El parell "emissor òptic - receptor òptic" s'ha utilitzat durant molt de temps en electrònica i enginyeria elèctrica. Un component electrònic en què el receptor i l'emissor es troben a la mateixa carcassa i hi ha un enllaç òptic entre ells s'anomena optoacoblador o optoacoblador.
Contingut
Dispositiu optoacoblador
L'optoacoblador consta d'un transmissor òptic (emissor), un canal òptic i un receptor de senyal òptic. El fototransmissor converteix el senyal elèctric en un de òptic. El transmissor en la majoria dels casos és un LED (els models anteriors utilitzaven bombetes incandescents o de neó). L'ús de LED no té principis, però són més duradors i fiables.
El senyal òptic es transmet a través d'un canal òptic al receptor. El canal està tancat, quan la llum emesa pel transmissor no va més enllà del cos de l'optoacoblador. Aleshores, el senyal generat pel receptor es sincronitza amb el senyal a l'entrada del transmissor.Aquests canals són d'aire o estan plens d'un compost òptic especial. També hi ha optoacobladors "llargs", el canal en què es troba fibra òptica.
Si l'optoacoblador està dissenyat de manera que la radiació generada, abans d'arribar al receptor, surti de la carcassa, aquest canal s'anomena obert. Amb ell, podeu registrar els obstacles que sorgeixen en el recorregut del feix de llum.
El fotodetector realitza la conversió inversa del senyal òptic en un de elèctric. Els receptors més utilitzats són:
- Fotodiodes. S'utilitza habitualment en línies de comunicació digitals. El seu llinatge és petit.
- Fotoresistències. La seva característica és la conductivitat bidireccional del receptor. El corrent a través de la resistència pot anar en qualsevol direcció.
- Fototransistors. Una característica d'aquests dispositius és la capacitat de controlar el corrent del transistor tant a través d'un optotransmissor com a través del circuit de sortida. S'utilitza tant en modes lineals com digitals. Un tipus separat d'optoacobladors: amb transistors d'efecte de camp oposats en paral·lel. Aquests dispositius s'anomenen relés d'estat sòlid.
- Fototiristors. Aquests optoacobladors es distingeixen per l'augment de la potència dels circuits de sortida i la seva velocitat de commutació; aquests dispositius s'utilitzen convenientment per controlar elements de l'electrònica de potència. Aquests dispositius també es classifiquen com a relés d'estat sòlid.
Els microcircuits optoacobladors s'han generalitzat: conjunts d'optoacobladors amb fleixos en un sol paquet. Aquests optoacobladors s'utilitzen com a dispositius de commutació i per a altres finalitats.
Avantatges i inconvenients
El primer avantatge observat en els instruments òptics és l'absència de peces mecàniques.Això significa que durant el funcionament no hi ha fricció, desgast, espurnes de contactes, com en els relés electromecànics. A diferència d'altres dispositius d'aïllament galvànic de senyals (transformadors, etc.), els optoacobladors poden funcionar a freqüències molt baixes, inclòs el corrent continu.
A més, l'avantatge de l'aïllament òptic és l'acoblament capacitiu i inductiu molt baix entre l'entrada i la sortida. A causa d'això, es redueix la probabilitat de transmissió d'impulsos i interferències d'alta freqüència. L'absència de connexió mecànica i elèctrica entre l'entrada i la sortida ofereix la possibilitat d'una varietat de solucions tècniques per a la creació de circuits de commutació i control sense contacte.
Malgrat la limitació dels dissenys reals en termes de tensió i corrent d'entrada i sortida, en teoria no hi ha obstacles fonamentals per augmentar aquestes característiques. Això us permet crear optoacobladors per a gairebé qualsevol tasca.
Els desavantatges dels optoacobladors inclouen la transmissió del senyal unidireccional: és impossible transmetre un senyal òptic des del fotodetector al transmissor. Això fa que sigui difícil organitzar la retroalimentació segons la resposta del circuit receptor al senyal del transmissor.
La reacció de la part receptora es pot influir no només canviant la radiació del transmissor, sinó també influint en l'estat del canal (l'aparició d'objectes de tercers, canviant les propietats òptiques del medi del canal, etc.). Aquest impacte també pot ser de naturalesa no elèctrica. Això amplia les possibilitats d'utilitzar optoacobladors. I la insensibilitat als camps electromagnètics externs permet crear canals de transmissió de dades amb alta immunitat al soroll.
El principal desavantatge dels optoacobladors és la baixa eficiència energètica associada a les pèrdues de senyal durant la conversió de senyal doble. També un desavantatge és l'alt nivell de soroll intrínsec. Això redueix la sensibilitat dels optoacobladors i limita l'abast de la seva aplicació on es necessita treballar amb senyals febles.
Quan s'utilitzen optoacobladors, també s'ha de tenir en compte la influència de la temperatura en els seus paràmetres: és important. A més, els desavantatges dels optoacobladors inclouen una degradació notable dels elements durant el funcionament i una certa manca de tecnologia en la producció associada a l'ús de diversos materials semiconductors en un paquet.
Característiques dels optoacobladors
Els paràmetres dels optoacobladors es divideixen en dues categories:
- caracteritzar les propietats del dispositiu per transmetre un senyal;
- caracteritzant el desacoblament entre entrada i sortida.
La primera categoria és el coeficient de transferència actual. Depèn de l'emissivitat del LED, la sensibilitat del receptor i les propietats del canal òptic. Aquest coeficient és igual a la relació entre el corrent de sortida i el corrent d'entrada i per a la majoria dels tipus d'optoacobladors és de 0,005 ... 0,2. Per als elements transistors, el coeficient de transferència pot arribar a 1.
Si considerem l'optoacoblador com a quatre pols, la seva característica d'entrada està completament determinada pel CVC de l'optoemissor (LED) i la sortida, per la característica del receptor. La característica de pas és generalment no lineal, però alguns tipus d'optoacobladors tenen seccions lineals. Per tant, una part del CVC de l'optoacoblador de díodes té una bona linealitat, però aquesta secció no és molt gran.
Els elements de la resistència també s'avaluen mitjançant la relació entre la resistència fosca (amb un corrent d'entrada igual a zero) i la resistència a la llum. Per als optoacobladors de tiristors, una característica important és el corrent de manteniment mínim en estat obert. Els paràmetres significatius de l'optoacoblador també inclouen la freqüència de funcionament més alta.
La qualitat de l'aïllament galvànic es caracteritza per:
- la tensió màxima aplicada a l'entrada i la sortida;
- tensió màxima entre entrada i sortida;
- resistència d'aïllament entre entrada i sortida;
- capacitat de pas.
L'últim paràmetre caracteritza la capacitat d'un senyal elèctric d'alta freqüència per filtrar-se de l'entrada a la sortida, passant per alt el canal òptic, a través de la capacitat entre els elèctrodes.
Hi ha paràmetres que us permeten determinar les capacitats del circuit d'entrada:
- la tensió més alta que es pot aplicar als terminals d'entrada;
- el corrent màxim que pot suportar el LED;
- caiguda de tensió a través del LED a corrent nominal;
- Tensió d'entrada inversa: tensió de polaritat inversa que pot suportar el LED.
Per al circuit de sortida, aquestes característiques seran el corrent i la tensió de sortida màxims permesos, així com el corrent de fuga a corrent d'entrada zero.
Àmbit dels optoacobladors
S'utilitzen optoacobladors amb canal tancat on, per algun motiu (seguretat elèctrica, etc.), es requereix un desacoblament entre la font del senyal i el costat receptor. Per exemple, en bucles de retroalimentació commutació de fonts d'alimentació - el senyal es pren de la sortida de la PSU, s'alimenta a l'element radiant, la brillantor del qual depèn del nivell de tensió.Un senyal en funció de la tensió de sortida es pren del receptor i s'envia al controlador PWM.
A la figura es mostra un fragment d'un circuit d'alimentació d'un ordinador amb dos optoacobladors. L'optoacoblador superior IC2 crea una retroalimentació que estabilitza la tensió. L'IC3 inferior funciona en mode discret i subministra energia al xip PWM quan hi ha tensió d'espera.
Algunes interfícies elèctriques estàndard també requereixen l'aïllament galvànic entre la font i el receptor.
Els dispositius amb canal obert s'utilitzen per crear sensors per detectar qualsevol objecte (presència de paper a la impressora), interruptors de final de carrera, comptadors (objectes a la cinta transportadora, nombre de dents d'engranatge en manipuladors de ratolí), etc.
Els relés d'estat sòlid s'utilitzen al mateix lloc que els relés convencionals: per canviar senyals. Però la seva propagació es veu obstaculitzada per l'alta resistència del canal en estat obert. També s'utilitzen com a controladors d'elements d'electrònica d'estat sòlid de potència (transistors d'efecte de camp potent o IGBT).
L'optoacoblador es va desenvolupar fa més de mig segle, però el seu ús generalitzat va començar després que els LED es van convertir en assequibles i barats. Ara s'estan desenvolupant tots els nous models d'optoacobladors (en la seva majoria, microcircuits basats en ells) i el seu abast només s'està ampliant.
Articles semblants:
