ขั้วต่อออปติคอลและการใช้งาน

แนวคิดของออปโตคัปเปลอร์ ประเภทของออปโตคัปเปลอร์

ออปโตคัปเปลอร์ (หรือออปโตคัปเปลอร์ตามที่เริ่มเรียกกันเมื่อเร็ว ๆ นี้) โครงสร้างประกอบด้วยสององค์ประกอบ: ตัวส่งสัญญาณและตัวตรวจจับแสงซึ่งรวมกันเป็นกฎในตัวเรือนที่ปิดสนิท

ออปโตคัปเปลอร์มีหลายประเภท: ตัวต้านทาน, ไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ไทริสเตอร์ ชื่อเหล่านี้ระบุประเภทของเครื่องตรวจจับด้วยแสง ในฐานะที่เป็นอิมิตเตอร์ มักใช้ LED อินฟราเรดของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวคลื่นในช่วง 0.9 … 1.2 ไมครอน นอกจากนี้ยังใช้ไฟ LED สีแดง ตัวเปล่งแสงแบบอิเล็กโทรลูมิเนสเซนต์ และหลอดไส้ขนาดเล็ก

วัตถุประสงค์หลักของออปโตคัปเปลอร์คือการแยกไฟฟ้าระหว่างวงจรสัญญาณ จากหลักการนี้ หลักการทั่วไปของการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ แม้จะมีความแตกต่างในโฟโตดีเต็กเตอร์ แต่ก็ถือได้ว่าเหมือนกัน: สัญญาณไฟฟ้าอินพุตที่มาถึงอิมิตเตอร์จะถูกแปลงเป็นฟลักซ์แสง ซึ่งทำหน้าที่ในโฟโตตรวจจับ จะเปลี่ยนสภาพการนำไฟฟ้า .

หากเป็นเครื่องตรวจจับแสง ตัวต้านทานแสงจากนั้นความต้านทานต่อแสงของมันจะน้อยกว่าความต้านทานดั้งเดิม (มืด) หลายพันเท่าหากโฟโตทรานซิสเตอร์ — การฉายรังสีที่ฐานของมันให้ผลเช่นเดียวกับเมื่อจ่ายกระแสไปที่ฐาน ทรานซิสเตอร์ธรรมดาและเปิด

เป็นผลให้สัญญาณถูกสร้างขึ้นที่เอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์ ซึ่งโดยทั่วไปอาจไม่เหมือนกับรูปร่างของอินพุต และวงจรอินพุตและเอาต์พุตไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้า มวลไดอิเล็กตริกโปร่งใสที่แข็งแรงทางไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นโพลีเมอร์อินทรีย์) จะอยู่ระหว่างวงจรอินพุตและเอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์ซึ่งมีความต้านทานถึง 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 โอห์ม

ออปโตคัปเปลอร์ที่ผลิตในอุตสาหกรรมได้รับการตั้งชื่อตามระบบการระบุอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน

ตัวอักษรตัวแรกของการกำหนดออปโตคัปเปลอร์ (A) หมายถึงวัสดุเริ่มต้นของตัวปล่อย - แกลเลียมอาร์เซไนด์หรือสารละลายที่เป็นของแข็งของแกลเลียม - อลูมิเนียม - สารหนูตัวที่สอง (O) หมายถึงคลาสย่อย - ออปโตคัปเปลอร์ รายการที่สามแสดงประเภทของอุปกรณ์: P - ตัวต้านทาน, D - ไดโอด, T - ทรานซิสเตอร์, Y - ไทริสเตอร์ ถัดไปคือตัวเลขซึ่งหมายถึงจำนวนการพัฒนาและตัวอักษร - กลุ่มประเภทนี้หรือกลุ่มนั้น

อุปกรณ์ออปโตคัปเปลอร์

อิมิตเตอร์ — LED ที่ไม่ได้ห่อ — มักจะวางไว้ที่ส่วนบนของกล่องโลหะ และในส่วนล่างบนตัวยึดคริสตัลจะเป็นตัวตรวจจับโฟโตอิเล็กตริกซิลิคอนเสริมแรง เช่น โฟโตไทริสเตอร์ ช่องว่างทั้งหมดระหว่าง LED และโฟโตไทริสเตอร์เต็มไปด้วยมวลโปร่งใสที่แข็งตัว การบรรจุนี้ถูกปกคลุมด้วยชั้นที่สะท้อนแสงเข้าด้านในซึ่งป้องกันแสงจากการกระเจิงออกไปนอกพื้นที่ทำงาน

การออกแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อยจากตัวต้านทานออปติคัล coupler ที่อธิบายไว้ ที่นี่มีการติดตั้งหลอดไฟขนาดเล็กที่มีไส้หลอดไส้ที่ส่วนบนของตัวโลหะ และติดตั้งโฟโตรีซีสเตอร์ที่ใช้แคดเมียมซีลีเนียมที่ส่วนล่าง

photoresistor ผลิตขึ้นแยกต่างหากบนฐานรองที่บาง ฟิล์มของสารกึ่งตัวนำแคดเมียมเซเลไนด์ถูกพ่นบนฟิล์ม หลังจากนั้นอิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุนำไฟฟ้า (เช่น อะลูมิเนียม) จะก่อตัวขึ้น สายไฟขาออกถูกเชื่อมเข้ากับอิเล็กโทรด การเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างหลอดไฟและฐานมีให้โดยมวลโปร่งใสที่ชุบแข็ง

รูในตัวเรือนสำหรับสายออปโตคัปเปลอร์เต็มไปด้วยแก้ว การเชื่อมต่อที่แน่นของฝาครอบและฐานของตัวเครื่องทำได้โดยการเชื่อม

ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้า (CVC) ของไทริสเตอร์ออปโตคัปเปลอร์จะใกล้เคียงกับของไทริสเตอร์ออปโตคัปเปลอร์ ไทริสเตอร์… ในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟเข้า (I = 0 — ลักษณะมืด) โฟโตไทริสเตอร์สามารถเปิดได้ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากเท่านั้น (800 … 1,000 V) เนื่องจากการใช้ไฟฟ้าแรงสูงดังกล่าวเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้จริง ๆ เส้นโค้งนี้จึงมีเหตุผลทางทฤษฎีอย่างแท้จริง

หากใช้แรงดันไฟฟ้าโดยตรง (ตั้งแต่ 50 ถึง 400 V ขึ้นอยู่กับประเภทของออปโตคัปเปลอร์) กับโฟโตไทริสเตอร์ อุปกรณ์จะเปิดได้ก็ต่อเมื่อมีการจ่ายกระแสไฟเข้า ซึ่งขณะนี้เป็นกระแสไฟขับ

ความเร็วในการสลับของออปโตคัปเปลอร์ขึ้นอยู่กับค่าของกระแสอินพุต เวลาเปลี่ยนโดยทั่วไปคือ t = 5 … 10 μs เวลาปิดของออปโตคัปเปลอร์เกี่ยวข้องกับกระบวนการสลายตัวพากระแสส่วนน้อยในบริเวณรอยต่อของโฟโตไทริสเตอร์ และขึ้นอยู่กับค่าของกระแสเอาต์พุตที่ไหลเท่านั้นค่าที่แท้จริงของเวลาสะดุดอยู่ในช่วง 10 … 50 μs

กระแสเอาต์พุตสูงสุดและการทำงานของออปโตคัปเปลอร์โฟโตรีซีสเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้นกว่า 40 องศาเซลเซียส ความต้านทานเอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์นี้คงที่จนถึงค่าของกระแสอินพุตที่ 4 mA และเมื่อกระแสอินพุตเพิ่มขึ้นอีก (เมื่อความสว่างของหลอดไส้เริ่มเพิ่มขึ้น) จะลดลงอย่างรวดเร็ว

นอกเหนือจากที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีออปโตคัปเปลอร์ที่เรียกว่า ช่องแสงเปิด... ที่นี่ไฟส่องสว่างเป็น LED อินฟราเรดและตัวตรวจจับแสงสามารถเป็นโฟโตรีซีสเตอร์ โฟโตไดโอด หรือโฟโตทรานซิสเตอร์ ความแตกต่างระหว่างออปโตคัปเปลอร์นี้คือการแผ่รังสีออกไป สะท้อนโดยวัตถุภายนอกบางส่วนและส่งกลับไปยังออปโตคัปเปลอร์ไปยังตัวตรวจจับแสง ในออปโตคัปเปลอร์ดังกล่าว กระแสไฟขาออกสามารถควบคุมได้ไม่เพียงแค่กระแสไฟเข้าเท่านั้น แต่ยังควบคุมได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของพื้นผิวสะท้อนแสงด้านนอกด้วย

ในออปโตคัปเปลอร์ช่องออปติคัลแบบเปิด แกนออปติกของตัวส่งและตัวรับจะขนานกันหรือทำมุมเล็กน้อย มีการออกแบบออปโตคัปเปลอร์ที่มีแกนออปติคัลโคแอกเชียล อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าออปโตคัปเปลอร์

การประยุกต์ใช้ otrons

ปัจจุบัน ออปโตคัปเปลอร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการรวมลอจิกบล็อกไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีองค์ประกอบแยกที่ทรงพลังเข้ากับแอคชูเอเตอร์ (รีเลย์ มอเตอร์ไฟฟ้า คอนแทคเตอร์ ฯลฯ) รวมทั้งสำหรับการสื่อสารระหว่างลอจิกบล็อกที่ต้องการการแยกกัลวานิก การมอดูเลตค่าคงที่และการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ แรงดันไฟฟ้า, การแปลง พัลส์สี่เหลี่ยม ในการสั่นไซน์, การควบคุมหลอดไฟทรงพลังและไฟแสดงสถานะของไฟฟ้าแรงสูง