisessa tilassa. Erillinen optoerotintyyppi - rinnakkain vastakkaisilla kenttätransistoreilla. Tällaisia laitteita kutsutaan puolijohdereleet.
- Fototyristorit. Tällaiset optoerottimet erottuvat lähtöpiirien lisääntyneestä tehosta ja niiden kytkentänopeudesta; tällaisia laitteita käytetään kätevästi tehoelektroniikan elementtien ohjauksessa. Nämä laitteet luokitellaan myös puolijohdereleiksi.
Optoerottimen mikropiirit ovat yleistyneet - optoerottimien kokoonpanot vanteilla yhdessä paketissa. Tällaisia optoerottimia käytetään kytkinlaitteina ja muihin tarkoituksiin.
Hyödyt ja haitat
Ensimmäinen optisissa instrumenteissa havaittu etu on mekaanisten osien puuttuminen.Tämä tarkoittaa, että käytön aikana ei esiinny kitkaa, kulumista, koskettimien kipinöintiä, kuten sähkömekaanisissa releissä. Toisin kuin muut signaalien galvaaniseen eristykseen tarkoitetut laitteet (muuntajat jne.), optoerottimet voivat toimia erittäin matalilla taajuuksilla, mukaan lukien tasavirta.
Lisäksi optisen eristyksen etuna on erittäin alhainen kapasitiivinen ja induktiivinen kytkentä tulon ja lähdön välillä. Tästä johtuen impulssien ja suurtaajuisten häiriöiden siirtymisen todennäköisyys pienenee. Mekaanisen ja sähköisen yhteyden puuttuminen tulon ja lähdön välillä tarjoaa mahdollisuuden erilaisiin teknisiin ratkaisuihin kosketuksettomien ohjaus- ja kytkentäpiirien luomiseksi.
Huolimatta todellisten rakenteiden rajoituksista tulon ja lähdön jännitteen ja virran suhteen, teoriassa ei ole perustavanlaatuisia esteitä näiden ominaisuuksien lisäämiselle. Tämän avulla voit luoda optoerottimia melkein mihin tahansa tehtävään.
Optoerottimien haittoja ovat yksisuuntainen signaalin siirto - optista signaalia on mahdotonta lähettää valoilmaisimesta takaisin lähettimeen. Tämä vaikeuttaa takaisinkytkennän järjestämistä sen mukaan, miten vastaanottopiiri reagoi lähetinsignaaliin.
Vastaanottavan osan reaktioon voidaan vaikuttaa paitsi muuttamalla lähettimen säteilyä, myös vaikuttamalla kanavan tilaan (kolmannen osapuolen esineiden esiintyminen, kanavan välineen optisten ominaisuuksien muuttaminen jne.). Tällainen vaikutus voi olla myös ei-sähköinen. Tämä laajentaa optoerottimien käyttömahdollisuuksia. Ja herkkyys ulkoisille sähkömagneettisille kentille mahdollistaa tiedonsiirtokanavien luomisen, joilla on korkea häiriönkestävyys.
Optoerottimien suurin haittapuoli on alhainen energiatehokkuus, joka liittyy signaalihäviöihin kaksoissignaalin muuntamisen aikana. Haittana on myös korkea sisäinen melutaso. Tämä vähentää optoerottimien herkkyyttä ja rajoittaa niiden käyttöaluetta, kun tarvitaan työtä heikkojen signaalien kanssa.
Optoerottimia käytettäessä on myös otettava huomioon lämpötilan vaikutus niiden parametreihin - se on merkittävä. Lisäksi optoerottimien haittoja ovat elementtien havaittava heikkeneminen käytön aikana ja tietty tuotannon teknologian puute, joka liittyy erilaisten puolijohdemateriaalien käyttöön yhdessä pakkauksessa.
Optoerottimien ominaisuudet
Optoerottimen parametrit jakautuvat kahteen luokkaan:
- karakterisoidaan laitteen ominaisuudet signaalin lähettämiseksi;
- jotka kuvaavat tulon ja lähdön välistä eroa.
Ensimmäinen luokka on nykyinen siirtokerroin. Se riippuu LEDin emissiivisyydestä, vastaanottimen herkkyydestä ja optisen kanavan ominaisuuksista. Tämä kerroin on yhtä suuri kuin lähtövirran suhde tulovirtaan ja useimmille optoerotintyypeille on 0,005 ... 0,2. Transistorielementtien siirtokerroin voi olla 1.
Jos katsomme optoerottimen nelinapaiseksi, sen tuloominaisuudet määräävät täysin optoemitterin (LED) CVC ja ulostulo - vastaanottimen ominaisuuden mukaan. Läpivientiominaisuus on yleensä epälineaarinen, mutta joissakin optoerottimen tyypeissä on lineaariset osat. Joten osa diodioptoerottimen CVC:stä on hyvä lineaarisuus, mutta tämä osa ei ole kovin suuri.
Vastuselementit arvioidaan myös tumman vastuksen (tulovirralla nolla) ja valovastuksen suhteella. Tyristorioptoerottimille tärkeä ominaisuus on pienin pitovirta avoimessa tilassa. Optoerottimen merkittäviin parametreihin kuuluu myös korkein toimintataajuus.
Galvaanisen eristyksen laadulle on tunnusomaista:
- tuloon ja lähtöön kohdistettu enimmäisjännite;
- suurin jännite tulon ja lähdön välillä;
- eristysvastus tulon ja lähdön välillä;
- kulkukapasiteetti.
Viimeinen parametri kuvaa korkeataajuisen sähköisen signaalin kykyä vuotaa sisääntulosta lähtöön, ohittaen optisen kanavan, elektrodien välisen kapasitanssin kautta.
On parametreja, joiden avulla voit määrittää tulopiirin ominaisuudet:
- suurin jännite, joka voidaan syöttää tuloliittimiin;
- suurin virta, jonka LED voi kestää;
- jännitehäviö LEDin yli nimellisvirralla;
- Käänteinen syöttöjännite - Käänteinen napaisuus, jonka LED kestää.
Lähtöpiirin osalta nämä ominaisuudet ovat suurin sallittu lähtövirta ja jännite sekä vuotovirta nollatulovirralla.
Optoliittimien laajuus
Suljetulla kanavalla varustettuja optoerottimia käytetään silloin, kun jostain syystä (sähköturvallisuus tms.) tarvitaan erotusta signaalilähteen ja vastaanottopuolen välillä. Esimerkiksi palautesilmukoissa kytkentävirtalähteitä - signaali otetaan PSU-lähdöstä, syötetään säteilevään elementtiin, jonka kirkkaus riippuu jännitetasosta.Lähtöjännitteestä riippuva signaali otetaan vastaanottimesta ja syötetään PWM-ohjaimeen.
Fragmentti tietokoneen virtalähdepiiristä kahdella optoerottimella on esitetty kuvassa. Ylin optoerotin IC2 luo takaisinkytkentää, joka stabiloi jännitettä. Pohja IC3 toimii diskreetissä tilassa ja syöttää virtaa PWM-sirulle, kun valmiusjännite on olemassa.
Jotkin standardisähköliitännät edellyttävät myös galvaanista eristystä lähteen ja vastaanottimen välillä.
Avoimella kanavalla varustettuja laitteita käytetään anturien havaitsemiseen mahdollisten esineiden (paperin läsnäolo tulostimessa), rajakytkimien, laskurien (kuljettimella olevat esineet, hiiren manipulaattorien hammaspyörän hampaiden lukumäärä) jne.
Puolijohdereleitä käytetään samassa paikassa kuin perinteisiä releitä - signaalien kytkemiseen. Mutta niiden etenemistä estää kanavan suuri vastus avoimessa tilassa. Niitä käytetään myös teho-solid-state-elektroniikan elementtien (tehokkaat kenttäefekti- tai IGBT-transistorit) ohjaimina.
Optoerotin kehitettiin yli puoli vuosisataa sitten, mutta sen laaja käyttö alkoi, kun LEDit tulivat edullisiksi ja edullisiksi. Nyt kehitetään kaikkia uusia optoerottimien malleja (enimmäkseen niihin perustuvia mikropiirejä), ja niiden soveltamisala vain laajenee.
Samanlaisia artikkeleita:
