Opto-isolator, eller optisk kobler, forkortet OC, også kjent som optisk kopler, optisk isolator eller opto-isolator, forkortet opto-kobler, er en slags viktige elektroniske komponenter, som er mye brukt i mange felt som kommunikasjon, industriell kontroll, medisinsk utstyr og så videre. I denne artikkelen vil vi introdusere det tekniske prinsippet, klassifiseringen, hovedparametrene og applikasjonseksemplene for fotokoblingskomponenter, for å gi leserne en omfattende og -dybdeforståelse.
I. Det tekniske prinsippet for fotoelektrisk koblingselement
Fotokoblingselementet er å bruke lys som et medium for å overføre elektriske signaler til en gruppe enheter, dens kjernefunksjon er å opprettholde den vanlige elektriske signalinngangen, utgangen har en god isolasjon mellom rollen til behovet for å lage det elektriske signalet gjennom isolasjonslaget til overføringsmetoden. Optokobler består vanligvis av tre deler: lysutslipp, lysmottak og signalforsterkning.
Lysutslipp:det elektriske inngangssignalet driver den lysemitterende kilden til å sende ut lys. En vanlig lys-kilde er den infrarøde-lysemitterende dioden (LED), som konverterer elektrisk energi til lys med en bestemt bølgelengde.
Mottak av lys:Den mottas av en fotodetektor og genererer en fotostrøm. Mellom emitterende kilde og mottaker vil det være lukket optisk kanal (også kjent som dielektrisk kanal), mottakeren er en lyssensor, som registrerer en spesifikk bølgelengde av lys, kan omdannes direkte til elektrisk energi, kan også moduleres av dette signalet til strømmen levert av en ekstern strømforsyning. Vanlige mottakere er fotomotstander, fotodioder, fototransistorer, silisiumkontrollerte likerettere (SCR) eller TRIAC-er.
Signalforsterkning:fotostrøm forsterkes deretter ytterligere etter utgangen, og fullfører dermed den elektriske - optiske - elektriske konverteringen, og spiller rollen som inngang, utgang, isolasjon.
Siden optokoblerens inngang og utgang er isolert fra hverandre, har den god elektrisk isolasjon og anti-interferensevne. Samtidig tilhører inngangen til optokobleren det gjeldende-arbeidet til lav-motstandskomponentene, og har en sterk fellesmodusavvisningsevne. Derfor er det i den lange linjen overføringsinformasjon som et terminalisolasjonselement kan i stor grad forbedre signal-til-støyforholdet, i datamaskinens digital kommunikasjon og øyeblikkelig kontroll som en signalisolasjonsgrensesnittenhet, kan i stor grad øke påliteligheten til arbeidet.
II. Optiske koblingskomponenter av klassifiseringen
Fotokoblingselement kan deles inn i analog og digital to typer, består av lyssender og lysdetektor. Vanlig fotoelektrisk koblingselement er en lys-diode (LED) og fototransistor (eller andre typer lysfølsomme komponenter) i en ugjennomsiktig pakke. I henhold til forskjellige klassifiseringskriterier kan fotokoblingselementer deles inn ytterligere:
I henhold til den optiske banen:kan deles inn i ekstern optisk bane fotokobler (også kjent som fotoelektrisk intermitterende detektor) og intern optisk bane fotokobler.
Ytre optisk bane fotokobler:den optiske banen er delvis eksponert for det ytre miljøet, egnet for behovet for et større optisk område eller spesielle anledninger til optisk vei.
Intern optisk bane fotokobler:den optiske banen er delvis innkapslet inne i enheten, kompakt struktur, egnet for anledninger som ikke krever høy optisk vei.
I henhold til utgangstypen:kan deles inn i analog fotokobler og digital fotokobler.
Analog optokobler:utgangssignalet er en analog mengde i kontinuerlig endring, egnet for overføring og isolering av analoge signaler.
Digital optokobler:utgangssignalet er en diskret digital mengde, egnet for digital signaloverføring og isolasjon.
I følge pakkeskjemaet:kan deles inn i DIP (double in-line), SOP (small outline package), SMD (surface mount device) og så videre.
DIP-pakke:egnet for innsetting på tradisjonelle PCB-kort.
SOP- og SMD-pakker:for moderne kretskort med høy-tetthet.
III. Hovedparametrene til de optoelektroniske koblingskomponentene
Fotoelektriske koblingskomponenter til ytelsesparametrene til applikasjonen har en viktig innvirkning på effekten, følgende er flere nøkkelparametere:
Omvendt strøm IR:strømmen som flyter i dioden når den spesifiserte omvendte driftsspenningen VR legges til begge ender av røret som testes.
Omvendt sammenbruddsspenning VBR:spenningsfallet mellom polene når reversstrømmen IR passert av røret som testes er en spesifisert verdi.
Fremover spenningsfall VF:Spenningsfallet mellom de positive og negative terminalene når foroverstrømmen gjennom dioden er en spesifisert verdi.
Videresend gjeldende IF:Strømmen som flyter i dioden når en viss foroverspenning påføres begge ender av røret som testes.
Gjeldende overføringsforhold CTR:Når driftsspenningen til utgangsrøret er en spesifisert verdi, er forholdet mellom utgangsstrømmen og foroverstrømmen til lys-dioden strømoverføringsforholdet CTR. CTR er en viktig indikator på overføringseffektiviteten til optokobleren.
Pulsstigetid tr og falltid tf:optokobleren under de spesifiserte driftsforholdene, lys-diodeinngangen spesifisert strøm IFP-pulsbølge, utgangsrøret sender ut tilsvarende pulsbølge. Fra 10 % til 90 % av amplituden til utgangspulsens forkant, tiden som kreves for pulsstigningstiden tr; fra 90 % til 10 % av amplituden til utgangspulsens bakkant, tiden som kreves for pulsfallstiden tf. Disse to parameterne gjenspeiler responshastigheten til optokobleren.
Isolasjonsspenning Vio:verdien av isolasjonsmotstandsspenning mellom inngangen og utgangen til optokobleren. Den gjenspeiler den elektriske isolasjonsevnen til optokobleren.
Isolasjonskapasitans Cio og isolasjonsmotstand Rio:kapasitansverdien og isolasjonsmotstandsverdien mellom henholdsvis inngangs- og utgangsterminalene til optokobleren. De har en viktig innflytelse på anti-interferensevnen og stabiliteten til optokobleren.
IV. Brukseksempler på fotokoblingselementer
Optokoblingskomponenter er mye brukt i mange felt på grunn av deres unike elektriske isolasjon og signaloverføringsegenskaper. Følgende er noen typiske applikasjonseksempler:
Optisk kommunikasjonsindustri:Innen optisk kommunikasjon garanterer fotokobler, som nøkkelleddet for signalkonvertering og isolasjon, effektivt stabil overføring og effektiv behandling av kommunikasjonssignaler. Med populariseringen av 5G-teknologi og den kraftige økningen i etterspørselen etter dataoverføringshastighet og kapasitet, har rollen til optokoblere blitt mer fremtredende.
Internet of Things (IoT):I datainteraksjonen mellom IoT-terminalutstyr og skyplattform gir opto-koblinger pålitelig elektrisk isolasjon og signaloverføring, noe som garanterer stabil drift av IoT-systemet.
Industriell automasjon:I industrielle automatiseringskontrollsystemer er optokoblere mye brukt i PLS-er (programmerbare logiske kontrollere), sensorer, aktuatorer og annet nøkkelutstyr på grunn av deres høye pålitelighet og sterke anti--interferensevne. Ved å realisere elektrisk isolasjon mellom kretser, forhindrer opto-koblere effektivt forstyrrelsen av det komplekse elektromagnetiske miljøet på kontrollsignalene i industrifeltet, og sikrer stabil drift av automatiseringskontrollsystemet.
Forbrukerelektronikk:I bærbare enheter som smarttelefoner, nettbrett, bærbare enheter, spiller opto-koblinger en nøkkelrolle i strømstyring, signaloverføring og andre aspekter. De forbedrer ikke bare ytelsen og stabiliteten til enhetene, men reduserer også strømforbruket og elektromagnetisk interferens.
Nye energikjøretøyer:Innenfor nye energikjøretøyer blir optokoblere i økende grad brukt som en nøkkelapplikasjon i batteristyringssystemer (BMS) og motorkontrollsystemer. De forbedrer kjøretøysikkerheten og energieffektiviteten og bidrar til den fortsatte utviklingen av ny energibilteknologi.
Medisinsk utstyr og bioteknologi:I medisinsk utstyr realiserer optokoblere elektrisk isolasjon, noe som effektivt reduserer risikoen for elektrisk støt til pasienter på grunn av utstyrssvikt. I mellomtiden, innen bioteknologi, kan optokoblere nøyaktig oppdage biologiske signaler i kraft av deres høye følsomhet, og gir sterk teknisk støtte for biovitenskapelig forskning, medisinsk diagnose og behandling.
V. Konklusjon og prospekt
Som en viktig elektronisk komponent spiller opto-koblingskomponenter en uerstattelig rolle på mange områder som kommunikasjon, industriell kontroll, medisinsk utstyr og så videre. Med den kontinuerlige teknologiutviklingen og den kontinuerlige utvidelsen av applikasjonskravene, blir ytelsen og typene av optoelektroniske koblingselementer også forbedret og berikende. I fremtiden vil fotoelektriske koblingskomponenter bevege seg i retning av høyere hastighet, høyere pålitelighet, lavere strømforbruk og mindre pakker for å møte kravene til moderne elektroniske systemer for høy ytelse, høy tetthet og høy pålitelighet. Samtidig vil integrering og fusjon av fotoelektriske koblingskomponenter med andre elektroniske komponenter også bli en viktig trend for fremtidig utvikling, og gi flere muligheter for innovasjon og oppgradering av elektroniske systemer.