Optočlen - vlastnosti, zařízení, použití

Co je to optočlen

Optočlen je optoelektronické zařízení, jehož hlavními funkčními částmi jsou světelný zdroj a fotodetektor, které spolu nejsou galvanicky spojeny, ale jsou umístěny ve společném utěsněném pouzdře. Princip činnosti optočlenu je založen na skutečnosti, že elektrický signál, který je na něj přiveden, způsobí záři na vysílací straně a již ve formě světla je signál přijímán fotodetektorem a iniciuje elektrický signál na přijímací straně. boční. To znamená, že signál je přenášen a přijímán prostřednictvím optické komunikace v elektronické součástce.

Optočlen je nejjednodušším typem optočlenu. Skládá se pouze z vysílací a přijímací části. Složitějším typem optočlenu je optoelektronický čip, který obsahuje několik optočlenů připojených k jednomu nebo více odpovídajícím nebo zesilovacím zařízením.

Optočlen je tedy elektronická součástka, která zajišťuje přenos optického signálu v obvodu bez galvanické vazby mezi zdrojem signálu a jeho přijímačem, protože je známo, že fotony jsou elektricky neutrální.

Struktura a vlastnosti optočlenů

Optočleny používají fotodetektory, které jsou citlivé v blízké infračervené a viditelné oblasti, protože tato část spektra se vyznačuje intenzivními zdroji záření, které mohou fungovat jako fotodetektory bez chlazení. Fotodetektory s pn přechody (diody a tranzistory) na bázi křemíku jsou univerzální, oblast jejich maximální spektrální citlivosti se blíží 0,8 μm.

Optočlen je primárně charakterizován aktuálním převodovým poměrem CTR, tedy poměrem vstupního a výstupního proudu. Dalším parametrem je rychlost přenosu signálu, vlastně mezní frekvence fc provozu optočlenu, vztažená k době náběhu tr a mezní hodnotě tf pro vysílané impulsy. Nakonec parametry charakterizující optočlen z hlediska galvanického oddělení: izolační odpor Riso, maximální napětí Viso a propustnost Cf.

Vstupní zařízení, které je součástí struktury optočlenu, je navrženo tak, aby vytvářelo optimální provozní podmínky pro emitor (LED) pro posun pracovního bodu do lineární oblasti I — V charakteristiky.

Vstupní zařízení má dostatečnou rychlost a široký rozsah vstupních proudů, zajišťující spolehlivost přenosu informace i při nízkém (prahovém) proudu. Optické médium je umístěno uvnitř pouzdra, kterým je světlo přenášeno z emitoru do fotodetektoru.

U optočlenů s řízeným optickým kanálem je přídavné ovládací zařízení, jehož prostřednictvím je možné ovlivňovat vlastnosti optického média pomocí elektrických nebo magnetických prostředků.Na straně fotodetektoru je signál získáván vysokou rychlostí konverze optiky na elektřinu.

Výstupní zařízení na straně fotodetektoru (např. fototranzistor zahrnutý v obvodu) je určeno k převodu signálu do standardní elektrické formy, vhodné pro další zpracování v blocích za optočlenem. Optočlen často neobsahuje vstupní a výstupní zařízení, takže k navázání normálního provozu v obvodu konkrétního zařízení vyžaduje externí obvody.

Aplikace optočlenů

Optické konektory jsou široce používány v obvodech pro galvanické oddělení bloky různých zařízení, kde jsou obvody pro nízké a vysoké napětí, řídící obvody jsou odděleny od silových obvodů: ovládání výkonných triaků a tyristorů, reléové obvody atd.

Diodové, tranzistorové a odporové optočleny se používají v radiotechnických modulačních obvodech a obvodech automatického řízení zisku. Odkrytím optického kanálu je obvod ovládán bezkontaktně a uveden do optimálního režimu činnosti.

Optické konektory jsou natolik univerzální, že se používají v tak rozmanitých průmyslových odvětvích a v tolika jedinečných funkcích, dokonce i jednoduše jako galvanické oddělení a bezdotykové ovládací prvky, že je nelze všechny vyjmenovat.

Zde jsou jen některé z nich: počítače, komunikační technika, automatizace, rádiová zařízení, automatizované řídicí systémy, měřicí přístroje, řídicí a regulační systémy, lékařská technika, zobrazovací zařízení a mnoho dalších.

Výhody optočlenů

Použití optočlenů na deskách plošných spojů umožňuje dosáhnout ideálního galvanického oddělení, když jsou požadavky na izolaci vysokonapěťových a nízkonapěťových, vstupních a výstupních obvodů z hlediska odporu extrémně vysoké. Napětí mezi vysílacím a přijímacím obvodem oblíbeného optočlenu PC817 je například 5000 V. Navíc je optickou izolací dosaženo extrémně nízké šířky pásma asi 1 pF.

Pomocí optočlenů je bezkontaktní ovládání velmi snadno realizovatelné a zároveň ponechává prostor pro jedinečná konstrukční řešení z hlediska přímých ovládacích obvodů. Zde je také důležité, že neexistuje absolutně žádná reakce přijímače na zdroj, to znamená, že informace je přenášena jednosměrně.

Největší šířka pásma optočlenu odstraňuje omezení daná nízkými frekvencemi: s pomocí světla můžete přenášet alespoň konstantní signál, dokonce i puls, a s velmi strmými hranami, což je v zásadě nemožné realizovat pomocí pulsních transformátorů. Komunikační kanál uvnitř optočlenu je absolutně imunní vůči účinkům elektromagnetických polí, takže signál je chráněn před rušením a zachycením. Konečně, optočleny jsou plně kompatibilní s ostatními elektronickými součástkami.