pe 2024/08/28 341

Photocouplere, opto-cuplari și opto-isolatori explicați

În lumea electronică, este foarte important să vă asigurați că semnalele se pot deplasa fără probleme și în siguranță de la un circuit la altul, mai ales atunci când aceste circuite funcționează cu diferite niveluri de tensiune sau sunt afectate de zgomot electric.Fotocouplerele, care sunt, de asemenea, numite optocouple sau opto-izolatoare, ajută la realizarea acestui lucru.Aceste dispozitive mici folosesc lumină pentru a trimite semnale între circuite, păstrându -le în același timp separat, ceea ce ajută la protejarea părților sensibile de daune.În acest articol, vom explora cum funcționează fotocouplerele, unde sunt folosite și de ce sunt atât de utile în electronice astăzi.

Catalog

Figura 1: Componenta fotocoupler

Înțelegerea fotocouplerelor

Fotocouplere, numite și optocouple sau optoisolatori, sunt dispozitive care permit semnalelor să treacă de la un circuit electric la altul, păstrându -le separate unul de celălalt.Principala lucrare a unui fotocoupler este să vă asigurați că semnalele dintr -un circuit nu interferează cu altul, mai ales atunci când circuitele au niveluri diferite de tensiune sau când un circuit ar putea avea zgomot electric.Această separare se face folosind lumină, astfel încât semnalul poate fi transmis fără o conexiune electrică directă.

Figura 2: Vedere în secțiune transversală și simbolul unui fotocoupler

Părți ale unui fotocoupler

Un fotocoupler are două părți principale:

Diodă cu emitere de lumină (LED): Prima parte este LED -ul, care se află pe partea de intrare.Acest LED ia semnalul electric și îl transformă în lumină, de obicei în intervalul infraroșu.Lumina infraroșie este adesea folosită, deoarece funcționează bine în acest scop și este ușor pentru următoarea parte să detecteze.

Fotodetector: A doua parte este fotodetector, care se află pe partea de ieșire.Fotodetectorul primește lumina de pe LED și îl transformă înapoi într -un semnal electric.Fotodetector poate fi diferite tipuri de dispozitive, precum un fototransistor, fotodiodă sau fotodarlington.Tipul de fotodetector utilizat afectează cât de rapid este procesat semnalul, cât de sensibil este și cât de puternic va fi semnalul de ieșire.

Atât LED -ul, cât și fotodetector se află într -un pachet, care arată de obicei ca un mic circuit integrat (IC).LED -ul și fotodetetorul sunt separate fizic, ceea ce este foarte important, deoarece asigură că circuitele de intrare și ieșire nu sunt conectate direct.Această separare menține circuitele în siguranță de probleme electrice, cum ar fi de înaltă tensiune sau zgomot care ar putea deteriora părțile sensibile.

Cum funcționează fotocouplatoarele?

Un fotocoupler este un dispozitiv care permite un semnal să se deplaseze între două circuite separate, păstrându -le electric în afară unul de celălalt.Această separare este foarte utilă în protejarea pieselor delicate, de joasă tensiune de vârfuri de înaltă tensiune și interferențe electrice.Procesul începe atunci când se aplică o tensiune pe circuitul de intrare, care alimentează un LED (diodă cu emitere de lumină) în fotocoupler.Acest LED se luminează, de obicei, dând lumină infraroșu, ceea ce este mai puțin probabil să fie deranjat de influențe exterioare.Lumina călătorește apoi pe o barieră izolatoare pentru a ajunge la fotodetector pe partea de ieșire.Fotodetector, care ar putea fi un fotodiod, fototransistor sau fototiristor, prinde această lumină și îl schimbă înapoi într -un semnal electric.Acest nou semnal electric este apoi trimis la circuitul de ieșire.

strat izolant Între LED și fotodetector este ceea ce menține circuitele de intrare și ieșire.Această separare ajută la protejarea pieselor de joasă tensiune de a fi rănite de vârfuri de înaltă tensiune sau de zgomot electric.Lumina care trece prin stratul izolant permite semnalului să se deplaseze dintr -o parte în cealaltă, fără niciun contact fizic sau electric, ceea ce face în siguranță ca circuitele să comunice între ele.

Odată ce fotodetectorul primește lumina din LED, transformă lumina din nou într -un semnal electric.Acest semnal de ieșire este electronic același cu semnalul de intrare, dar ar putea fi amplificat sau ajustat, în funcție de ceea ce este necesar.Semnalul este apoi utilizat de circuitul de ieșire pentru a îndeplini sarcina necesară.

Aplicații de fotocouplere

Photocouplerele sunt utilizate pe scară largă în diverse dispozitive electronice, deoarece asigură atât izolare, cât și transmisia clară a semnalului.

În protecția siguranței, fotocouplerele servesc ca o barieră între circuitele de înaltă tensiune și tensiune de joasă tensiune.Această izolare oprește suprasolicitarea de înaltă tensiune de la a dăuna părților sensibile, ceea ce este foarte util în setările în care vârfurile de putere sunt frecvente.

Când vine vorba de reducerea zgomotului, fotocouplatoarele sunt incredibil de utile.Acestea ajută la minimizarea efectelor interferențelor electrice, asigurându -se că semnalul trimis rămâne clar și constant.

În circuitele de interfațare, fotocouplatoarele fac posibilă diferite părți ale unui sistem care funcționează la diferite niveluri de tensiune pentru a comunica în siguranță.Folosind un fotocoupler, puteți conecta circuitele fără riscul de deteriorare a diferențelor de tensiune.

Photocouplerele sunt, de asemenea, o parte cheie a surselor de alimentare.În aceste aplicații, păstrează piesele de control separate de ieșirile de înaltă tensiune, asigurându-se că semnalele de control rămân stabile și fiabile chiar și în condiții electrice dure.

Pachete opto-cupler și opto-izolatoare

Figura 3: pachete opto-cupler și opto-izolatoare

Fotocouplerele, cunoscute și sub denumirea de opto-grupuri sau opto-izolatoare, sunt piese electronice care folosesc lumină pentru a trimite semnale electrice între două circuite care trebuie păstrate separat.Această separare ajută la prevenirea tensiunilor mari de a deteriora circuitul care primește semnalul.Proiectarea și ambalarea acestor piese se schimbă în funcție de dacă sunt utilizate în situații de joasă tensiune sau de înaltă tensiune.

Aplicații de joasă tensiune: În configurațiile de joasă tensiune, opto-grupurile se găsesc de obicei în pachete care arată ca niște circuite integrate (ICS) standard dual-in-line (DIL) sau pachete de circuit integrat (SOIC).Aceste formate sunt utilizate în mod obișnuit în tehnologia de montare a suprafeței (SMT), ceea ce le face ușor de încadrat în modele electronice moderne, compacte.Ambalajul permite ca piesa să fie inclusă cu ușurință în plăci de circuit imprimate (PCB), păstrând în același timp diferite secțiuni ale unui circuit separat.

Aplicații de înaltă tensiune: Pentru situații de înaltă tensiune, opto-izolatorii sunt deseori proiectați cu ambalaje mai puternice pentru a gestiona tensiuni de izolare mai mari.Aceste pachete ar putea fi dreptunghiulare sau cilindrice și sunt realizate pentru a oferi mai multă protecție decât pachetele IC standard.Această caracteristică este utilă în sistemele de alimentare sau în alte configurații în care diferența de tensiune între circuite poate fi mare, necesitând măsuri suplimentare de siguranță.

Terminologie și simboluri fotocoupler

Figura 4: Simbolul diagramei de circuit al unui fotocoupler

În timp ce „opto-cupler” și „opto-izolator” sunt adesea folosite pentru a însemna același lucru, există mici diferențe între ele pe baza modului în care sunt utilizate:

Cuplu opto De obicei se referă la piesele utilizate în sistemele în care diferența de tensiune între circuite nu depășește peste 5.000 de volți.Aceste părți sunt adesea utilizate pentru trimiterea de semnale analogice sau digitale pe circuite separate în diferite configurații electronice.

Opto-izolatori sunt special făcute pentru utilizare în sisteme de mare putere, unde diferența de tensiune poate fi mai mare de 5.000 volți.Principala lucrare este similară - pentru a trimite semnale, păstrând separarea electrică - dar aceste piese sunt făcute pentru a gestiona setările electrice mai solicitante găsite în distribuția de energie și sistemele industriale.

În diagramele de circuit, simbolul pentru un cuplator opto arată de obicei un LED (care acționează ca emițător) pe o parte și un fototransistor sau fotodarlington (care acționează ca receptor) pe celălalt.Acest simbol arată cum funcționează partea în interior, arătând modul în care lumina este folosită pentru a crea o legătură electrică între circuitele separate.LED -ul emite lumină atunci când curentul curge prin el, care este apoi ridicat de fototransistor, permițând trecerea semnalului în timp ce păstrează circuitele separate electric.

Specificații cheie ale fotocouplerelor

Figura 5: Caracteristicile tensiunii de intrare de intrare fotocoupler și caracteristici ale tensiunii colectorului-emițător

Atunci când alegeți un fotocoupler, este util să înțelegeți caracteristicile sale cheie pentru a vă asigura că se potrivește nevoilor dvs.

Raportul de transfer curent (CTR): Acesta este raportul dintre curentul de ieșire și curentul de intrare.În termeni mai simpli, arată cât de mult curent din partea de intrare este transferat în partea de ieșire.Valorile CTR pot varia foarte mult, de la 10% la peste 5.000%, în funcție de tipul de fotocoupler.Un CTR mai mare înseamnă că dispozitivul este mai eficient la trecerea semnalului de la intrare la ieșire, ceea ce este important pentru aplicațiile în care este necesar un control precis al semnalului.

Lățime de bandă: Această caracteristică vă spune viteza maximă cu care fotocoupler poate gestiona date.Fotocouplatoarele bazate pe fototransistor au de obicei o lățime de bandă de aproximativ 250 kHz, ceea ce le face potrivite pentru multe utilizări comune.Cu toate acestea, dacă aveți nevoie de ceva mai rapid, fiți conștienți de faptul că fotocouplerele bazate pe fotodarlington ar putea fi mai lente din cauza proiectării lor, ceea ce afectează cât de repede răspund.

Curent de intrare: Aceasta se referă la cantitatea de curent necesară pentru a alimenta LED -ul pe partea de intrare a fotocouplerului.Curentul de intrare este un factor important, deoarece afectează câtă putere folosește dispozitivul și cât de bine funcționează cu celelalte părți ale circuitului dvs.

Dispozitiv de ieșire tensiune maximă: Pentru fotocouplerele bazate pe tranzistor, aceasta este cea mai mare tensiune pe care o poate gestiona tranzistorul de ieșire.Este important să vă asigurați că această evaluare a tensiunii este mai mare decât tensiunea maximă pe care o va folosi aplicația dvs., pentru a evita deteriorarea dispozitivului.

Diferențe între fotocouple și relee în stare solidă

Figura 6: Photocoupler și releu în stare solidă

Fotocouplere și Relee în stare solidă (SSR) Ambele folosesc semnalele de lumină pentru a izola, dar sunt utilizate în moduri diferite în funcție de designul lor.

Fotocouplerele sunt utilizate în general în situații de putere mică, unde obiectivul principal este transmiterea și izolarea semnalelor.Sunt ideale pentru protejarea pieselor electronice sensibile de vârfurile de înaltă tensiune sau de zgomot, asigurându -se că semnalul este trecut curat de la o parte a circuitului la alta.

Releele cu stare solidă (SSR), pe de altă parte, sunt concepute pentru a schimba niveluri mai mari de putere.Spre deosebire de fotocouplere, SSR-urile au adesea piese suplimentare, cum ar fi protecția la supratensiune și comutarea cu traversare zero (pentru semnale de curent alternativ), ceea ce ajută la reducerea zgomotului electric și face ca releul să dureze mai mult.SSR -urile sunt de obicei mai mari și, deoarece gestionează curenți mai mari, adesea au nevoie de chiuvete de căldură pentru a gestiona terminalele de căldură și șuruburi pentru conexiuni sigure.

Concluzie

Photocouplerii ajută la păstrarea circuitelor în siguranță și la funcționarea bine, lăsând semnalele să treacă în timp ce păstrează circuitele separate.Acestea protejează circuitele de joasă tensiune de vârfurile de înaltă tensiune și reduc zgomotul electric, ceea ce le face foarte utile în multe dispozitive electronice.Indiferent dacă sunt obișnuiți să treacă pur și simplu semnale între circuite sau în sisteme de alimentare mai complexe, alegând fotocouplerul potrivit-indiferent dacă este un cuplator opto standard sau un opto-izolator mai puternic-poate face o mare diferență în cât de bine funcționează un sistem electronic.Pe măsură ce tehnologia continuă să avanseze, aceste dispozitive vor continua să fie foarte utile, acționând ca protectori ai dispozitivelor noastre electronice.

Întrebări frecvente [FAQ]

1. Care este aplicarea unui opto-izolator?

Aplicarea unui opto-izolat este de a menține diferite părți ale unui circuit separat, permițând să treacă semnalele între ele.Acest lucru ajută la protejarea părților sensibile ale unui circuit împotriva vârfurilor de înaltă tensiune sau a zgomotului electric.Opto-isolatorii sunt adesea folosiți în sursele de alimentare, interfețele microcontroler și sisteme de control industrial pentru a preveni deteriorarea componentelor de joasă tensiune.

2. Când ar trebui să utilizați un opto-izolat?

Ar trebui să utilizați un opto-izolat atunci când trebuie să protejați părțile de joasă tensiune ale unui circuit împotriva creșterii de înaltă tensiune sau a zgomotului electric.De asemenea, este util atunci când diferite părți ale sistemului dvs. trebuie să lucreze împreună fără a fi conectați direct.Acest lucru este util atunci când circuitele au niveluri diferite la sol sau când trebuie să rămână separate electric din motive de siguranță.

3. Care este scopul principal al unui Optocoupler?

Scopul principal al unui optocoupler este de a lăsa semnalele să treacă între două circuite separate folosind lumina, menținând în același timp circuitele electrice.Acest lucru împiedică circuitele de înaltă tensiune să afecteze circuitele de joasă tensiune, contribuind la protejarea părților delicate de a fi deteriorate.

4. De ce ați folosi un optocoupler în loc de un releu?

Ați folosi un optocoupler în loc de un releu atunci când aveți nevoie de comutare mai rapidă, de o durată de viață mai lungă și de o funcționare mai liniștită.Spre deosebire de relee, optocouplerele nu au piese mobile, astfel încât acestea să poată schimba mai repede și să dureze mai mult.De asemenea, ocupă mai puțin spațiu și oferă o izolare electrică mai bună.

5. Care sunt dezavantajele optocouplerelor?

Dezavantajele optocouplerelor includ capacitatea lor limitată de a gestiona curent și tensiune ridicată în comparație cu releele.Unele optoupatoare, în special cele cu fototransistoare, pot fi mai lente pentru a răspunde.De asemenea, se pot purta de -a lungul timpului, deoarece LED -ul din interior se degradează.Optocouplerele s-ar putea să nu fie cea mai bună alegere pentru controlul puterii foarte mari, unde releele sau releele cu stare solidă ar funcționa mai bine.