Optocoupler - kenmerken, apparaat, toepassing

Wat is een optocoupler

De optocoupler is een opto-elektronisch apparaat waarvan de belangrijkste functionele onderdelen een lichtbron en een fotodetector zijn, die niet galvanisch met elkaar zijn verbonden, maar zich in een gemeenschappelijke afgesloten behuizing bevinden. Het werkingsprincipe van een optocoupler is gebaseerd op het feit dat een elektrisch signaal dat erop wordt toegepast een gloed veroorzaakt aan de zendzijde, en al in de vorm van licht wordt het signaal ontvangen door de fotodetector, waardoor een elektrisch signaal wordt geïnitieerd op de ontvangende kant. Dat wil zeggen, een signaal wordt verzonden en ontvangen via optische communicatie binnen de elektronische component.

Een optocoupler is het eenvoudigste type optocoupler. Het bestaat alleen uit de zendende en ontvangende delen. Een complexer type optocoupler is een opto-elektronische chip die meerdere optocouplers bevat die zijn aangesloten op een of meer bijpassende of versterkende apparaten.

Een optocoupler is dus een elektronische component die zorgt voor de overdracht van een optisch signaal in een circuit zonder galvanische koppeling tussen de signaalbron en zijn ontvanger, aangezien bekend is dat fotonen elektrisch neutraal zijn.

De structuur en kenmerken van optocouplers

Optocouplers gebruiken fotodetectoren die gevoelig zijn in het nabij-infrarode en zichtbare gebied, aangezien dit deel van het spectrum wordt gekenmerkt door intense stralingsbronnen die zonder koeling kunnen werken als fotodetectoren. Fotodetectoren met pn-overgangen (diodes en transistors) op basis van silicium zijn universeel, het gebied van hun maximale spectrale gevoeligheid ligt in de buurt van 0,8 μm.

De optocoupler wordt voornamelijk gekenmerkt door de huidige transmissieverhouding CTR, dat wil zeggen de verhouding van de ingangs- en uitgangsstromen. De volgende parameter is de signaaloverdrachtssnelheid, eigenlijk de afsnijfrequentie fc van de werking van de optocoupler, gerelateerd aan de stijgtijd tr en de afsnijfrequentie tf voor de verzonden pulsen. Tot slot de parameters die de optocoupler kenmerken vanuit het oogpunt van galvanische isolatie: de isolatieweerstand Riso, de maximale spanning Viso en de doorvoer Cf.

Het invoerapparaat, dat deel uitmaakt van de optocouplerstructuur, is ontworpen om optimale bedrijfsomstandigheden te creëren voor de zender (LED) om het werkpunt te verschuiven naar het lineaire gebied van de I - V-karakteristiek.

Het invoerapparaat heeft voldoende snelheid en een breed scala aan invoerstromen, waardoor de betrouwbaarheid van informatieoverdracht zelfs bij lage (drempel)stroom wordt gegarandeerd. Het optische medium bevindt zich in de behuizing waardoor het licht van de zender naar de fotodetector wordt overgebracht.

In optocouplers met een gestuurd optisch kanaal is er een extra besturingsapparaat waarmee het mogelijk is om de eigenschappen van het optische medium te beïnvloeden met behulp van elektrische of magnetische middelen.Aan de kant van de fotodetector wordt het signaal teruggewonnen met een hoge conversiesnelheid van optisch naar elektrisch.

Het uitvoerapparaat aan de zijkant van de fotodetector (bijvoorbeeld een fototransistor in het circuit) is ontworpen om het signaal om te zetten in een standaard elektrische vorm, handig voor verdere verwerking in blokken na de optocoupler. Een optocoupler bevat vaak geen invoer- en uitvoerapparaten, dus er zijn externe circuits nodig om de normale werking in het circuit van een bepaald apparaat tot stand te brengen.

Toepassing van optocouplers

Optische connectoren worden veel gebruikt in circuits voor galvanische scheiding blokken van verschillende apparatuur, waar er circuits zijn voor laag- en hoogspanning, besturingscircuits zijn gescheiden van stroomcircuits: besturing van krachtige triacs en thyristors, relaiscircuits, enz.

Diode-, transistor- en weerstandsoptocouplers worden gebruikt in radiotechnische modulatie en automatische versterkingsregelcircuits. Door het optische kanaal bloot te leggen wordt de schakeling contactloos aangestuurd en in de optimale werking gebracht.

Optische connectoren zijn zo veelzijdig dat ze in zo veel verschillende industrieën en in zo veel unieke functies worden gebruikt, zelfs als eenvoudige galvanische scheiding en contactloze bedieningselementen, dat het onmogelijk is ze allemaal op te sommen.

Hier zijn er een paar: computers, communicatietechnologie, automatisering, radioapparatuur, geautomatiseerde besturingssystemen, meetinstrumenten, controle- en regelsystemen, medische technologie, visuele weergaveapparatuur en vele andere.

Voordelen van optocouplers

Het gebruik van optocouplers op printplaten stelt u in staat om een ​​ideale galvanische isolatie te bereiken wanneer de vereisten voor isolatie van hoogspanning en laagspanning, ingangs- en uitgangscircuits in termen van weerstand extreem hoog zijn. De spanning tussen de zend- en ontvangstcircuits van de populaire PC817 optocoupler is bijvoorbeeld 5000 V. Bovendien wordt door optische isolatie een extreem lage bandbreedte van ongeveer 1 pF bereikt.

Met behulp van optocouplers is contactloze besturing heel eenvoudig te implementeren, terwijl er ruimte is voor unieke ontwerpoplossingen op het gebied van directe besturingscircuits. Het is ook hier belangrijk dat er absoluut geen reactie van de ontvanger op de bron is, dat wil zeggen dat de informatie in één richting wordt verzonden.

De breedste bandbreedte van de optocoupler elimineert de beperkingen die worden opgelegd door lage frequenties: met behulp van licht kunt u ten minste een constant signaal, zelfs een puls, en met zeer steile flanken verzenden, wat met pulstransformatoren fundamenteel onmogelijk te realiseren is. Het communicatiekanaal in de optocoupler is absoluut immuun voor de effecten van elektromagnetische velden, dus het signaal is beschermd tegen interferentie en opname. Ten slotte zijn optocouplers volledig compatibel met andere elektronische componenten.