"광 송신기 - 광 수신기"쌍은 전자 및 전기 공학에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 수신기와 송신기가 동일한 인클로저에 있고 그들 사이에 광통신이 있는 전자 부품을 광커플러 또는 광커플러라고 합니다.
옵트론 디자인
Optron은 광 송신기(이미터), 광 채널 및 광 수신기로 구성됩니다. 광전송기는 전기 신호를 광 신호로 변환합니다. 대부분의 경우 송신기는 LED입니다(초기 모델은 백열등 또는 네온 전구를 사용했습니다). LED의 사용은 원칙이 없지만 내구성과 신뢰성이 더 높습니다.
광 신호는 광 채널을 통해 수신기로 전송됩니다. 채널을 닫을 수 있습니다. 송신기에서 방출되는 빛이 옵토커플러 본체를 벗어나지 않을 때입니다. 그런 다음 수신기에서 생성된 신호는 송신기 입력의 신호와 동기화됩니다. 이러한 채널은 공기로 채워지거나 특수 광학 화합물로 채워질 수 있습니다. 채널이 있는 "긴" 광커플러도 있습니다. 광섬유.
생성된 방사선이 수신기에 도달하기 전에 인클로저를 떠나도록 광 커플러가 설계된 경우 이를 개방 채널이라고 합니다. 광선의 경로에 있는 장애물을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.
광검출기는 광학 신호를 다시 전기 신호로 변환합니다. 가장 일반적으로 사용되는 수신기는 다음과 같습니다.
- 포토다이오드. 일반적으로 디지털 통신 회선에 사용됩니다. 그들은 작은 선형 단면을 가지고 있습니다.
- 포토레지스터. 그들의 특징은 수신기의 양방향 전도성입니다. 저항을 통과하는 전류는 어느 방향으로든 갈 수 있습니다.
- 광 트랜지스터. 이러한 장치의 특징은 광 트랜지스터와 출력 회로 모두를 통해 트랜지스터 전류를 제어하는 기능입니다. 선형 및 디지털 모드 모두에서 사용됩니다. 별도의 유형의 광커플러는 전계 효과 트랜지스터가 병렬로 스위칭되는 유형입니다. 이러한 장치를 솔리드 스테이트 릴레이.
- 광사이리스터. 이러한 광 커플러는 출력 전력 및 스위칭 속도가 증가하는 것이 특징이며 이러한 장치는 전력 전자 장치의 요소를 제어하는 데 편리합니다. 이 장치는 또한 무접점 계전기 범주에 속합니다.
하나의 패키지에 광커플러 배선이 포함된 광커플러 어셈블리인 광커플러 미세회로가 널리 보급되었습니다. 이러한 광 커플러는 스위칭 장치 및 기타 용도로 사용됩니다.
장점과 단점
광학 장치의 첫 번째 장점은 기계 부품이 없다는 것입니다. 이는 작동 중에 전기 기계 릴레이와 같이 마찰, 마모, 스파크 접점이 없음을 의미합니다. 신호 갈바닉 절연(변압기 등)을 위한 다른 장치와 달리 광커플러는 직류를 포함한 매우 낮은 주파수에서 작동할 수 있습니다.
또한 광 아이솔레이터의 장점은 입력과 출력 간의 정전 용량 및 유도 결합이 매우 낮다는 것입니다.이것은 펄스 및 고주파 간섭의 전송 가능성을 줄입니다. 입력과 출력 사이에 기계적 및 전기적 결합이 없기 때문에 비접촉 제어 및 스위칭 회로를 생성하기 위한 다양한 기술 솔루션이 제공됩니다.
실제 설계는 입력 및 출력에 대한 전압과 전류가 제한되어 있지만 이러한 특성을 높이는 데 근본적인 이론적 장애물은 없습니다. 이를 통해 거의 모든 애플리케이션에 맞게 광커플러를 구축할 수 있습니다.
광커플러의 단점은 단방향 신호 전송입니다. 광검출기에서 송신기로 다시 광 신호를 전송할 수 없습니다. 이것은 수신기 회로의 응답을 송신기 신호에 일치시키기 위해 피드백 루프를 구성하는 것을 어렵게 만듭니다.
수신 부분의 응답은 송신기 복사를 변경하는 것뿐만 아니라 채널 상태(이물질의 모양, 채널 매체의 광학 특성 변화 등)에 영향을 주어 영향을 받을 수 있습니다. 그러한 영향은 비전기적 특성을 가질 수 있습니다. 이것은 옵토커플러 사용 가능성을 확장합니다. 외부 전자기장에 대한 둔감함을 통해 노이즈 내성이 높은 데이터 채널을 생성할 수 있습니다.
옵트론의 주요 단점은 신호의 이중 변환에서 신호 손실과 관련된 낮은 에너지 효율을 포함합니다. 또한 단점으로 간주되는 높은 고유 노이즈 수준입니다. 이것은 옵토커플러의 감도를 감소시키고 약한 신호가 필요한 곳에서의 적용을 제한합니다.
광커플러를 사용할 때 매개변수에 대한 온도의 영향을 고려해야 합니다. 이는 중요합니다.또한 광 커플러의 단점은 작동 중 요소의 눈에 띄는 열화와 하나의 패키지에 서로 다른 반도체 재료를 사용하는 것과 관련된 생산 기술의 특정 부족을 포함합니다.
광 커플러 특성
광커플러 매개변수는 두 가지 범주로 나뉩니다.
- 신호를 전송하는 장치의 특성을 특성화합니다.
- 입력과 출력 간의 분리 특성.
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 전달 계수는 최대 1입니다.
광커플러를 사중극자로 생각하면 입력 특성은 전압계(LED)에 의해 완전히 결정되고 출력 특성은 수신기 특성에 의해 결정됩니다. 일반적으로 입력 특성은 비선형이지만 일부 유형의 옵토커플러에는 선형 섹션이 있습니다. 예를 들어 좋은 선형성은 다이오드 옵토커플러의 WAV 부분을 가지지만 이 부분은 그리 크지 않습니다.
저항 요소는 또한 내광 저항에 대한 암 저항(0과 동일한 입력 전류에서)의 비율로 평가됩니다. 사이리스터 광커플러의 경우 중요한 특성은 개방 상태에서 최소 유지 전류입니다. 가장 높은 작동 주파수는 또한 옵토커플러의 중요한 특성입니다.
갈바닉 절연의 품질은 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 입력 및 출력에 적용되는 최대 전압;
- 입력과 출력 사이의 최대 전압;
- 입력과 출력 사이의 절연 저항;
- 처리량 커패시턴스.
마지막 매개변수는 전기 고주파 신호가 전극 사이의 커패시턴스를 통해 광 채널을 우회하여 입력에서 출력으로 누출되는 능력을 특성화합니다.
입력 회로의 기능을 결정하는 매개변수가 있습니다.
- 입력 리드에 적용할 수 있는 최대 전압.
- LED가 처리할 수 있는 가장 큰 전류입니다.
- 정격 전류에서 LED 양단의 전압 강하;
- 역 입력 전압 - LED가 처리할 수 있는 역 극성 전압.
출력 회로의 경우 이러한 특성은 최대 허용 전류 및 전압 출력이며 입력 전류가 0일 때 누설 전류가 됩니다.
광커플러용 애플리케이션
폐쇄 채널이 있는 광커플러는 어떤 이유로(전기 안전 등) 신호 소스와 수신기 사이의 디커플링이 필요한 경우에 사용됩니다. 예를 들어, 피드백 회로에서 스위칭 전원 공급 장치 - 신호는 PSU의 출력에서 가져와 발광 소자에 공급되며 밝기는 전압 레벨에 따라 다릅니다. 출력 전압에 따른 신호는 수신기에서 가져와 PWM 컨트롤러에 공급됩니다.
두 개의 옵토커플러가 있는 컴퓨터 PSU의 개략도가 그림에 나와 있습니다. 상부 광커플러 IC2는 전압 안정화 피드백을 생성합니다. 하위 IC3은 이산 모드에서 작동하고 대기 전압이 존재할 때 PWM IC에 전원을 공급합니다.
소스와 수신기 사이의 갈바닉 절연은 일부 표준 전기 인터페이스에서도 필요합니다.
열린 채널이 있는 장치는 물체(프린터에 종이가 있는 경우), 리미트 스위치, 카운터(컨베이어 벨트에 있는 물체, 마우스 조작기의 톱니 수) 등을 감지하기 위한 센서를 만드는 데 사용됩니다.
솔리드 스테이트 릴레이는 신호 전환을 위해 기존 릴레이와 동일한 방식으로 사용됩니다. 그러나 그들의 확산은 열린 상태에서 채널의 높은 저항으로 인해 제한됩니다. 그들은 또한 고체 전력 전자 장치(고출력 전계 효과 또는 IGBT 트랜지스터)의 요소에 대한 드라이버로 사용됩니다.
옵트론은 반세기 전에 개발되었지만 LED가 사용 가능하고 저렴해진 이후에 널리 사용되기 시작했습니다. 이제 광커플러의 모든 새로운 모델(대부분이 칩을 기반으로 함)이 개발되고 있으며 적용 분야가 확장되고 있습니다.
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