na 2024/08/28 347

Vysvětlení fotokloupců, opto-vazebních a opto-isolatorů

Ve světě elektroniky je opravdu důležité zajistit, aby signály se mohou pohybovat hladce a bezpečně z jednoho obvodu do druhého, zejména když tyto obvody pracují s různými úrovněmi napětí nebo jsou ovlivněny elektrickým šumem.Fotočížky, které se také nazývají optokuplery nebo opto-isolatory, to pomáhají.Tato malá zařízení používají světlo k odesílání signálů mezi obvody a zároveň je udržují oddělené, což pomáhá chránit citlivé části před poškozením.V tomto článku prozkoumáme, jak fungují fotokloupry, kde jsou používány a proč jsou dnes tak užitečné v elektronice.

Katalog

Obrázek 1: Komponenta PhotoCoupleru

Porozumění fotoklouprům

Fotokroudovače, také nazývané OptoCOUPLERS nebo optoisolatory, jsou zařízení, která umožňují signály přecházet z jednoho elektrického obvodu do druhého a zároveň je udržují od sebe odděleně.Hlavní úlohou fotočlenění je zajistit, aby signály z jednoho obvodu nezasahovaly do druhého, zejména pokud mají obvody různé úrovně napětí nebo když jeden obvod může mít elektrický šum.Toto oddělení se provádí pomocí světla, takže signál může být přenášen bez přímého elektrického připojení.

Obrázek 2: Pohled na průřez a symbol fotočlenitele

Části fotočarku

Fotočlán má dvě hlavní části:

Light Emiting Dioda (LED): První část je LED, která je na vstupní straně.Tato LED vezme elektrický signál a promění jej na světlo, obvykle v infračerveném rozsahu.Infračervené světlo se často používá, protože pro tento účel funguje dobře a pro další část je snadné detekovat.

Fotodetektor: Druhou částí je fotodetektor, který je na výstupní straně.Fotodetektor přijímá světlo z LED a změní jej zpět na elektrický signál.Fotodetektor může být různé typy zařízení, jako je fototransistor, fotodioda nebo Photodarlington.Typ použitého fotodetektoru ovlivňuje, jak rychle je signál zpracován, jak citlivý je a jak silný bude výstupní signál.

LED i fotodetektor jsou uvnitř jednoho balíčku, který obvykle vypadá jako malý integrovaný obvod (IC).LED a fotodetektor jsou fyzicky odděleny, což je velmi důležité, protože zajišťuje, že vstupní a výstupní obvody nejsou přímo připojeny.Toto oddělení udržuje obvody v bezpečí před elektrickými problémy, jako je vysoké napětí nebo šum, které by mohly poškodit citlivé části.

Jak fungují fotočličky?

Fotočlenek je zařízení, které umožňuje pohyb signálu mezi dvěma samostatnými obvody a zároveň je udržuje elektricky od sebe od sebe.Toto oddělení je velmi užitečné při ochraně jemných nízkonapěťových částí před vysokopěťovými hroty a elektrickým rušením.Proces začíná, když je napětí aplikováno na vstupní obvod, který pohání LED (dioda emitující světlo) uvnitř fotokroudovače.Tato LED se rozsvítí, obvykle vydává infračervené světlo, které je méně pravděpodobné, že bude narušeno vnějšími vlivy.Světlo pak cestuje přes izolační bariéru, aby dosáhla fotodetektoru na výstupní straně.Fotodetektor, kterým by mohl být fotodiody, fototransistor nebo fotothyristor, zachytí toto světlo a změní jej zpět na elektrický signál.Tento nový elektrický signál je poté odeslán do výstupního obvodu.

The Izolační vrstva Mezi LED a fotodetektorem je to, co udržuje vstupní a výstupní obvody od sebe.Toto oddělení pomáhá chránit nízkonapěťové části před poškozením vysokopěťových hrotů nebo elektrického šumu.Světlo procházející izolační vrstvou umožňuje, aby se signál pohyboval z jedné strany na druhou bez jakéhokoli fyzického nebo elektrického kontaktu, takže je pro obvody bezpečné pro vzájemné komunikaci.

Jakmile fotodetektor dostane světlo z LED, přeměňuje světlo zpět na elektrický signál.Tento výstupní signál je elektronicky stejný jako vstupní signál, ale může být amplifikován nebo upraven v závislosti na tom, pro co je potřeba.Signál je poté použit výstupním obvodem k provedení požadované úlohy.

Aplikace fotoklouprů

Fotočlenové jsou široce používány v různých elektronických zařízeních, protože poskytují izolaci i čirý přenos signálu.

V ochraně bezpečnosti slouží fotočličky jako bariéra mezi vysokopěťovým a nízkonapěťovým obvodem.Tato izolace zabrání vysoce napěťovým nárůstům před poškozením citlivých částí, což je velmi užitečné v nastavení, kde jsou běžné hroty výkonu.

Pokud jde o snižování šumu, fotokroudovače jsou neuvěřitelně užitečné.Pomáhají minimalizovat účinky elektrického rušení a ujistit se, že odeslaný signál zůstává jasný a stabilní.

V rozhraní obvodech umožňují fotokroudovače pro různé části systému, které fungují v různých úrovních napětí pro bezpečné komunikaci.Použitím fotočlearu můžete připojit obvody bez rizika poškození na napětí.

Klíčovou součástí přepínání napájecího zdroje jsou také fotočličky.V těchto aplikacích udržují kontrolní části oddělené od výstupů s vysokým napětím a zajišťují, aby kontrolní signály zůstaly stabilní a spolehlivé i v těžkých elektrických podmínkách.

Opto-Coupler a Opto-isolator Packages

Obrázek 3: Balíčky opto-Copler a Opto-isolator

Fotočlesté, také známé jako opto-vazebníky nebo opto-isolatory, jsou elektronické části, které používají světlo k odesílání elektrických signálů mezi dvěma obvody, které je třeba udržovat odděleně.Toto oddělení pomáhá zabránit vysokému napětí v poškození obvodu, který přijímá signál.Konstrukce a balení těchto částí se mění v závislosti na tom, zda jsou používány v situacích s nízkým napětím nebo vysokým napětím.

Aplikace s nízkým napětím: V nastavení s nízkým napětím se opto-vazebny obvykle vyskytují v balíčcích, které vypadají jako standardní integrované obvody s dvojitou (DIL) (ICS) nebo malé obrysové integrované obvod (SOIC).Tyto formáty se běžně používají v technologii povrchové montáže (SMT), což usnadňuje zapadací do moderních, kompaktních elektronických návrhů.Balení umožňuje snadno zahrnout část do desek s obvody (PCB) a přitom stále udržovat různé části obvodu odděleně.

Aplikace s vysokým napětím: Pro situace s vysokým napětím jsou opto-izolátory často navrženy se silnějším obalem pro zpracování vyšších izolačních napětí.Tyto balíčky mohou být obdélníkové nebo válcové a jsou vyrobeny tak, aby poskytovaly větší ochranu než standardní balíčky IC.Tato funkce je užitečná v energetických systémech nebo jiných nastaveních, kde může být rozdíl napětí mezi obvody velký a vyžaduje další bezpečnostní opatření.

Fotočliková terminologie a symboly

Obrázek 4: Schéma obvodu Symbol fotovodíle

Zatímco „opto-coupler“ a „opto-isolator“ se často používají k tomu, aby znamenaly totéž, existují mezi nimi malé rozdíly na základě toho, jak jsou používány:

Opto-Couple Obvykle se vztahuje na díly používané v systémech, kde rozdíl napětí mezi obvody nepřesahuje 5 000 voltů.Tyto části se často používají pro odesílání analogových nebo digitálních signálů napříč samostatnými obvody v různých elektronických nastaveních.

Opto-isolatory jsou speciálně vyrobeny pro použití ve vysoce výkonných systémech, kde může být rozdíl napětí více než 5 000 voltů.Hlavní úloha je podobná - odesílání signálů při zachování elektrického oddělení - ale tyto části jsou vyrobeny tak, aby zvládly náročnější elektrické nastavení nalezené v distribuci energie a průmyslových systémech.

V diagramech obvodů symbol pro opto-vapler obvykle ukazuje LED (který působí jako vysílač) na jedné straně a fototransistor nebo Photodarlington (který působí jako přijímač) na druhé straně.Tento symbol ukazuje, jak část funguje uvnitř a ukazuje, jak se světlo používá k vytvoření elektrického spojení mezi samostatnými obvody.LED rozdává světlo, když protéká proud, který je potom vyzvednut fototransistorem, což umožňuje procházet signál, zatímco obvody udržují elektricky oddělené.

Klíčové specifikace fotoklíněčů

Obrázek 5: PhotoCoupler vstup-výstup načasování a charakteristiky napětí sběratele-emiter

Při výběru PhotoCoupleru je užitečné porozumět jeho klíčovým vlastnostem, aby se zajistilo, že vyhovuje vašim potřebám.

Poměr přenosu aktuálního přenosu (CTR): Toto je poměr výstupního proudu k vstupnímu proudu.Zjednodušeně řečeno, ukazuje, kolik proudu na vstupní straně je přeneseno na výstupní stranu.Hodnoty CTR se mohou značně lišit, od 10% do více než 5 000%, v závislosti na typu fotočarku.Vyšší CTR znamená, že zařízení je účinnější při předávání signálu od vstupu na výstup, což je důležité pro aplikace, kde je zapotřebí přesné ovládání signálu.

Šířka pásma: Tato funkce vám řekne maximální rychlost, při které může PhotoCOUpler zpracovat data.Fototransistorové fotokroudory mají obvykle šířku pásma kolem 250 kHz, což je činí vhodné pro mnoho běžných použití.Pokud však potřebujete něco rychlejšího, uvědomte si, že fotokroudovače založené na Photodarlingtonu mohou být kvůli jejich designu pomalejší, což ovlivňuje, jak rychle reagují.

Vstupní proud: To odkazuje na množství proudu potřebného k napájení LED na vstupní straně fotokroudovače.Vstupní proud je důležitým faktorem, protože ovlivňuje, kolik energie zařízení používá a jak dobře funguje s ostatními částmi vašeho obvodu.

Maximální napětí výstupního zařízení: U fotoklouprů založených na tranzistoru je to nejvyšší napětí, které dokáže výstupní tranzistor zvládnout.Je důležité zajistit, aby toto hodnocení napětí bylo vyšší než maximální napětí, které vaše aplikace použije, aby se zabránilo poškození zařízení.

Rozdíly mezi fotokroudovači a relé pevnými státy

Obrázek 6: Photocoupler a relé s pevným státem

Fotočličky a Relays pevný stát (SSRS) Oba používají světlo k izolaci signálů, ale používají se různými způsoby na základě jejich designu.

Fotočlesté se obvykle používají v situacích s nízkým výkonem, kde hlavním cílem je přenášet a izolovat signály.Jsou ideální pro ochranu citlivých elektronických dílů před vysokým napěťovým hroty nebo šumem, ujistěte se, že signál je čistě předán z jedné části obvodu do druhé.

Na druhé straně jsou relay pevných států (SSR) navrženy tak, aby přepnuly ​​vyšší úrovně výkonu.Na rozdíl od fotoklouprů má SSR často další díly, jako je ochrana přepětí a přepínání s nulovým přechodem (pro střídavé signály), což pomáhá snižovat elektrický šum a zvyšuje relé déle.SSR jsou obvykle větší a protože manipulují s vyššími proudy, často potřebují chladiče pro správu tepelných a šroubových svorek pro bezpečná připojení.

Závěr

Fotočížky pomáhají udržovat obvody v bezpečí a dobře fungovat tím, že nechávají procházet signály, přičemž udržují obvody oddělené.Chrání nízkonapěťové obvody před vysokopěťovými hroty a snižují elektrický šum, což je velmi užitečné v mnoha elektronických zařízeních.Ať už se používají k jednoduše předávání signálů mezi obvody nebo ve složitějších energetických systémech, výběr správného fotočlička-pokud se jedná o standardní opto-směrovač nebo silnější opto-izolator-může mít velký rozdíl v tom, jak dobře funguje elektronický systém.Jak technologie neustále postupuje, tato zařízení budou i nadále velmi užitečná a budou fungovat jako ochránci našich elektronických zařízení.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Jaká je aplikace opto-isolatoru?

Aplikace opto-isolatoru je udržovat různé části obvodu samostatné a zároveň umožnit procházet signály mezi nimi.To pomáhá chránit citlivé části obvodu před vysokopěťovými hroty nebo elektrickým šumem.Opto-izolátory se často používají v napájecích zdrojích, rozhraní mikrokontroléru a průmyslových kontrolních systémech, aby se zabránilo poškození komponent s nízkým napětím.

2. Kdy byste měli použít opto-isolator?

Měli byste použít opto-isolator, pokud potřebujete chránit nízkonapěťové části obvodu před vysokým napětím nebo elektrickým šumem.Je to také užitečné, když různé části vašeho systému musí spolupracovat, aniž by byly přímo spojeny.To je užitečné, když obvody mají různé úrovně půdy nebo když potřebují zůstat z bezpečnostních důvodů elektricky oddělené.

3. Jaký je primární účel optočleru?

Primárním účelem optokupleru je nechat signály procházet mezi dvěma samostatnými obvody pomocí světla, přičemž obvody udržují elektricky od sebe.To zabraňuje vysokopěťovým obvodům ovlivňovat nízkonapěťové obvody, což pomáhá chránit jemné části před poškozením.

4. Proč byste místo relé použili OptoCOUPLER?

Místo relé byste použili OptoCOUpler, když potřebujete rychlejší přepínání, delší životnost a tišší provoz.Na rozdíl od relé, optokuplery nemají pohyblivé díly, takže mohou přepínat rychleji a vydržet déle.Zabírají také méně místa a poskytují lepší elektrickou izolaci.

5. Jaké jsou nevýhody optočlech?

Nevýhody optokuplerů zahrnují jejich omezenou schopnost zvládnout vysoký proud a napětí ve srovnání s relé.Některé optokuplery, zejména ty s fototransistory, mohou být pomalejší, aby reagovaly.V průběhu času se mohou také opotřebovat, protože LED uvnitř degraduje.OptoCouplers nemusí být nejlepší volbou pro kontrolu velmi vysokého výkonu, kde by relé nebo relé pevných států fungovaly lépe.