ОПТОКУПЛЕРИ ИЛИ ОПТОИЗОЛАТОРИ су уређаји који омогућавају ефикасан пренос једносмерног сигнала и других података кроз два степена кола, а истовремено одржавају одличан ниво електричне изолације између њих.
Оптопарници постају посебно корисни тамо где је електрични сигнал потребан за слање кроз две фазе кола, али са екстремним степеном електричне изолације кроз фазе.
Уређаји за оптичко спајање раде као логички пребацивачи нивоа између два кола. Има способност блокирања преноса шума преко интегрисаних кола, за изолацију логичких нивоа од високонапонске АЦ мреже и за уклањање петљи уземљења.
Оптопарници постају ефикасна замена за релеје и за трансформаторе за повезивање фаза дигиталних кола.
Поред тога, оптоцоуплер фреквенцијски одзив се показао неупоредивим у аналогним круговима.
Оптоцоуплер Унутрашња конструкција
Оптички спрежник интерно садржи инфрацрвену или инфрацрвену ЛЕД емитер (обично израђену од галијум арсенида). Овај ИР ЛЕД је оптички повезан са суседним силицијумским фотодетектором, који је обично фото-транзистор, фотодиода или било који сличан фотосензибилни елемент). Ова два комплементарна уређаја су херметички уграђена у непровидно светлопропусно паковање.
Горња слика приказује рашчлањени приказ типичног двополног (ДИП) оптичког спрежника са шест пинова. Када се терминали повезани са ИР ЛЕД напајају одговарајућим напоном пристрасним напоном, он интерно емитује инфрацрвено зрачење у таласној дужини од 900 до 940 нанометара.
Овај ИР сигнал пада на суседни фотодетектор који је обично НПН фототранзистор (са осетљивошћу подешеном на идентичну таласну дужину) и он тренутно проводи стварајући континуитет на својим терминалима колектора / емитора.
Као што се може видети на слици, ИР ЛЕД и фототранзистор су постављени на суседне кракове оловног оквира.
Оловни оквир је у облику жигосања изрезан од фино проводљивог лима који има неколико грана попут завршне обраде. Изоловане подлоге које су укључене за ојачавање уређаја креирају се уз помоћ унутрашњих грана. Одговарајући пиноут ДИП-а су на одговарајући начин развијени од спољних грана.
Једном када се успоставе проводне везе између кућишта матрице и одговарајућих клинова са оловним оквиром, простор који окружује ИР ЛЕД и фототранзистор запечаћен је у провидну смолу која подржава ИР и која се понаша као „светлосна цев“ или оптички таласовод између два ИЦ уређаја.
Комплетни склоп је коначно обликован у светло отпорној епоксидној смоли која чини ДИП пакет. На крају, стезаљке клинова са оловним оквиром уредно су савијене надоле.
Оптоцоуплер Пиноут
Горњи дијаграм приказује дијаграм пиноут типичног оптичког склопника у ДИП пакету. Уређај је познат и као оптички изолатор, јер између два чипа није укључена струја, већ само светлосни сигнали, а такође и зато што ИР емитер и ИР детектор имају 100% електричну изолацију и изолацију.
Остала популарна имена повезана са овим уређајем су фотопар или изолирани изолатори.
Можемо видети да је база унутрашњег ИР транзистора завршена на пину 6 ИЦ. Ова база обично остаје неповезана, јер је главна сврха уређаја спајање два кола кроз изоловани унутрашњи ИЦ светлосни сигнал.
Слично томе, пин 3 је отворени или неповезани пиноут и није релевантан. Могуће је трансформисати унутрашњи ИЦ фототрансистор у фотодиоду једноставним кратким спојем и повезивањем основног пина 6 са емитерским пином 4.
Међутим, горњој функцији можда неће бити доступан 4-пински оптички спрежник или вишеканални оптички спрежник.
Карактеристике оптопарника
Оптоцоуплер показује једну врло корисну карактеристику, а то је његова ефикасност спајања светлости која се назива однос тренутног трансфера или ЦТР.
Овај однос је побољшан идеално подударајућим спектром ИР ЛЕД сигнала са суседним спектром детекције фототранзистора.
ЦТР је према томе дефинисан као однос излазне струје и улазне струје, на номиналном нивоу пристрасности одређеног оптопарника. Заступљен је у процентима:
ЦТР = Ицед/ Ифк 100%
Када спецификација сугерише ЦТР од 100%, односи се на пренос излазне струје од 1 мА за сваки мА струје на ИР ЛЕД. Минималне вредности за ЦТР могу показати разлике између 20 и 100% за различите оптичке спреге.
Фактори који могу да разликују стопу учесталости кликова зависе од тренутних спецификација улазног и излазног напона и струје уређаја.
Горња слика приказује карактеристичну графику излазне струје оптичког спрежника унутрашњег фототранзистора (ИЦБ) у односу на улазну струју (ИФ) када се на његов колектор / основни клин примењује ВЦБ од 10 В.
Важне ОптоЦоуплер спецификације
Неколико основних параметара спецификације оптичког спрежника може се проучити из доле наведених података:
Напон изолације (Висо) : Дефинисан је као апсолутни максимални напон наизменичне струје који може постојати на улазним и излазним фазама кола оптопарника, без наношења штете уређају. Стандардне вредности за овај параметар могу пасти између 500 В и 5 кВ РМС.
ТИ СИ: то се може разумети као максимални једносмерни напон који се може применити на пиноут-ове фото-транзистора уређаја. Типично се то може кретати између 30 и 70 волти.
Ако : То је максимална непрекидна једносмерна струја која може да тече у ИР ЛЕД или ИНЕТ . То су стандардне вредности тренутног капацитета руковања назначене на излазу фото-транзистора оптопарника, које се могу кретати између 40 и 100 мА.
Време успона / пада : Овај параметар дефинише логичку брзину одзива оптичког спрежника преко интерне ИР ЛЕД и фототранзистора. То може бити обично од 2 до 5 микросекунди и за пораст и за пад. Ово нам такође говори о пропусној ширини оптичког спрежног уређаја.
Основна конфигурација оптоцоуплера
Горња слика приказује основни оптопарни круг. Количина струје која може проћи кроз фототранзистор одређује се примењеном струјом предњег преднапона ИР ЛЕД-а или ИНЕТ, упркос томе што су у потпуности одвојени.
Док је прекидач С1 отворен, струја пролази кроз ИНЕТје инхибиран, што значи да фототрансистору није доступна ИР енергија.
Ово чини уређај потпуно неактивним, узрокујући развој нултог напона на излазном отпорнику Р2.
Када је С1 затворен, дозвољено је да струја пролази кроз ИНЕТи Р1.
Ово активира ИР ЛЕД који почиње да емитује ИЦ сигнале на фототранзистору омогућавајући му да се укључи, а то заузврат изазива развој излазног напона на Р2.
Ово основно коло оптопарника посебно ће добро реаговати на ОН / ОФФ пребацивање улазних сигнала.
Међутим, ако је потребно, коло се може модификовати тако да ради са аналогним улазним сигналима и генерише одговарајуће аналогне излазне сигнале.
Врсте оптопарника
Фототранзистор било ког оптопарника може имати много различитих излазних добитака и радних спецификација. Шема објашњена у наставку приказује шест других облика варијанти оптичких спрежника који имају своје специфичне комбинације ИРЕД и излазног фотодетектора.
Прва горња варијанта указује на двосмерни улазни и фототранзисторски излазни оптички спрежник који садржи неколико бацк-то-бацк повезаних галијум-арсенидних ИРЕД-ова за спрезање улазних АЦ сигнала, као и за заштиту од улаза обрнуте поларности.
Обично ова варијанта може показивати минимални ЦТР од 20%.
Следећи тип горе илуструје опто-спрежник чији је излаз побољшан појачивачем за фото-дарлингтон на бази силикона. То му омогућава да произведе већу излазну струју у поређењу са другим нормалним опто-спојником.
Захваљујући Дарлингтоновом елементу на излазу, ова врста оптичких спрежника је у стању да произведе минимално 500% ЦТР када је напон колектор-емитер око 30 до 35 волти. Чини се да је ова величина десетак пута већа од нормалног оптопарника.
Међутим, они можда неће бити брзи као други уобичајени уређаји и ово може бити значајан компромис током рада са спојницом за фотодарлингтон.
Такође, може имати смањену количину ефективног пропусног опсега за око десет пута. Стандардне индустријске верзије оптичких спрежника пхотоДарлингтон су 4Н29 до 4Н33 и 6Н138 и 6Н139.
Можете их добити и као двоструке и четвороканалне спојнице за фотодарлингтон.
Трећа шема горе приказује оптички спрежник који има ИРЕД и МОСФЕТ фотосензор са двосмерним линеарним излазом. Распон изолационог напона ове варијанте може бити и до 2500 вол. Ефективне вредности. Опсег напона пробоја може бити унутар 15 до 30 волти, док је време пораста и пада око 15 микросекунди.
Следећа варијанта горе показује основно СЦР или тиристор заснован на опто фотосензору. Овде се излаз контролише преко СЦР-а. Напон изолације оптоСЦР типа спојница је обично око 1000 до 4000 волти РМС. Одликује се минималним напоном блокирања од 200 до 400 В. Највеће укључене струје (Ифр) може бити око 10 мА.
На горњој слици приказан је оптички спрежник који има фототријак излаз. Овакве излазне спојнице засноване на тиристорима обично имају напоне за блокирање (ВДРМ) од 400 В.
Доступни су и оптички спрежници са Сцхмиттовим својством окидача. Овај тип оптичког спрежника је приказан горе који укључује оптички сензор заснован на ИЦ-у који има Сцхмитт-ову ИЦ окидач који ће претворити синусни талас или било који облик импулсног улазног сигнала у правоугаони излазни напон.
Ови уређаји засновани на ИЦ фотодекторима су уствари дизајнирани да раде попут склопа мултивибратора. Напон изолације може се кретати између 2500 и 4000 волти.
Струја укључења обично је назначена између 1 и 10 мА. Минимални и максимални радни ниво напајања су између 3 и 26 волти, а максимална брзина брзине преноса података (НРЗ) је 1 МХз.
Крогови за примену
Унутрашње функционисање оптичких спрежника је потпуно слично раду дискретно постављеног склопа ИР предајника и пријемника.
Контрола улазне струје
Као и било којој другој ЛЕД диоди, и ИР ЛЕД оптопарника такође треба отпорник за контролу улазне струје до сигурних граница. Овај отпорник може се повезати на два основна начина са ЛЕД оптопарником, као што је приказано у наставку:
Отпорник се може додати у серију или анодним прикључком (а) или катодним прикључком (б) ИРЕД-а.
АЦ Оптоцоуплер
У нашим ранијим дискусијама сазнали смо да се за улаз наизменичне струје препоручују оптопарници. Међутим, било који стандардни оптички спрежник такође може бити безбедно конфигурисан са АЦ улазом додавањем спољне диоде у ИРЕД улазне пинове, што је доказано на следећем дијаграму.
Овај дизајн такође обезбеђује сигурност уређаја против случајних услова обрнутог улазног напона.
Дигитална или аналогна конверзија
Да би се постигла дигитална или аналогна конверзија на излазу оптичког склопника, отпорник се може додати у серију са колекторским затиком оптотрансисторског или запорним емитерима, приказано испод:
Претварање у фото-транзистор или фото-диоду
Као што је доле назначено, уобичајени 6-пински ДИП оптички спрежник излазни фото-транзистор може се претворити у фото-диодни излаз спајањем основног пина транзистора 6 његовог фото-транзистора са земљом и задржавањем емитора неповезаним или кратким спојем помоћу пин6 .
Ова конфигурација узрокује значајно повећање времена пораста улазног сигнала, али такође резултира драстичним смањењем вредности ЦТР-а на 0,2%.
Оптоцоуплер дигитални интерфејс
Оптопарници могу бити изврсни када је у питању повезивање дигиталних сигнала, који раде на различитим нивоима напајања.
Оптопулери се могу користити за повезивање дигиталних ИЦ-а кроз идентичне ТТЛ, ЕЦЛ или ЦМОС породице, а такође и између ових породица чипова.
Оптокаплери су такође омиљени када је у питању повезивање личних рачунара или микроконтролера са другим рачунаром на главном рачунару или оптерећења попут мотора, релеји , соленоид, лампе итд. Доњи дијаграм приказује дијаграм повезивања опто-спојнице са ТТЛ круговима.
Повезивање ТТЛ ИЦ са Оптоцоуплер-ом
Овде можемо видети да је ИРЕД оптичког склопника повезан преко + 5В и излаза ТТЛ гејта, уместо на уобичајени начин који је између ТТЛ излаза и земље.
То је зато што су ТТЛ гејтови оцењени да производе врло ниске излазне струје (око 400 уА), али су одређени за понирање струје са прилично великом брзином (16 мА). Стога горња веза омогућава оптималну струју активације за ИРЕД кад год је ТТЛ низак. Међутим, то такође значи да ће излазни одговор бити обрнут.
Још један недостатак који постоји код излаза ТТЛ гејта је тај што, када је његов излаз ВИСОК или логички 1, може произвести ниво од око 2,5 В, што можда неће бити довољно за потпуно ИСКЉУЧЕЊЕ ИРЕД-а. Мора бити најмање 4,5 В или 5 В да би се омогућило потпуно ИСКЉУЧЕЊЕ ИРЕД-а.
Да би се исправио овај проблем, укључен је Р3 који осигурава да се ИРЕД потпуно искључи кад год се излаз ТТЛ капије претвори у ВИСОК, чак и са напоном од 2,5 В.
Излазни пин колектора оптопарника се види повезан је између улаза и земље ТТЛ ИЦ. Ово је важно јер улаз ТТЛ гејта мора бити адекватно уземљен најмање испод 0,8 В на 1,6 мА да би се омогућила тачна логика 0 на излазу гејта. Мора се напоменути да подешавање приказано на горњој слици омогућава неинвертујући одговор на излазу.
Повезивање ЦМОС ИЦ са Оптоцоуплер-ом
За разлику од ТТЛ-а, ЦМОС ИЦ излази имају могућност да без проблема генеришу и потоне довољне јачине струје до многих мАс.
Због тога се ове ИЦ могу лако повезати са оптичким спрежником ИРЕД било у режиму судопера или у изворном режиму, као што је приказано доле.
Без обзира која је конфигурација изабрана на улазној страни, Р2 на излазној страни мора бити довољно велика да омогући пуни помак излазног напона између стања логике 0 и 1 на излазу ЦМОС гејта.
Повезивање Ардуино микроконтролера и БЈТ са оптоцоуплером
Горња слика показује како повезати микроконтролер или Ардуино излазни сигнал (5 волти, 5 мА) са релативно великим струјним оптерећењем кроз оптички спрежник и БЈТ степени.
Са ВИСОКО + 5В логиком из Ардуина, оптички спрежник ИРЕД и фототранзистор остају искључени, а ово омогућава К1, К2 и мотору оптерећења да остану УКЉУЧЕНИ.
Сада, чим падне Ардуино излаз, оптички спрежник ИРЕД се активира и УКЉУЧУЈЕ фототрансистор. Ово тренутно утемељује основну пристраност К1, искључујући К1, К2 и мотор.
Повезивање аналогних сигнала са оптопарником
Оптички спрежник се такође може ефикасно користити за повезивање аналогних сигнала у две фазе кола одређивањем граничне струје кроз ИРЕД и накнадном модулацијом са примењеним аналогним сигналом.
Следећа слика показује како се ова техника може применити за спајање аналогног аудио сигнала.
Оп амп ИЦ2 је конфигурисан као склоп сљедника напона са јединицом појачања. ИРЕД оптичке спојнице може се видети постављен на петљу негативне повратне спреге.
Ова петља доводи до тога да напон на Р3 (а самим тим и струја кроз ИРЕД) тачно прати или прати напон који се примењује на пин # 3 оперативног појачала, који је неинвертујући улазни пин.
Овај пин3 опционог појачала постављен је на половину напона напајања преко Р1, Р2 мреже разделника потенцијала. Ово омогућава модулисање пин3 модула наизменичном струјом која може бити аудио сигнал и доводи до тога да се ИРЕД осветљење разликује према овом аудио или модулирајућем аналогном сигналу.
Струја мировања или повлачење струје празног хода за ИРЕД струју постиже се на 1 до 2 мА преко Р3.
На излазној страни оптопарника, фототрансистор одређује струју мировања. Ова струја развија напон на потенциометру Р4 чију вредност треба прилагодити тако да генерише мирни излаз који је такође једнак половини напона напајања.
Еквивалент аудио сигнала модулираног праћењем екстрахује се преко потенциометра Р4 и раздваја кроз Ц2 за даљу обраду.
Повезивање тријака са оптоцоуплером
Оптопарници се могу идеално користити за стварање савршено изоловане спреге преко управљачког круга са ниском једносмерном струјом и круга за управљање тријаком са високом наизменичном струјом.
Препоручује се да уземљена страна ДЦ улаза буде повезана са одговарајућом линијом уземљења.
Комплетну поставку можете погледати на следећем дијаграму:
Горњи дизајн се може користити за изолован управљање главним АЦ лампама , грејачи, мотори и друга слична оптерећења. Овај круг није постављен под надзором преласка нуле, што значи да ће улазни окидач изазвати пребацивање триака у било којој тачки таласног облика наизменичне струје.
Овде мрежа коју чине Р2, Д1, Д2 и Ц1 креирају разлику потенцијала од 10 В изведену из улаза наизменичне струје. Овај напон се користи за покретање тријака до К1 кад год је улазна страна УКЉУЧЕНА затварањем прекидача С1. Значи све док је С1 отворен, оптички спрежник је искључен због нулте основне пристраности за К1, због чега је тријак искључен.
Чим се С1 затвори, он активира ИРЕД, који укључује К1. К1 накнадно повезује 10 В једносмерне струје са капијом тријака који укључује тријак, а на крају укључује и прикључено оптерећење.
Следећи круг горе је дизајниран са силицијум монолитним прекидачем нула напона, ЦА3059 / ЦА3079. Овај круг омогућава тријаку да се синхроно покреће, то је само током прелаз нултог напона таласног облика циклуса наизменичне струје.
Када се притисне С1, опамп реагује на њега само ако је циклус наизменичног наизменичног напона близу неколико мВ близу линије укрштања нуле. Ако је улазни окидач направљен док АЦ није близу линије преласка нуле, тада опционо појачало чека док таласни облик не достигне прелаз нуле и тек тада покреће триак преко позитивне логике са свог пин4.
Ова функција пребацивања нултог прелаза штити повезане од изненадних огромних струјних удара и скокова, јер се УКЉУЧИВАЊЕ врши на нивоу преласка нуле, а не када је наизменична струја на вишим врховима.
Ово такође елиминише непотребну РФ буку и сметње у далеководу. Овај прекидач за укрштање нуле на основу оптичког спрежника на триаку може се ефикасно користити за израду ССР-а или солид стате релеји .
Примена ПхотоСЦР и ПхотоТриацс Оптоцоуплер
Оптопаплери који имају свој фотодетектор у облику пхотоСЦР и фото-Триац-излаза углавном су оцењени нижом излазном струјом.
Међутим, за разлику од других оптичких спрежника, оптоТриац или оптоСЦР имају прилично висок капацитет руковања пренапонском струјом (импулсни) који може бити много већи од њихових номиналних ефективних вредности.
За СЦР оптичке спреге спецификација пренапонске струје може бити и до 5 ампера, али то може бити у облику ширине импулса од 100 микросекунди и радног циклуса не више од 1%.
Са тријачним оптичким спрежницима спецификација пренапона може бити 1,2 ампера, што мора трајати само 10 микросекундних импулса са максималним радним циклусом од 10%.
Следеће слике приказују неколико апликационих кола помоћу тријачних оптичких спрежника.
На првом дијаграму се види пхотоТриац конфигурисан да активира лампу директно са АЦ линије. Овде сијалица мора имати називну вредност мању од 100 мА ефективне ефективне вредности и максимални однос пужне струје нижи од 1,2 ампера за безбедан рад оптопарника.
Други дизајн показује како се оптички спрежник пхотоТриац може конфигурисати за активирање славе Триац-а и накнадно активирање оптерећења према било којој жељеној оцени снаге. Овај круг се препоручује да се користи само са отпорним оптерећењима као што су жаруље са жарном нити или елементи грејача.
Трећа слика изнад илуструје како се могу модификовати горња два кола руковање индуктивним оптерећењима попут мотора. Коло се састоји од Р2, Ц1 и Р3 који генеришу померање фаза на мрежи погонских врата Триаца.
То омогућава тријаку да прође кроз исправну акцију окидања. Отпорници Р4 и Ц2 уведени су као снубер мрежа за сузбијање и контролу пренапонских скокова због индуктивних ЕМФ-а.
У свим горе наведеним применама, Р1 мора бити димензионисан тако да се ИРЕД напаја напоном струјом од најмање 20 мА за правилно покретање тријачног фотодетектора.
Апликација бројач брзине или РПМ детектор
Горње слике објашњавају неколико јединствених прилагођених модула оптичких спрежника који се могу користити за примене бројача брзине или броја обртаја.
Први концепт приказује прилагођени склоп спојнице-прекидача са прорезима. Видимо да је прорез у облику ваздушног зазора постављен између ИРЕД-а и фототранзистора, који су постављени на одвојене кутије окренуте једни према другима преко прореза за ваздушни отвор.
Инфрацрвени сигнал обично може проћи кроз утор без блокаде док је модул напајан. Знамо да инфрацрвени сигнали могу бити потпуно блокирани постављањем непрозирног објекта на његову путању. У разматраној примени када је запрека попут жбица точкова дозвољена да се помера кроз утор, долази до прекида у пролазу ИР сигнала.
Они се накнадно претварају у тактну фреквенцију преко излаза терминала фототрансистора. Ова излазна тактна фреквенција варираће у зависности од брзине точка, и може се обрадити за потребна мерења. .
Наведени утор може имати ширину од 3 мм (0,12 инча). Фото-транзистор који се користи у модулу има фото-транзистор треба да буде наведен са минималним ЦТР од око 10% у „отвореном“ стању.
Модул је заправо реплика а стандардни оптички спрежник Имајући уграђени ИР и фототранзистор, једина разлика је у томе што су овде дискретно састављени у засебне кутије са прорезом за ваздушни пролаз који их раздваја.
Први горњи модул може се користити за мерење обртаја или попут бројача обртаја. Сваки пут када језичак точкића пређе утор оптичког склопника, фототранзистор се ИСКЉУЧИ генеришући један број.
Приложени други дизајн приказује оптички спрежник дизајниран да реагује на рефлектоване ИЦ сигнале.
ИРЕД и фототранзистор су инсталирани у одвојеним одељцима у модулу тако да обично не могу да се 'виде'. Међутим, два уређаја су монтирана на такав начин да оба деле заједнички угао фокусне тачке удаљен 5 мм (0,2 инча).
Ово омогућава модулу прекидача да детектује објекте у близини који се крећу и који се не могу уметнути у танки утор. Овај тип рефлекторског опто модула може се користити за бројање проласка великих предмета преко транспортних трака или предмета који клизе низ доводну цев.
На другој слици изнад можемо видети да се модул примењује као бројач обртаја који детектује рефлектоване ИЦ сигнале између ИРЕД-а и фототранзистора кроз зрцалне рефлекторе постављене на супротној површини ротирајућег диска.
Раздаљина између модула оптичког спрежника и обртног диска једнака је жижној даљини од 5 мм у пару детектора емитора.
Рефлектирајуће површине на точку могу се направити металном бојом или траком или стаклом. За ове прилагођене дискретне оптичке спрежнике се такође може ефикасно применити бројање брзина вратила мотора , и броја обртаја вратила мотора или ротације у минути итд. Горе објашњени концепт Фото прекидача и фоторефлектора може се изградити помоћу било ког оптичког детекторског уређаја као што су фотодарлингтон, пхотоСЦР и пхотоТриац уређаји, према спецификацијама конфигурације излазног круга.
Аларм за упадање врата / прозора
Горе објашњени модул оптичког изолатора може такође бити ефикасан као аларм за упадање врата или прозора, што је приказано доле:
Ово коло је ефикасније и лакше се инсталира од уобичајеног алармни сигнал за упад магнетног рееда .
Овде круг користи ИЦ 555 тајмере као тајмер за један метак за оглашавање аларма.
Прорез за ваздушни отвор оптоизолатора блокиран је помоћу полуге, која је такође интегрисана у прозор или врата.
У случају отварања врата или отварања прозора, блокада у утору се уклања, а ЛЕД ИР долази до фототранзистора и активира један снимак моностабилна степеница ИЦ 555 .
ИЦ 555 тренутно активира упозорење пиезо зујалом у вези са упадом.
Претходно: ЛДР склопови и принцип рада Следеће: Круг за упозоравање од леда за аутомобиле
