na 2024/08/28 356

Wyjaśniono fotokopielety, opto-kół

W świecie elektroniki bardzo ważne jest, aby upewnić się, że sygnały mogą poruszać się płynnie i bezpiecznie z jednego obwodu do drugiego, szczególnie gdy te obwody działają o różnych poziomach napięcia lub wpływają na szum elektryczny.Fotokoplery, które są również nazywane optoCuplers lub Opto-Isolators, pomagają to zrobić.Te małe urządzenia używają światła do wysyłania sygnałów między obwodami, jednocześnie utrzymując je oddzielne, co pomaga chronić wrażliwe części przed uszkodzeniem.W tym artykule zbadamy, jak działają fotokopiele, gdzie są używane i dlaczego są dziś tak przydatne w elektronice.

Katalog

Rysunek 1: Komponent fotokapleżnika

Zrozumienie fotokopplerów

Fotokopielety, zwane także optocuplersami lub Optoisolatorzy, to urządzenia, które pozwalają sygnałom przechodzić z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, jednocześnie utrzymując je oddzielnie od siebie.Głównym zadaniem fotokuplera jest upewnienie się, że sygnały z jednego obwodu nie zakłócają innego, szczególnie gdy obwody mają różne poziomy napięcia lub gdy jeden obwód może mieć szum elektryczny.Oddzielenie to odbywa się za pomocą światła, więc sygnał można przekazać bez bezpośredniego połączenia elektrycznego.

Rysunek 2: Widok przekrojowy i symbol fotokopteru

Części fotokopplera

Photocupler ma dwie główne części:

Dioda emitująca światło (LED): Pierwsza część to dioda LED, która znajduje się po stronie wejściowej.Ta dioda LED przyjmuje sygnał elektryczny i zamienia go w światło, zwykle w zakresie podczerwieni.Światło podczerwieni jest często używane, ponieważ działa dobrze w tym celu i jest łatwe do wykrycia następnej części.

Fotodetektor: Druga część to fotodetektor, który znajduje się po stronie wyjściowej.Fotodetektor odbiera światło z diody LED i zamienia je z powrotem w sygnał elektryczny.Fotodetektor może być różnymi typami urządzeń, takich jak fototransystor, fotodioda lub Photodarlington.Rodzaj zastosowanego fotodetektora wpływa na to, jak szybko jest przetwarzany sygnał, jak wrażliwy i jak silny będzie sygnał wyjściowy.

Zarówno LED, jak i fotodetektor znajdują się wewnątrz jednego pakietu, który zwykle wygląda jak mały zintegrowany obwód (IC).LED i fotodetektor są fizycznie rozdzielone, co jest bardzo ważne, ponieważ zapewnia, że ​​obwody wejściowe i wyjściowe nie są bezpośrednio podłączone.Ta separacja zapewnia bezpieczeństwo obwodów przed problemami elektrycznymi, takimi jak wysokie napięcie lub hałas, które mogą uszkodzić części wrażliwe.

Jak działają fotokopiele?

Fotokoppler to urządzenie, które pozwala sygnał przesuwa się między dwoma oddzielnymi obwodami, jednocześnie utrzymując je elektrycznie od siebie.Ta separacja jest bardzo pomocna w ochronie delikatnych części o niskim napięciu przed skokami wysokiego napięcia i zakłóceń elektrycznych.Proces rozpoczyna się, gdy napięcie jest przyłożone do obwodu wejściowego, który zasila diodę LED (diodę emitującą światło) wewnątrz fotokopplera.Ta dioda LED rozświetla się, zwykle wygłaszając światło w podczerwieni, które jest mniej prawdopodobne, że wpływa na wpływy zewnętrzne.Światło następnie przemieszcza się przez barierę izolacyjną, aby dotrzeć do fotodetektora po stronie wyjściowej.Fotodetektor, który może być fotodiodą, fototransystorem lub fototyrystorem, łapie to światło i zmienia je z powrotem w sygnał elektryczny.Ten nowy sygnał elektryczny jest następnie wysyłany do obwodu wyjściowego.

. warstwa izolacyjna Pomiędzy diodą LED a fotodetektorem jest oddzielenie obwodów wejściowych i wyjściowych.Ta separacja pomaga chronić części niskiego napięcia przed uszkodzeniem skokami wysokiego napięcia lub szumem elektrycznym.Światło przechodzące przez warstwę izolacyjną pozwala sygnałowi przesunąć się z jednej strony na drugą bez żadnego styku fizycznego lub elektrycznego, co sprawia, że ​​obwody będą się ze sobą komunikować.

Gdy fotodetektor odbiera światło z diody LED, przekształca światło z powrotem w sygnał elektryczny.Ten sygnał wyjściowy jest elektronicznie taki sam jak sygnał wejściowy, ale może być wzmocniony lub dostosowany, w zależności od tego, do czego jest potrzebny.Sygnał jest następnie używany przez obwód wyjściowy do wykonania wymaganego zadania.

Zastosowania fotokopplerów

Fotokoplery są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, ponieważ zapewniają one zarówno izolację, jak i przezroczystą transmisję sygnału.

W zakresie ochrony bezpieczeństwa fotokopielety służą jako bariera między obwodami wysokiego napięcia i niskiego napięcia.Ta izolacja powstrzymuje wzrosty wysokiego napięcia od szkody wrażliwych części, co jest bardzo przydatne w ustawieniach, w których powszechne są skoki mocy.

Jeśli chodzi o zmniejszenie hałasu, fotokopplery są niezwykle przydatne.Pomagają zminimalizować skutki zakłóceń elektrycznych, upewniając się, że wysłany sygnał pozostaje wyraźny i stabilny.

W obwodach interfejsu fotokopielety umożliwiają różne części systemu, które działają na różnych poziomach napięcia, aby bezpiecznie się komunikować.Korzystając z fotokopplera, możesz łączyć obwody bez ryzyka uszkodzenia różnic napięcia.

Fotokoparterki są również kluczową częścią zasilaczy przełączania.W tych zastosowaniach utrzymują części kontrolne oddzielone od wyjść wysokiego napięcia, zapewniając, że sygnały sterujące pozostają stabilne i niezawodne nawet w trudnych warunkach elektrycznych.

Opto-coupler i opto-izolator

Rysunek 3: pakiety opto-plecler i opto izolatora

Fotokopplety, znane również jako opto-kółko lub izolatory opto, są częściami elektronicznymi, które wykorzystują światło do wysyłania sygnałów elektrycznych między dwoma obwodami, które należy zachować osobno.Ta separacja pomaga zapobiec uszkodzeniu obwodu, który odbiera sygnał.Projektowanie i opakowanie tych części zmienia się w zależności od tego, czy są one używane w sytuacjach niskiego napięcia, czy o wysokim napięciu.

Zastosowania niskiego napięcia: W konfiguracjach niskiego napięcia, opto-kowal zwykle znajdują się w pakietach, które wyglądają jak standardowe obwody zintegrowane podwójnie (DIL) (ICS) lub mały kontur zintegrowany (SOIC).Formaty te są powszechnie używane w technologii montowania powierzchni (SMT), dzięki czemu są łatwe do dopasowania do nowoczesnych, kompaktowych projektów elektronicznych.Opakowanie umożliwia łatwe włączenie części w płytkach drukowanych (PCB), jednocześnie utrzymując różne sekcje obwodu osobno.

Zastosowania wysokiego napięcia: W sytuacjach wysokiego napięcia opto-izolatorzy są często zaprojektowane z silniejszym opakowaniem do obsługi wyższych napięć izolacyjnych.Pakiety te mogą być prostokątne lub cylindryczne i są wytwarzane w celu zapewnienia większej ochrony niż standardowe pakiety układów scalonych.Ta funkcja jest przydatna w systemach zasilania lub innych konfiguracjach, w których różnica napięcia między obwodami może być duża, wymagając dodatkowych środków bezpieczeństwa.

Terminologia i symbole fotokoplower

Rysunek 4: Symbram obwodu symbol fotokopteru

Podczas gdy „opto-coupler” i „opto-izolator” są często używane do oznaczania tego samego, istnieją między nimi niewielkie różnice w oparciu o sposób ich użycia:

Opto-grupa Zwykle odnosi się do części stosowanych w systemach, w których różnica napięcia między obwodami nie przenosi ponad 5000 woltów.Części te są często używane do wysyłania sygnałów analogowych lub cyfrowych w osobnych obwodach w różnych konfiguracjach elektronicznych.

Opto-izolatorzy są specjalnie wykonane do stosowania w systemach o dużej mocy, w których różnica napięcia może wynosić ponad 5000 woltów.Główne zadanie jest podobne - w celu wysyłania sygnałów przy jednoczesnym zachowaniu separacji elektrycznej - ale te części są wykonane w celu obsługi bardziej wymagających konfiguracji elektrycznych znalezionych w dystrybucji mocy i systemach przemysłowych.

Na schematach obwodów symbol opto-kategorii zwykle pokazuje diodę LED (która działa jak nadajnik) po jednej stronie i fototransystor lub Photodarlington (który działa jak odbiornik) z drugiej.Ten symbol pokazuje, jak działa część wewnątrz, pokazując, w jaki sposób światło jest używane do utworzenia łącza elektrycznego między osobnymi obwodami.Dioda LED wydziela światło, gdy przepływa przez niego prąd, który jest następnie zbierany przez fototransystor, umożliwiając przechodzenie sygnału przy jednoczesnym utrzymaniu obwodów elektrycznych.

Kluczowe specyfikacje fotokaplerów

Rysunek 5: Czasopis wejściowy fotokupler i charakterystyka napięcia kolektora-emitera

Wybierając fotokopplerz, pomocne jest zrozumienie jego kluczowych funkcji, aby upewnić się, że spełnia twoje potrzeby.

Współczynnik transferu prądu (CTR): Jest to stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego.Mówiąc prosto, pokazuje, ile prądu po stronie wejściowej jest przenoszone na stronę wyjściową.Wartości CTR mogą się znacznie różnić, od 10% do ponad 5000%, w zależności od rodzaju fotokopplera.Wyższy CTR oznacza, że ​​urządzenie jest bardziej skuteczne w przekazywaniu sygnału z wejścia do wyjścia, co jest ważne dla aplikacji, w których potrzebna jest dokładna kontrola sygnału.

Przepustowość łącza: Ta funkcja informuje o maksymalnej prędkości, z jaką fotokoppler może obsługiwać dane.Fototransystorowe fotokopplery zwykle mają przepustowość około 250 kHz, co czyni je odpowiednimi do wielu powszechnych zastosowań.Jeśli jednak potrzebujesz czegoś szybszego, pamiętaj, że fotokopplery z Photodarlington mogą być wolniejsze ze względu na ich projekt, co wpływa na to, jak szybko reagują.

Prąd wejściowy: Odnosi się to do ilości prądu potrzebnego do zasilania diody LED po stronie wejściowej fotokopplera.Prąd wejściowy jest ważnym czynnikiem, ponieważ wpływa na to, ile zasilania zużywa urządzenie i jak dobrze działa z innymi częściami obwodu.

Maksymalne napięcie urządzenia wyjściowego: W przypadku fotokopplerów opartych na tranzystorze jest to najwyższe napięcie, jakie może obsłużyć tranzystor wyjściowy.Ważne jest, aby upewnić się, że ocena napięcia jest wyższa niż maksymalne napięcie, które zastosuje aplikacja, aby uniknąć uszkodzenia urządzenia.

Różnice między fotokseplerów a przekaźnikami w stanie stałym

Rycina 6: Przekaźnik fotokoperowy i stałego stanu

Fotokseplety i Przekaźniki w stanie stałym (SSR) Oba używają światła do izolowania sygnałów, ale są używane na różne sposoby w zależności od ich projektu.

Fotokopartele są ogólnie stosowane w sytuacjach o niskiej mocy, w których głównym celem jest transmisja i izolowanie sygnałów.Idealnie nadają się do ochrony wrażliwych części elektronicznych przed skokami wysokiego napięcia lub szumu, upewniając się, że sygnał jest przekazywany czysto z jednej części obwodu do drugiej.

Z drugiej strony przekaźniki w stanie stałym (SSR) są zaprojektowane w celu zmiany poziomów mocy wyższej.W przeciwieństwie do fotokopplerów, SSR często mają dodatkowe części, takie jak ochrona wyspiarki i przełączanie zerowe (dla sygnałów prądu przemiennego), co pomaga zmniejszyć szum elektryczny i sprawia, że ​​przekaźnik trwa dłużej.SSR są zwykle większe, a ponieważ radzą sobie z wyższymi prądami, często potrzebują radiatorów do zarządzania ciepłem i zaciskami przykręcania w celu bezpiecznych połączeń.

Wniosek

Fotokopartele pomagają zapewnić bezpieczeństwo i dobrze działać, pozwalając, aby sygnały przechodzą przy jednoczesnym utrzymaniu rozdzielania obwodów.Chronią obwody niskiego napięcia przed skokami wysokiego napięcia i zmniejszają szum elektryczny, co sprawia, że ​​są bardzo pomocne w wielu urządzeniach elektronicznych.Niezależnie od tego, czy są przyzwyczajeni do po prostu przekazywania sygnałów między obwodami, czy w bardziej złożonych systemach zasilania, wybór odpowiedniego fotokopplera-niezależnie od tego, czy jest to standardowy opto, czy silniejszy opto-izolator-może mieć duży wpływ na to, jak dobrze działa system elektroniczny.Ponieważ technologia rozwija się, urządzenia te będą nadal bardzo pomocne, działając jako obrońcy naszych urządzeń elektronicznych.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jakie jest zastosowanie opto-izolatora?

Zastosowanie opto izolatora polega na oddzielaniu różnych części obwodu przy jednoczesnym umożliwieniu przechodzenia między nimi sygnałów.Pomaga to chronić wrażliwe części obwodu przed skokami wysokiego napięcia lub szumu elektrycznego.Opto-izolatorzy są często stosowane w zasilaczach, interfejsach mikrokontrolerów i systemach kontroli przemysłowej, aby zapobiec uszkodzeniu komponentów niskiego napięcia.

2. Kiedy powinieneś użyć opto izolatora?

Powinieneś użyć opto-izolatora, gdy trzeba chronić części niskiego napięcia obwodu przed wzrostami wysokiego napięcia lub szumu elektrycznego.Jest to również przydatne, gdy różne części systemu muszą współpracować bez bezpośredniego połączenia.Jest to pomocne, gdy obwody mają różne poziomy gruntu lub gdy muszą pozostać osobne elektryczne ze względów bezpieczeństwa.

3. Jaki jest główny cel optokoplera?

Głównym celem optocuplera jest pozwolenie sygnałom przelotne między dwoma oddzielnymi obwodami za pomocą światła, przy jednoczesnym utrzymywaniu obwodów elektrycznych.Zapobiega to wpływowi obwodów o wysokim napięciu na obwody niskiego napięcia, pomagając chronić delikatne części przed uszkodzeniem.

4. Dlaczego miałbyś używać optocupler zamiast przekaźnika?

Zamiast przekaźnika używałbyś optocoplera, gdy potrzebujesz szybszego przełączania, dłuższej żywotności i cichszej operacji.W przeciwieństwie do przekaźników, optocuplers nie mają ruchomych części, więc mogą się szybciej zmieniać i trwać dłużej.Zajmują również mniej miejsca i zapewniają lepszą izolację elektryczną.

5. Jakie są wady optocuplers?

Wady optokoplerów obejmują ich ograniczoną zdolność do obsługi wysokiego prądu i napięcia w porównaniu z przekaźnikami.Niektóre optokoplery, zwłaszcza te z fototransystorami, mogą być wolniejsze w odpowiedzi.Mogą również zużywać się z czasem, ponieważ LED w środku degraduje.OptoCuplers mogą nie być najlepszym wyborem do kontrolowania bardzo dużej mocy, w której przekaźniki lub sztafety w stanie stałym działałyby lepiej.