"광 방출기 - 광 수신기"쌍은 전자 및 전기 공학에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 수신기와 송신기가 동일한 하우징에 있고 그들 사이에 광학 링크가 있는 전자 부품을 광 커플러 또는 광 커플러라고 합니다.
광 커플러 장치
광 커플러는 광 송신기(이미터), 광 채널 및 광 신호 수신기로 구성됩니다. 광전송기는 전기 신호를 광학 신호로 변환합니다. 대부분의 경우 송신기는 LED입니다(이전 모델은 백열등 또는 네온 전구를 사용했습니다). LED의 사용은 원칙적이지 않지만 더 내구성이 있고 신뢰할 수 있습니다.
광 신호는 광 채널을 통해 수신기로 전송됩니다. 채널은 닫혀 있습니다. 송신기에서 방출되는 빛이 옵토커플러 본체를 벗어나지 않을 때입니다. 그런 다음 수신기에서 생성된 신호는 송신기 입력의 신호와 동기화됩니다.이러한 채널은 공기이거나 특수 광학 화합물로 채워져 있습니다. "긴" 광커플러도 있습니다. 광섬유.
광커플러가 생성된 방사선이 수신기에 도달하기 전에 하우징을 떠나는 방식으로 설계된 경우 이러한 채널을 개방이라고 합니다. 그것으로 광선의 경로에 발생하는 장애물을 등록할 수 있습니다.
광검출기는 광학 신호를 전기 신호로 역변환합니다. 가장 일반적으로 사용되는 수신기는 다음과 같습니다.
- 포토다이오드. 일반적으로 디지털 통신 회선에 사용됩니다. 그들의 혈통은 작습니다.
- 포토레지스터. 그들의 특징은 수신기의 양방향 전도도입니다. 저항을 통과하는 전류는 어느 방향으로든 갈 수 있습니다.
- 광 트랜지스터. 이러한 장치의 특징은 광전송기와 출력 회로를 통해 트랜지스터 전류를 제어하는 기능입니다. 선형 및 디지털 모드에서 모두 사용됩니다. 병렬 대향 전계 효과 트랜지스터가 있는 별도의 유형의 광 커플러. 이러한 장치를 솔리드 스테이트 릴레이.
- 광사이리스터. 이러한 광 커플러는 출력 회로의 전력 증가와 스위칭 속도가 특징이며 이러한 장치는 전력 전자 장치의 요소를 제어하는 데 편리하게 사용됩니다. 이러한 장치는 솔리드 스테이트 릴레이로도 분류됩니다.
광커플러 초소형 회로는 하나의 패키지에 스트래핑이 있는 광커플러 어셈블리가 널리 보급되었습니다. 이러한 광 커플러는 스위칭 장치 및 기타 용도로 사용됩니다.
장점과 단점
광학 기기의 첫 번째 장점은 기계 부품이 없다는 것입니다.이것은 작동 중에 전기 기계 릴레이에서와 같이 마찰, 마모, 접점 스파크가 없음을 의미합니다. 신호의 갈바닉 절연을 위한 다른 장치(변압기 등)와 달리 광커플러는 직류를 포함한 매우 낮은 주파수에서 작동할 수 있습니다.
또한 광학 절연의 장점은 입력과 출력 간의 정전 용량 및 유도 결합이 매우 낮다는 것입니다. 이로 인해 임펄스 및 고주파 간섭의 전송 확률이 감소합니다. 입력과 출력 사이에 기계적 및 전기적 연결이 없기 때문에 비접촉 제어 및 스위칭 회로 생성을 위한 다양한 기술 솔루션의 가능성을 제공합니다.
입력 및 출력에 대한 전압 및 전류 측면에서 실제 설계의 한계에도 불구하고 이론상 이러한 특성을 높이는 데 근본적인 장애물은 없습니다. 이를 통해 거의 모든 작업에 대해 옵토커플러를 생성할 수 있습니다.
광커플러의 단점은 단방향 신호 전송을 포함합니다. 광검출기에서 송신기로 광 신호를 다시 전송하는 것은 불가능합니다. 이것은 송신기 신호에 대한 수신 회로의 응답에 따라 피드백을 구성하는 것을 어렵게 만듭니다.
수신 부분의 반응은 송신기의 방사를 변경하는 것뿐만 아니라 채널 상태(타사 물체의 모양, 채널 매체의 광학 특성 변경 등)에 영향을 주어 영향을 받을 수 있습니다. 그러한 충격은 또한 비전기적 성질을 가질 수 있습니다. 이것은 옵토커플러 사용 가능성을 확장합니다. 또한 외부 전자기장에 대한 둔감함을 통해 노이즈 내성이 높은 데이터 전송 채널을 생성할 수 있습니다.
광커플러의 주요 단점은 이중 신호 변환 중 신호 손실과 관련된 낮은 에너지 효율입니다. 또한 단점은 높은 고유 소음 수준입니다. 이것은 옵토커플러의 감도를 감소시키고 약한 신호에 대한 작업이 필요한 애플리케이션 범위를 제한합니다.
광커플러를 사용할 때 매개변수에 대한 온도의 영향도 고려해야 합니다. 이는 중요합니다. 또한, 광 커플러의 단점은 작동 중 요소의 눈에 띄는 열화 및 하나의 패키지에 다양한 반도체 재료를 사용하는 것과 관련된 생산 기술의 특정 부족을 포함합니다.
광커플러의 특성
광커플러 매개변수는 두 가지 범주로 나뉩니다.
- 신호를 전송하기 위해 장치의 특성을 특성화하는 단계;
- 입력과 출력 사이의 분리를 특성화합니다.
첫 번째 범주는 현재 전달 계수입니다. 이는 LED의 방사율, 수신기의 감도 및 광 채널의 속성에 따라 다릅니다. 이 계수는 입력 전류에 대한 출력 전류의 비율과 동일하며 대부분의 광커플러 유형에 대해 0.005 ... 0.2입니다. 트랜지스터 요소의 경우 전달 계수는 1에 도달할 수 있습니다.
광 커플러를 4 극으로 간주하면 입력 특성은 광 이미 터 (LED)의 CVC와 출력 - 수신기의 특성에 의해 완전히 결정됩니다. 통과 특성은 일반적으로 비선형이지만 일부 유형의 광 커플러에는 선형 단면이 있습니다. 따라서 다이오드 옵토커플러의 CVC 중 일부는 선형성이 좋지만 이 부분은 그리 크지 않습니다.
저항 요소는 또한 내광 저항에 대한 암 저항(입력 전류가 0인 경우)의 비율로 평가됩니다. 사이리스터 광커플러의 경우 중요한 특성은 개방 상태에서 최소 유지 전류입니다. 광커플러의 중요한 매개변수에는 가장 높은 작동 주파수도 포함됩니다.
갈바닉 절연의 품질은 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 입력 및 출력에 적용되는 최대 전압;
- 입력과 출력 사이의 최대 전압;
- 입력과 출력 사이의 절연 저항;
- 통과 능력.
마지막 매개변수는 전극 사이의 커패시턴스를 통해 광 채널을 우회하여 입력에서 출력으로 누출되는 전기 고주파 신호의 능력을 특성화합니다.
입력 회로의 기능을 결정할 수 있는 매개변수가 있습니다.
- 입력 단자에 인가할 수 있는 최고 전압;
- LED가 견딜 수 있는 최대 전류;
- 정격 전류에서 LED 양단의 전압 강하;
- 역 입력 전압 - LED가 견딜 수 있는 역 극성 전압.
출력 회로의 경우 이러한 특성은 최대 허용 출력 전류 및 전압이 될 뿐만 아니라 입력 전류가 0일 때 누설 전류가 됩니다.
광커플러의 범위
폐쇄 채널이 있는 광커플러는 어떤 이유로(전기 안전 등) 신호 소스와 수신 측 사이에 디커플링이 필요한 경우에 사용됩니다. 예를 들어 피드백 루프에서 스위칭 전원 공급 장치 - 신호는 PSU 출력에서 가져와 방사 요소에 공급되며 밝기는 전압 레벨에 따라 다릅니다.출력 전압에 따른 신호는 수신기에서 가져와 PWM 컨트롤러에 공급됩니다.
두 개의 광 커플러가 있는 컴퓨터 전원 공급 장치 회로의 조각이 그림에 나와 있습니다. 상단 광커플러 IC2는 전압을 안정화하는 피드백을 생성합니다. 하단 IC3은 이산 모드에서 작동하고 대기 전압이 존재할 때 PWM 칩에 전원을 공급합니다.
소스와 수신기 사이의 갈바닉 절연은 일부 표준 전기 인터페이스에서도 필요합니다.
열린 채널이 있는 장치는 물체(프린터에 종이가 있음), 리미트 스위치, 카운터(컨베이어에 있는 물체, 마우스 조작기의 톱니 수) 등을 감지하기 위한 센서를 만드는 데 사용됩니다.
솔리드 스테이트 릴레이는 신호 전환을 위해 기존 릴레이와 동일한 위치에 사용됩니다. 그러나 개방 상태에서 채널의 높은 저항으로 인해 전파가 방해받습니다. 또한 전력 고체 전자 장치(강력한 전계 효과 또는 IGBT 트랜지스터) 요소의 드라이버로 사용됩니다.
광 커플러는 반세기 전에 개발되었지만 LED가 저렴하고 저렴해지면서 널리 사용되기 시작했습니다. 이제 옵토커플러의 모든 새로운 모델이 개발되고 있으며(대부분의 경우 이를 기반으로 하는 미세 회로) 그 범위가 확장되고 있습니다.
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