जोड़ी "ऑप्टिकल ट्रांसमीटर - ऑप्टिकल रिसीवर" लंबे समय से इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है। एक इलेक्ट्रॉनिक घटक जिसमें रिसीवर और ट्रांसमीटर एक ही बाड़े में स्थित होते हैं और उनके बीच ऑप्टिकल संचार होता है, ऑप्टोकॉप्लर या ऑप्टोकॉप्लर कहलाता है।
अंतर्वस्तु
ऑप्ट्रॉन डिजाइन
ऑप्ट्रोन में एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर (एमिटर), एक ऑप्टिकल चैनल और एक ऑप्टिकल रिसीवर होता है। फोटोट्रांसमीटर एक विद्युत संकेत को एक ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित करता है। ज्यादातर मामलों में ट्रांसमीटर एक एलईडी है (शुरुआती मॉडल गरमागरम या नियॉन बल्ब का इस्तेमाल करते थे)। एल ई डी का उपयोग सैद्धांतिक नहीं है, लेकिन वे अधिक टिकाऊ और विश्वसनीय हैं।
ऑप्टिकल सिग्नल एक ऑप्टिकल चैनल के माध्यम से रिसीवर को प्रेषित किया जाता है। चैनल बंद किया जा सकता है - जब ट्रांसमीटर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश ऑप्टोकॉप्लर के शरीर से बाहर नहीं जाता है। फिर रिसीवर द्वारा उत्पन्न सिग्नल ट्रांसमीटर के इनपुट पर सिग्नल के साथ सिंक्रोनाइज़ हो जाता है। इन चैनलों को हवा से भरा जा सकता है या एक विशेष ऑप्टिकल यौगिक से भरा जा सकता है। "लंबे" ऑप्टोकॉप्लर्स भी हैं जिनमें चैनल है फाइबर ऑप्टिक.
यदि ऑप्टोकॉप्लर को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि उत्पन्न विकिरण रिसीवर तक पहुंचने से पहले बाड़े को छोड़ देता है, तो इसे एक खुला चैनल कहा जाता है। इसका उपयोग प्रकाश किरण के मार्ग में बाधाओं का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।
फोटोडेटेक्टर ऑप्टिकल सिग्नल को वापस विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है। सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले रिसीवर हैं:
- फोटोडायोड्स। आमतौर पर डिजिटल संचार लाइनों में उपयोग किया जाता है। उनके पास एक छोटा रैखिक खंड है।
- फोटोरेसिस्टर्स। उनकी विशेषता रिसीवर की दो-तरफा चालकता है। रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान किसी भी दिशा में जा सकता है।
- फोटोट्रांसिस्टर्स। ऐसे उपकरणों की एक विशेषता ऑप्टो-ट्रांजिस्टर और आउटपुट सर्किट दोनों के माध्यम से ट्रांजिस्टर करंट को नियंत्रित करने की क्षमता है। उनका उपयोग रैखिक और डिजिटल दोनों मोड में किया जाता है। एक अलग प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स वे होते हैं जिनमें समानांतर में स्विच किए गए फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर होते हैं। इन उपकरणों को कहा जाता है सॉलिड स्टेट रिले.
- फोटोथायरिस्टर्स। इस तरह के ऑप्टोकॉप्लर्स को बढ़ी हुई आउटपुट पावर और स्विचिंग स्पीड की विशेषता होती है, ऐसे डिवाइस पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के तत्वों को नियंत्रित करने के लिए सुविधाजनक होते हैं। ये डिवाइस सॉलिड-स्टेट रिले की श्रेणी में भी आते हैं।
ऑप्टोकॉप्लर माइक्रोक्रिकिट्स - एक पैकेज में ऑप्टोकॉप्लर वायरिंग के साथ ऑप्टोकॉप्लर असेंबलियाँ - व्यापक हो गई हैं। ऐसे ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग स्विचिंग डिवाइस और अन्य उद्देश्यों के लिए किया जाता है।
फायदे और नुकसान
ऑप्टिकल उपकरणों में नोट किया गया पहला लाभ यांत्रिक भागों की अनुपस्थिति है। इसका मतलब यह है कि ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले की तरह कोई घर्षण, टूट-फूट, स्पार्किंग संपर्क नहीं होता है। सिग्नल गैल्वेनिक आइसोलेशन (ट्रांसफॉर्मर, आदि) के लिए अन्य उपकरणों के विपरीत, ऑप्टोकॉप्लर्स प्रत्यक्ष करंट सहित बहुत कम आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं।
इसके अलावा, ऑप्टिकल आइसोलेटर्स का लाभ इनपुट और आउटपुट के बीच बहुत कम कैपेसिटिव और इंडक्टिव कपलिंग है।यह नाड़ी के संचरण और उच्च आवृत्ति के हस्तक्षेप की संभावना को कम करता है। इनपुट और आउटपुट के बीच यांत्रिक और विद्युत युग्मन की अनुपस्थिति गैर-संपर्क नियंत्रण और स्विचिंग सर्किट बनाने के लिए विभिन्न प्रकार के तकनीकी समाधान प्रदान करती है।
हालांकि वास्तविक दुनिया के डिजाइन इनपुट और आउटपुट के लिए वोल्टेज और करंट में सीमित हैं, इन विशेषताओं को बढ़ाने के लिए कोई मौलिक सैद्धांतिक बाधाएं नहीं हैं। यह ऑप्टोकॉप्लर्स को लगभग किसी भी एप्लिकेशन के अनुरूप बनाने की अनुमति देता है।
ऑप्टोकॉप्लर्स के नुकसान में वन-वे सिग्नल ट्रांसमिशन शामिल है - आप फोटोडेटेक्टर से वापस ट्रांसमीटर तक ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिट नहीं कर सकते। इससे रिसीवर सर्किट की प्रतिक्रिया को ट्रांसमीटर सिग्नल से मिलाने के लिए फीडबैक लूप को व्यवस्थित करना मुश्किल हो जाता है।
प्राप्त करने वाले भाग की प्रतिक्रिया न केवल ट्रांसमीटर विकिरण को बदलने से प्रभावित हो सकती है, बल्कि चैनल की स्थिति (विदेशी वस्तुओं की उपस्थिति, चैनल माध्यम के ऑप्टिकल गुणों में परिवर्तन, आदि) को भी प्रभावित कर सकती है। ऐसा प्रभाव गैर-विद्युत प्रकृति का हो सकता है। यह ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग करने की संभावनाओं का विस्तार करता है। बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रति असंवेदनशीलता आपको उच्च शोर प्रतिरक्षा वाले डेटा चैनल बनाने की अनुमति देती है।
ऑप्ट्रोन के मुख्य नुकसान में सिग्नल के दोहरे रूपांतरण में सिग्नल के नुकसान से जुड़ी कम ऊर्जा दक्षता शामिल है। उच्च आंतरिक शोर स्तर भी एक नुकसान माना जाता है। यह ऑप्टोकॉप्लर्स की संवेदनशीलता को कम करता है और जहां कमजोर संकेतों की आवश्यकता होती है, वहां उनके आवेदन को सीमित करता है।
ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग करते समय उनके मापदंडों पर तापमान के प्रभाव पर विचार करना आवश्यक है - यह महत्वपूर्ण है।इसके अलावा, ऑप्टोकॉप्लर्स के नुकसान में ऑपरेशन के दौरान तत्वों का ध्यान देने योग्य गिरावट और एक पैकेज में विभिन्न अर्धचालक पदार्थों के उपयोग से जुड़े उत्पादन में प्रौद्योगिकी की एक निश्चित कमी शामिल है।
ऑप्टोकॉप्लर विशेषताएं
ऑप्टोकॉप्लर मापदंडों को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है:
- सिग्नल संचारित करने के लिए डिवाइस के गुणों की विशेषता;
- इनपुट और आउटपुट के बीच डिकूपिंग की विशेषता।
पहली श्रेणी वर्तमान स्थानांतरण गुणांक है। यह एलईडी की उत्सर्जकता, रिसीवर की संवेदनशीलता और ऑप्टिकल चैनल के गुणों पर निर्भर करता है। यह गुणांक आउटपुट करंट और इनपुट करंट के अनुपात के बराबर है और अधिकांश प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए 0.005 ... 0.2 है। ट्रांजिस्टर तत्वों में 1 तक का स्थानांतरण गुणांक होता है।
यदि हम ऑप्टोकॉप्लर को चौगुना मानते हैं, तो इसकी इनपुट विशेषता पूरी तरह से वोल्टमीटर (एलईडी) द्वारा निर्धारित की जाती है, और आउटपुट विशेषता रिसीवर विशेषता द्वारा निर्धारित की जाती है। आम तौर पर इनपुट विशेषता नॉनलाइनियर होती है, लेकिन कुछ प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स में रैखिक खंड होते हैं। उदाहरण के लिए, एक अच्छी रैखिकता में डायोड ऑप्टोकॉप्लर के WAV का एक हिस्सा होता है, लेकिन यह खंड बहुत बड़ा नहीं होता है।
प्रतिरोधी तत्वों का मूल्यांकन प्रकाश प्रतिरोध के लिए अंधेरे प्रतिरोध (शून्य के बराबर एक इनपुट वर्तमान पर) के अनुपात से भी किया जाता है। थाइरिस्टर ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता खुली अवस्था में न्यूनतम होल्डिंग करंट है। उच्चतम ऑपरेटिंग आवृत्ति भी ऑप्टोकॉप्लर की एक महत्वपूर्ण विशेषता है।
गैल्वेनिक अलगाव की गुणवत्ता की विशेषता है:
- इनपुट और आउटपुट पर लागू सबसे बड़ा वोल्टेज;
- इनपुट और आउटपुट के बीच सबसे बड़ा वोल्टेज;
- इनपुट और आउटपुट के बीच इन्सुलेशन प्रतिरोध;
- थ्रूपुट कैपेसिटेंस।
अंतिम पैरामीटर इलेक्ट्रोड के बीच समाई के माध्यम से, ऑप्टिकल चैनल को दरकिनार करते हुए, इनपुट से आउटपुट में लीक करने के लिए विद्युत उच्च-आवृत्ति संकेत की क्षमता की विशेषता है।
इनपुट सर्किट की क्षमताओं को निर्धारित करने के लिए पैरामीटर हैं:
- सबसे बड़ा वोल्टेज जिसे इनपुट लीड पर लागू किया जा सकता है;
- एलईडी संभाल सकता है सबसे बड़ा वर्तमान;
- रेटेड करंट पर एलईडी के पार वोल्टेज गिरता है;
- रिवर्स इनपुट वोल्टेज - रिवर्स पोलरिटी वोल्टेज जिसे एलईडी संभाल सकता है।
आउटपुट सर्किट के लिए, ये विशेषताएँ उच्चतम स्वीकार्य करंट और वोल्टेज आउटपुट और शून्य इनपुट करंट पर लीकेज करंट होंगी।
ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए आवेदन
एक बंद चैनल के साथ ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग किया जाता है जहां किसी कारण (विद्युत सुरक्षा, आदि) के लिए सिग्नल स्रोत और रिसीवर के बीच एक डिकूप्लिंग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फीडबैक सर्किट में बिजली की आपूर्ति स्विच करने के - सिग्नल पीएसयू के आउटपुट से लिया जाता है, जो उत्सर्जक तत्व को खिलाया जाता है, जिसकी चमक वोल्टेज स्तर पर निर्भर करती है। आउटपुट वोल्टेज के आधार पर एक सिग्नल रिसीवर से लिया जाता है और PWM कंट्रोलर को फीड किया जाता है।
दो ऑप्टोकॉप्लर्स के साथ एक कंप्यूटर पीएसयू का एक योजनाबद्ध चित्र में दिखाया गया है। ऊपरी ऑप्टोकॉप्लर IC2 एक वोल्टेज स्थिरीकरण प्रतिक्रिया बनाता है। निचला IC3 असतत मोड में संचालित होता है और स्टैंडबाय वोल्टेज मौजूद होने पर PWM IC को बिजली की आपूर्ति करता है।
कुछ मानक विद्युत इंटरफेस द्वारा स्रोत और रिसीवर के बीच गैल्वेनिक अलगाव भी आवश्यक है।
एक खुले चैनल वाले उपकरणों का उपयोग किसी भी वस्तु (प्रिंटर में कागज की उपस्थिति), सीमा स्विच, काउंटर (एक कन्वेयर बेल्ट पर ऑब्जेक्ट, माउस मैनिपुलेटर में गियर दांतों की संख्या) आदि का पता लगाने के लिए सेंसर बनाने के लिए किया जाता है।
सॉलिड स्टेट रिले का उपयोग पारंपरिक रिले की तरह ही किया जाता है - सिग्नल स्विच करने के लिए। लेकिन उनका प्रसार खुले राज्य में चैनल के उच्च प्रतिरोध से बाधित है। उनका उपयोग सॉलिड-स्टेट पावर इलेक्ट्रॉनिक्स (हाई-पावर फील्ड-इफेक्ट या आईजीबीटी ट्रांजिस्टर) के तत्वों के लिए ड्राइवर के रूप में भी किया जाता है।
ऑप्ट्रॉन को आधी सदी पहले विकसित किया गया था, लेकिन इसका व्यापक उपयोग एलईडी के उपलब्ध होने और सस्ती होने के बाद शुरू हुआ। अब ऑप्टोकॉप्लर्स (ज्यादातर उन पर आधारित चिप्स) के सभी नए मॉडल विकसित किए जा रहे हैं, और उनके आवेदन के क्षेत्र का विस्तार हो रहा है।
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