på 2024/08/28 342

Fotokopplare, opto-kopplare och opto-isolatorer förklarade

I elektronikvärlden är det verkligen viktigt att se till att signaler kan röra sig smidigt och säkert från en krets till en annan, särskilt när dessa kretsar arbetar med olika spänningsnivåer eller påverkas av elektriskt brus.Fotokopplare, som också kallas optokopplare eller opto-isolatorer, hjälper till att få detta att hända.Dessa små enheter använder ljus för att skicka signaler mellan kretsar medan de håller dem åtskilda, vilket hjälper till att skydda känsliga delar från skador.I den här artikeln undersöker vi hur fotokopplare fungerar, där de används och varför de är så användbara inom elektronik idag.

Katalog

Bild 1: Fotokopplingskomponent

Förstå fotokopplare

Fotokopplare, även kallade optokopplare eller optoisolatorer, är enheter som tillåter signaler att passera från en elektrisk krets till en annan medan de håller dem åtskilda från varandra.Det huvudsakliga jobbet för en fotokopplare är att se till att signaler från en krets inte stör en annan, särskilt när kretsarna har olika spänningsnivåer eller när en krets kan ha elektriskt brus.Denna separering görs med hjälp av ljus, så att signalen kan överföras utan en direkt elektrisk anslutning.

Bild 2: Tvärsnittsvy och symbol för en fotokopplare

Delar av en fotokopplare

En fotokopplare har två huvuddelar:

Ljusemitterande diod (LED): Den första delen är lysdioden, som är på ingångssidan.Denna LED tar den elektriska signalen och förvandlar den till ljus, vanligtvis i det infraröda området.Infrarött ljus används ofta eftersom det fungerar bra för detta ändamål och är lätt för nästa del att upptäcka.

Fotodetektor: Den andra delen är fotodetektorn, som är på utgångssidan.Fotodetektorn tar emot ljuset från lysdioden och förvandlar det tillbaka till en elektrisk signal.Fotodetektorn kan vara olika typer av enheter, som en fototransistor, fotodiod eller fotodarlington.Den typ av fotodetektor som används påverkar hur snabbt signalen bearbetas, hur känslig den är och hur stark utgångssignalen kommer att bli.

Både LED och fotodetektor finns i ett paket, som vanligtvis ser ut som en liten integrerad krets (IC).LED och fotodetektorn är fysiskt separerade, vilket är mycket viktigt eftersom det säkerställer att ingångs- och utgångskretsarna inte är direkt anslutna.Denna separering håller kretsarna säkra från elektriska problem som högspänning eller brus som kan skada känsliga delar.

Hur fungerar fotokopplare?

En fotokopplare är en enhet som låter en signal flytta mellan två separata kretsar samtidigt som de håller dem elektriskt bortsett från varandra.Denna separering är till stor hjälp för att skydda känsliga, lågspänningsdelar från högspänningspikar och elektriska störningar.Processen startar när en spänning appliceras på ingångskretsen, som driver en LED (ljusemitterande diod) inuti fotokopplaren.Denna LED tänds, vanligtvis avger infrarött ljus, vilket är mindre troligt att störas av påverkan utanför.Ljuset reser sedan över en isolerande barriär för att nå fotodetektorn på utgångssidan.Fotodetektorn, som kan vara en fotodiode, fototransistor eller fototyristor, fångar detta ljus och ändrar tillbaka den till en elektrisk signal.Denna nya elektriska signal skickas sedan till utgångskretsen.

De isoleringsskikt Mellan lysdioden och fotodetektorn är det som håller ingångs- och utgångskretsarna isär.Denna separering hjälper till att skydda lågspänningsdelarna från att skadas av högspänningsspikar eller elektriskt brus.Ljuset som passerar genom det isolerande skiktet gör att signalen kan röra sig från ena sidan till den andra utan någon fysisk eller elektrisk kontakt, vilket gör det säkert för kretsarna att kommunicera med varandra.

När fotodetektorn tar emot ljuset från lysdioden omvandlar den ljuset tillbaka till en elektrisk signal.Denna utgångssignal är elektroniskt densamma som insignalen, men den kan förstärkas eller justeras, beroende på vad den behövs för.Signalen används sedan av utgångskretsen för att utföra den nödvändiga uppgiften.

Applikationer av fotokopplare

Fotokopplare används ofta i olika elektroniska enheter eftersom de ger både isolering och tydlig signalöverföring.

Vid säkerhetsskydd fungerar fotokopplare som en barriär mellan högspännings- och lågspänningskretsar.Denna isolering hindrar högspänningsövningar från att skada känsliga delar, vilket är mycket användbart i inställningar där kraftspikar är vanliga.

När det gäller att minska bruset är fotokopplare oerhört användbara.De hjälper till att minimera effekterna av elektrisk interferens, se till att signalen som skickas förblir tydlig och stadig.

I gränssnittskretsar gör fotokopplare det möjligt för olika delar av ett system som arbetar på olika spänningsnivåer för att kommunicera säkert.Genom att använda en fotokopplare kan du ansluta kretsar utan risk för skador från spänningsskillnader.

Fotokopplare är också en viktig del av att byta strömförsörjning.I dessa applikationer håller de kontrolldelarna åtskilda från högspänningsutgångarna, vilket säkerställer att styrsignalerna förblir stabila och pålitliga även i tuffa elektriska förhållanden.

Opto-kopplare och opto-isolatorpaket

Bild 3: Opto-copper och opto-isolatorpaket

Fotokopplare, även kända som opto-kopplare eller opto-isolatorer, är elektroniska delar som använder ljus för att skicka elektriska signaler mellan två kretsar som måste hållas separata.Denna separering hjälper till att förhindra höga spänningar från att skada kretsen som får signalen.Utformningen och förpackningen av dessa delar ändras beroende på om de används i lågspänning eller högspänningssituationer.

Lågspänningsapplikationer: I lågspänningsinställningar finns opto-kopplare vanligtvis i paket som ser ut som standard med dubbla i linje (DIL) integrerade kretsar (ICS) eller Small Outline Integrated Circuit (SOIC) -paket.Dessa format används ofta i Surface Mount Technology (SMT), vilket gör dem lätta att passa in i moderna, kompakta elektroniska mönster.Förpackningen gör att delen enkelt kan inkluderas i tryckta kretskort (PCB) medan de fortfarande håller olika delar av en krets separata.

Högspänningsapplikationer: För högspänningssituationer är optoisolatorer ofta utformade med starkare förpackningar för att hantera högre isoleringsspänningar.Dessa paket kan vara rektangulära eller cylindriska och är gjorda för att ge mer skydd än standard IC -paket.Denna funktion är användbar i kraftsystem eller andra inställningar där spänningsskillnaden mellan kretsar kan vara stor, vilket kräver extra säkerhetsåtgärder.

Fotokopplare terminologi och symboler

Bild 4: Kretsdiagramsymbol för en fotokopplare

Medan "opto-coopper" och "opto-isolator" ofta används för att betyda samma sak, finns det små skillnader mellan dem baserat på hur de används:

Opto-kopp hänvisar vanligtvis till delar som används i system där spänningsskillnaden mellan kretsar inte går över 5 000 volt.Dessa delar används ofta för att skicka analoga eller digitala signaler över separata kretsar i olika elektroniska inställningar.

Optoisolatorer är speciellt gjorda för användning i högeffektiva system där spänningsskillnaden kan vara mer än 5 000 volt.Det huvudsakliga jobbet är liknande - att skicka signaler samtidigt som man håller elektrisk separering - men dessa delar är gjorda för att hantera de mer krävande elektriska inställningarna som finns i kraftdistribution och industriella system.

I kretsdiagram visar symbolen för en opto-kopplare vanligtvis en LED (som fungerar som sändaren) på ena sidan och en fototransistor eller fotodarlington (som fungerar som mottagaren) på den andra.Denna symbol visar hur delen fungerar på insidan och visar hur ljus används för att skapa en elektrisk länk mellan de separata kretsarna.LED ger ljus när strömmen flyter genom det, som sedan plockas upp av fototransistorn, vilket gör att signalen kan passera medan kretsarna håller kretsarna elektriskt separata.

Nyckelspecifikationer för fotokopplare

Bild 5: Fotokopplare Input-Output Timing och Collector-Emitter Spänningsegenskaper

När du väljer en fotokopplare är det bra att förstå dess viktigaste funktioner för att se till att det passar dina behov.

Nuvarande överföringsgrad (CTR): Detta är förhållandet mellan utgångsström och inmatningsström.I enklare termer visar det hur mycket ström på ingångssidan som överförs till utgångssidan.CTR -värden kan variera mycket, från 10% till över 5 000%, beroende på typen av fotokopplare.En högre CTR innebär att enheten är mer effektiv när det gäller att passera signalen från ingång till utgång, vilket är viktigt för applikationer där exakt signalkontroll behövs.

Bandbredd: Den här funktionen berättar den maximala hastigheten vid vilken fotokopplaren kan hantera data.Fototransistorbaserade fotokopplare har vanligtvis en bandbredd på cirka 250 kHz, vilket gör dem lämpliga för många vanliga användningar.Men om du behöver något snabbare, var medveten om att fotodarlingtonbaserade fotokopplare kan vara långsammare på grund av deras design, vilket påverkar hur snabbt de svarar.

Inmatningsström: Detta hänvisar till mängden ström som behövs för att driva lysdioden på ingångssidan av fotokopplaren.Ingångsströmmen är en viktig faktor eftersom den påverkar hur mycket kraft enheten använder och hur bra den fungerar med de andra delarna av din krets.

Utgångsenhetens maximala spänning: För transistorbaserade fotokopplare är detta den högsta spänningen som utgångstransistorn kan hantera.Det är viktigt att se till att denna spänningsgrad är högre än den maximala spänningen som din applikation kommer att använda för att undvika att skada enheten.

Skillnader mellan fotokopplare och reläer för fast tillstånd

Bild 6: Fotokopplare och stel från fast tillstånd

Fotokopplare och Solid-State Relays (SSRS) Båda använder ljus för att isolera signaler, men de används på olika sätt baserat på deras design.

Fotokopplare används vanligtvis i situationer med låg effekt där huvudmålet är att överföra och isolera signaler.De är idealiska för att skydda känsliga elektroniska delar från högspänningsspikar eller brus, och se till att signalen passeras rent från en del av kretsen till en annan.

Solid-state-reläer (SSR) är å andra sidan utformade för att byta högre effektnivåer.Till skillnad från fotokopplare har SSR: er ofta extra delar som överspänningsskydd och nollkorsningsomkoppling (för AC-signaler), vilket hjälper till att minska elektriskt brus och gör att reläet håller längre.SSR: er är vanligtvis större, och eftersom de hanterar högre strömmar behöver de ofta kylflänsar för att hantera värme- och skruvterminaler för säkra anslutningar.

Slutsats

Fotokopplare hjälper till att hålla kretsar säkra och arbeta bra genom att låta signaler passera medan kretsarna håller sig åtskilda.De skyddar lågspänningskretsar från högspänningsspikar och minskar elektriskt brus, vilket gör dem till stor hjälp i många elektroniska enheter.Oavsett om de är vana att helt enkelt passera signaler mellan kretsar eller i mer komplexa kraftsystem, att välja rätt fotokopplare-oavsett om det är en standard opto-kopplare eller en starkare optoisolator-kan göra en stor skillnad i hur väl ett elektroniskt system fungerar.När tekniken fortsätter att utvecklas kommer dessa enheter att fortsätta att vara mycket hjälpsamma och fungerar som skyddare av våra elektroniska enheter.

Vanliga frågor [FAQ]

1. Vad är tillämpningen av en opto-isolator?

Tillämpningen av en opto-isolator är att hålla olika delar av en krets separat samtidigt som signaler kan passera mellan dem.Detta hjälper till att skydda känsliga delar av en krets från högspänningspikar eller elektriskt brus.Opto-isolatorer används ofta i kraftförsörjning, mikrokontrollgränssnitt och industriella kontrollsystem för att förhindra skador på lågspänningskomponenter.

2. När ska du använda en opto-isolator?

Du bör använda en opto-isolator när du behöver skydda lågspänningsdelar i en krets från högspänningsvågor eller elektriskt brus.Det är också användbart när olika delar av ditt system måste arbeta tillsammans utan att vara direkt anslutna.Detta är användbart när kretsar har olika marknivåer eller när de behöver hålla sig elektriskt separata av säkerhetsskäl.

3. Vad är det primära syftet med en optokopplare?

Det primära syftet med en optokopplare är att låta signaler passera mellan två separata kretsar med hjälp av ljus, samtidigt som kretsarna är elektriskt isär.Detta förhindrar högspänningskretsar från att påverka lågspänningskretsar, vilket hjälper till att skydda känsliga delar från att skadas.

4. Varför skulle du använda en optokopplare istället för ett relä?

Du skulle använda en optokopplare istället för ett relä när du behöver snabbare växling, en längre livslängd och tystare drift.Till skillnad från reläer har optokopplare inte rörliga delar, så att de kan byta snabbare och hålla längre.De tar också mindre plats och ger bättre elektrisk isolering.

5. Vilka är nackdelarna med optokopplare?

Nackdelarna med optokopplare inkluderar deras begränsade förmåga att hantera hög ström och spänning jämfört med reläer.Vissa optokopplare, särskilt de med fototransistorer, kan vara långsammare att svara.De kan också slitna över tiden eftersom lysdioden försämras.Optokopplare kanske inte är det bästa valet för att kontrollera mycket hög effekt, där reläer eller solid-tillstånd-reläer skulle fungera bättre.