Optočlen - charakteristika, zariadenie, použitie

Čo je to optočlen

Optočlen je optoelektronické zariadenie, ktorého hlavnými funkčnými časťami sú svetelný zdroj a fotodetektor, ktoré nie sú navzájom galvanicky spojené, ale sú umiestnené v spoločnom utesnenom puzdre. Princíp činnosti optočlena je založený na skutočnosti, že elektrický signál, ktorý je naň privedený, spôsobí žiaru na vysielacej strane a už vo forme svetla je signál prijímaný fotodetektorom, ktorý iniciuje elektrický signál na prijímacej strane. strane. To znamená, že signál sa prenáša a prijíma prostredníctvom optickej komunikácie v rámci elektronického komponentu.

Optočlen je najjednoduchší typ optočlena. Pozostáva len z vysielacej a prijímacej časti. Zložitejším typom optočlena je optoelektronický čip, ktorý obsahuje niekoľko optočlenov pripojených k jednému alebo viacerým zodpovedajúcim alebo zosilňovacím zariadeniam.

Optočlen je teda elektronický komponent, ktorý zabezpečuje prenos optického signálu v obvode bez galvanickej väzby medzi zdrojom signálu a jeho prijímačom, keďže je známe, že fotóny sú elektricky neutrálne.

Štruktúra a vlastnosti optočlenov

Optočleny používajú fotodetektory, ktoré sú citlivé v blízkej infračervenej a viditeľnej oblasti, pretože túto časť spektra charakterizujú intenzívne zdroje žiarenia, ktoré môžu fungovať ako fotodetektory bez chladenia. Fotodetektory s pn prechodmi (diódy a tranzistory) na báze kremíka sú univerzálne, oblasť ich maximálnej spektrálnej citlivosti sa blíži k 0,8 μm.

Optočlen je primárne charakterizovaný aktuálnym prevodovým pomerom CTR, teda pomerom vstupného a výstupného prúdu. Ďalším parametrom je rýchlosť prenosu signálu, vlastne medzná frekvencia fc prevádzky optočlena, súvisiaca s časom nábehu tr a medzou tf pre vysielané impulzy. Nakoniec parametre charakterizujúce optočlen z hľadiska galvanického oddelenia: izolačný odpor Riso, maximálne napätie Viso a priepustnosť Cf.

Vstupné zariadenie, ktoré je súčasťou štruktúry optočlena, je navrhnuté tak, aby vytváralo optimálne prevádzkové podmienky pre emitor (LED) na posunutie pracovného bodu do lineárnej oblasti I-V charakteristiky.

Vstupné zariadenie má dostatočnú rýchlosť a široký rozsah vstupných prúdov zaisťujúcich spoľahlivosť prenosu informácií aj pri nízkom (prahovom) prúde. Optické médium je umiestnené vo vnútri puzdra, cez ktoré sa svetlo prenáša z žiariča do fotodetektora.

V optočlenoch s riadeným optickým kanálom je prídavné riadiace zariadenie, pomocou ktorého je možné ovplyvňovať vlastnosti optického média pomocou elektrických alebo magnetických prostriedkov.Na strane fotodetektora je signál obnovený vysokou mierou opticko-elektrickej konverzie.

Výstupné zariadenie na strane fotodetektora (napríklad fototranzistor zahrnutý v obvode) je určené na konverziu signálu do štandardnej elektrickej formy, vhodnej na ďalšie spracovanie v blokoch za optočlenom. Optočlen často neobsahuje vstupné a výstupné zariadenia, takže na vytvorenie normálnej prevádzky v obvode konkrétneho zariadenia sú potrebné externé obvody.

Aplikácia optočlenov

Optické konektory sú široko používané v obvodoch na galvanickú izoláciu bloky rôznych zariadení, kde sú obvody pre nízke a vysoké napätie, riadiace obvody sú oddelené od silových obvodov: riadenie výkonných triakov a tyristorov, reléové obvody atď.

Diódové, tranzistorové a odporové optočleny sa používajú v rádiovej modulácii a obvodoch automatického riadenia zisku. Odkrytím optického kanála je obvod riadený bezkontaktne a uvedený do optimálneho režimu činnosti.

Optické konektory sú také univerzálne, že sa používajú v takom množstve odvetví a v toľkých jedinečných funkciách, dokonca aj jednoducho ako galvanické oddelenie a bezkontaktné ovládacie prvky, že nie je možné ich všetky vymenovať.

Tu je len niekoľko z nich: počítače, komunikačná technika, automatizácia, rádiové zariadenia, automatizované riadiace systémy, meracie prístroje, riadiace a regulačné systémy, medicínska technika, zobrazovacie zariadenia a mnohé ďalšie.

Výhody optočlenov

Použitie optočlenov na doskách plošných spojov umožňuje dosiahnuť ideálne galvanické oddelenie, keď sú požiadavky na izoláciu vysokého a nízkeho napätia, vstupných a výstupných obvodov z hľadiska odporu extrémne vysoké. Napätie medzi vysielacím a prijímacím obvodom obľúbeného optočlena PC817 je napríklad 5000 V. Okrem toho sa optickou izoláciou dosahuje extrémne nízka šírka pásma okolo 1 pF.

Pomocou optočlenov je bezkontaktné ovládanie veľmi jednoduché realizovať, pričom ponecháva priestor pre jedinečné konštrukčné riešenia z hľadiska priamych riadiacich obvodov. Tu je tiež dôležité, že prijímač vôbec nereaguje na zdroj, to znamená, že informácie sa prenášajú jednosmerne.

Najširšia šírka pásma optočlena eliminuje obmedzenia spôsobené nízkymi frekvenciami: pomocou svetla môžete prenášať aspoň konštantný signál, dokonca aj impulz, a s veľmi strmými hranami, čo je v zásade nemožné realizovať pomocou impulzných transformátorov. Komunikačný kanál vo vnútri optočlena je absolútne odolný voči účinkom elektromagnetických polí, takže signál je chránený pred rušením a zachytením. Nakoniec, optočleny sú plne kompatibilné s inými elektronickými komponentmi.