“光發射器 - 光接收器”這一對長期以來一直用於電子和電氣工程。接收器和發射器位於同一外殼中並且它們之間存在光鏈路的電子元件稱為光耦合器或光耦合器。
光耦裝置
光耦合器由光發射器（發射器）、光通道和光信號接收器組成。光電發射器將電信號轉換為光信號。大多數情況下，發射器是 LED（早期型號使用白熾燈或霓虹燈）。 LED 的使用是無原則的，但它們更耐用、更可靠。
光信號通過光通道傳輸到接收器。通道關閉 - 當發射器發出的光沒有超出光耦合器的主體時。然後接收器產生的信號與發射器輸入的信號同步。這種通道是空氣或填充有特殊的光學化合物。還有“長”光耦合器，其中的通道是 光纖.
如果光耦合器的設計方式使得產生的輻射在到達接收器之前離開外殼，則這種通道稱為開放通道。有了它，您可以記錄光束路徑中出現的障礙物。
光電探測器將光信號逆變換成電信號。最常用的接收器有：
- 光電二極管。通常用於數字通信線路。他們的血統很小。
- 光敏電阻。它們的特點是接收器的雙嚮導電性。通過電阻器的電流可以朝任一方向流動。
- 光電晶體管。這種器件的一個特點是能夠通過光發射器和輸出電路來控制晶體管電流。用於線性和數字模式。一種單獨類型的光耦合器 - 具有平行相對的場效應晶體管。這樣的設備被稱為 固態繼電器.
- 光晶閘管。這種光耦合器的特點是輸出電路的功率增加及其開關速度；這種器件方便地用於控制電力電子器件的元件。這些設備也被歸類為固態繼電器。
光耦合器微電路已變得普遍——光耦合器組件與捆紮在一個封裝中。這種光耦合器用作開關設備和其他用途。
的優點和缺點
光學儀器的第一個優點是沒有機械部件。這意味著在操作過程中不會像機電繼電器那樣接觸摩擦、磨損和火花。與其他用於信號電流隔離的設備（變壓器等）不同，光耦合器可以在非常低的頻率下工作，包括直流電。
此外，光隔離的優點是輸入和輸出之間的電容和電感耦合非常低。因此，減少了脈沖和高頻干擾的傳輸概率。輸入和輸出之間沒有機械和電氣連接為創建非接觸式控制和開關電路提供了各種技術解決方案的可能性。
儘管實際設計在輸入和輸出的電壓和電流方面存在限制，但理論上不存在增加這些特性的根本障礙。這允許您為幾乎任何任務創建光耦合器。
光耦合器的缺點包括單向信號傳輸——不可能將光信號從光電探測器傳回發射器。這使得難以根據接收電路對發送器信號的響應來組織反饋。
接收部分的反應不僅可以通過改變發射器的輻射來影響，還可以通過影響通道的狀態（第三方物體的出現，改變通道介質的光學特性等）來影響。這種衝擊也可以是非電的。這擴大了使用光耦合器的可能性。並且對外部電磁場不敏感，可以創建具有高抗噪性的數據傳輸通道。
光耦合器的主要缺點是與雙信號轉換期間的信號損耗相關的低能效。還有一個缺點是高固有噪聲水平。這會降低光耦合器的靈敏度，並限制其需要處理弱信號的應用範圍。
使用光耦合器時，還必須考慮溫度對其參數的影響——這一點很重要。此外，光耦合器的缺點包括在操作期間元件的顯著退化以及與在一個封裝中使用各種半導體材料相關的生產技術的某種缺乏。
光耦合器的特性
光耦參數分為兩類：
- 表徵傳輸信號的設備的特性；
- 表徵輸入和輸出之間的解耦。
第一類是電流傳遞係數。它取決於 LED 的發射率、接收器的靈敏度和光通道的特性。該係數等於輸出電流與輸入電流的比值，對於大多數類型的光耦合器來說是 0.005 ... 0.2。對於晶體管元件，傳遞係數可以達到1。
如果我們將光耦合器視為四極，則其輸入特性完全由光發射器 (LED) 的 CVC 決定，而輸出則由接收器的特性決定。直通特性通常是非線性的，但某些類型的光耦合器具有線性部分。所以，二極管光耦的一部分CVC具有良好的線性度，但這部分不是很大。
電阻元件還通過暗電阻（輸入電流為零）與光電阻的比率來評估。對於晶閘管光耦來說，一個重要的特性是開路狀態下的最小保持電流。光耦合器的重要參數還包括最高工作頻率。
電流隔離質量的特點是：
- 施加到輸入和輸出的最大電壓；
- 輸入和輸出之間的最大電壓；
- 輸入和輸出之間的絕緣電阻；
- 通行能力。
最後一個參數表徵電高頻信號通過電極之間的電容繞過光通道從輸入洩漏到輸出的能力。
有一些參數可以讓您確定輸入電路的功能：
- 可以施加到輸入端子的最高電壓；
- LED能承受的最大電流；
- 額定電流下 LED 兩端的電壓降；
- 反向輸入電壓 - LED 可以承受的反向極性電壓。
對於輸出電路，這些特性將是最大允許輸出電流和電壓，以及零輸入電流時的漏電流。
光耦適用範圍
由於某種原因（電氣安全等），在信號源和接收端之間需要去耦的情況下，使用具有封閉通道的光耦合器。例如，在反饋循環中 開關電源 - 信號取自 PSU 輸出，饋送到輻射元件，其亮度取決於電壓電平。取決於輸出電壓的信號從接收器獲取並饋送到 PWM 控制器。
帶有兩個光耦合器的計算機電源電路片段如圖所示。頂部光耦合器 IC2 產生一個穩定電壓的反饋。底部 IC3 在分立模式下工作，並在存在待機電壓時為 PWM 芯片供電。
一些標準電氣接口也要求源和接收器之間的電流隔離。
帶有開放通道的設備用於創建傳感器，用於檢測任何物體（打印機中是否存在紙張）、限位開關、計數器（傳送帶上的物體、鼠標操縱器中的齒輪齒數）等。
固態繼電器用於與傳統繼電器相同的位置 - 用於切換信號。但是它們的傳播受到開放狀態下通道的高電阻的阻礙。它們還用作功率固態電子元件（強大的場效應或 IGBT 晶體管）的驅動器。
光耦合器是在半個多世紀前開發出來的，但在 LED 變得負擔得起且價格低廉之後，它才開始廣泛使用。現在所有新型號的光耦合器都在開發中（大部分是基於它們的微電路），而且它們的範圍只是在擴大。
類似文章：
