در 2024/08/28 362

فتوکولر ، اپتو کوپلرها و ایزولرهای اپتو توضیح دادند

در دنیای الکترونیک ، این مهم است که اطمینان حاصل کنید که سیگنال ها می توانند از یک مدار به مدار دیگر هموار و با خیال راحت حرکت کنند ، به خصوص وقتی این مدارها با سطح ولتاژ مختلف کار می کنند یا تحت تأثیر نویز الکتریکی قرار می گیرند.فوتوکولپلرها ، که به آنها Optocouplers یا Opto-Isolators نیز گفته می شود ، به این امر کمک می کنند.این دستگاه های کوچک از نور برای ارسال سیگنال ها بین مدارها در حالی که آنها را جدا نگه می دارند ، استفاده می کنند ، که به محافظت از قطعات حساس در برابر آسیب کمک می کند.در این مقاله ، ما بررسی خواهیم کرد که چگونه فوتوکولرها ، جایی که از آنها استفاده می شود ، و چرا امروز در الکترونیک بسیار مفید هستند.

کاتالوگ

شکل 1: مؤلفه فوتوکولر

درک فوتوکوپلرها

فتوکولر ، که به آن Optocouplers نیز گفته می شود یا اپتویسولرهادستگاههایی هستند که به سیگنال ها اجازه می دهند از یک مدار الکتریکی به دیگری منتقل شوند و در حالی که آنها را از یکدیگر جدا می کنند.کار اصلی یک فتوکولر این است که اطمینان حاصل کنید که سیگنال های یک مدار با دیگری تداخل نمی کنند ، به ویژه هنگامی که مدارها سطح ولتاژ مختلفی دارند یا وقتی یک مدار ممکن است سر و صدای الکتریکی داشته باشد.این جداسازی با استفاده از نور انجام می شود ، بنابراین می توان سیگنال را بدون اتصال الکتریکی مستقیم منتقل کرد.

شکل 2: نمای مقطعی و نماد یک فتوکولر

قسمت هایی از یک فتوکولر

یک فتوکولر دو بخش اصلی دارد:

دیود ساطع کننده نور (LED): قسمت اول LED است که در سمت ورودی قرار دارد.این LED سیگنال الکتریکی را می گیرد و آن را به نور تبدیل می کند ، معمولاً در محدوده مادون قرمز.از نور مادون قرمز اغلب استفاده می شود زیرا برای این منظور به خوبی کار می کند و تشخیص آن برای قسمت بعدی آسان است.

PhotoDetector: قسمت دوم PhotoDetector است که در سمت خروجی قرار دارد.Photodetector نور را از LED دریافت می کند و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.Photodetector می تواند انواع مختلفی از دستگاه ها مانند یک فتوترانسیستور ، فوتودیود یا Photodarlington باشد.نوع فوتودکتکتور مورد استفاده بر میزان پردازش سیگنال ، چقدر حساس است و سیگنال خروجی چقدر قوی خواهد بود.

هر دو LED و PhotoDetector در داخل یک بسته قرار دارند که معمولاً مانند یک مدار یکپارچه کوچک (IC) به نظر می رسد.LED و Photodetector از نظر جسمی از هم جدا شده اند ، که بسیار مهم است زیرا تضمین می کند که مدارهای ورودی و خروجی به طور مستقیم به هم وصل نشوند.این جداسازی مدارها را از مشکلات الکتریکی مانند ولتاژ بالا یا سر و صدا که می تواند به قسمتهای حساس آسیب برساند ، در امان نگه می دارد.

چگونه فوتوکوپلرها کار می کنند؟

فوتوکولر وسیله ای است که به یک سیگنال اجازه می دهد بین دو مدار جداگانه حرکت کند در حالی که آنها را به صورت الکتریکی جدا از یکدیگر نگه می دارد.این جدایی در محافظت از قطعات ظریف و ولتاژ کم از سنبله های ولتاژ بالا و تداخل الکتریکی بسیار مفید است.این فرآیند هنگامی شروع می شود که یک ولتاژ به مدار ورودی اعمال شود ، که یک LED (دیود ساطع کننده نور) را در داخل فتوکولر قدرت می دهد.این LED روشن می شود و معمولاً نور مادون قرمز را خاموش می کند ، که احتمالاً از تأثیرات بیرونی مختل می شود.سپس چراغ در یک سد عایق حرکت می کند تا به سمت فوتودکتور در سمت خروجی برسد.PhotoDetector ، که می تواند یک فتودیود ، PhotoTransistor یا Photothyristor باشد ، این نور را به خود جلب می کند و آن را دوباره به یک سیگنال الکتریکی تغییر می دهد.این سیگنال الکتریکی جدید سپس به مدار خروجی ارسال می شود.

در لایه عایق بین LED و Photodetector همان چیزی است که مدارهای ورودی و خروجی را از هم جدا می کند.این جداسازی به محافظت از قطعات ولتاژ کم در برابر آسیب رساندن به سنبله های ولتاژ بالا یا سر و صدای الکتریکی کمک می کند.نور عبور از لایه عایق اجازه می دهد تا سیگنال از یک طرف به طرف دیگر بدون هیچ گونه تماس فیزیکی یا الکتریکی حرکت کند و باعث می شود تا مدارها با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

هنگامی که Photodetector نور را از LED دریافت می کند ، نور را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.این سیگنال خروجی به صورت الکترونیکی همان سیگنال ورودی است ، اما بسته به آنچه برای آن مورد نیاز است ، ممکن است تقویت یا تنظیم شود.سپس سیگنال توسط مدار خروجی برای انجام کار مورد نیاز استفاده می شود.

برنامه های کاربردی فتوکولرها

فتوکولرها به طور گسترده در دستگاه های مختلف الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند زیرا هم جداسازی و هم انتقال سیگنال شفاف را فراهم می کنند.

در حفاظت از ایمنی ، فوتوکوپلرها به عنوان مانعی بین مدارهای ولتاژ بالا و ولتاژ کم عمل می کنند.این جداسازی باعث افزایش ولتاژ بالا از آسیب رساندن به قسمتهای حساس می شود ، که در تنظیماتی که سنبله های برق مشترک هستند بسیار مفید است.

وقتی صحبت از کاهش نویز می شود ، فوتوکولرها فوق العاده مفید هستند.آنها به به حداقل رساندن اثرات تداخل الکتریکی کمک می کنند ، و اطمینان حاصل می کنند که سیگنال ارسال شده واضح و پایدار است.

در مدارهای واسط ، فوتوکولرها این امکان را برای قسمت های مختلف یک سیستم که در سطح ولتاژ مختلف کار می کنند امکان برقراری ارتباط ایمن را فراهم می کند.با استفاده از یک فتوکولر ، می توانید مدارها را بدون خطر آسیب از اختلاف ولتاژ وصل کنید.

فتوکولرها همچنین بخش اصلی منبع تغذیه سوئیچینگ هستند.در این برنامه ها ، آنها قطعات کنترل را از خروجی های ولتاژ بالا جدا نگه می دارند و اطمینان می دهند که سیگنال های کنترل حتی در شرایط الکتریکی سخت پایدار و قابل اعتماد باقی می مانند.

بسته های Opto-Coupler و Opto-Isolator

شکل 3: بسته های Opto-Coupler و Opto-Isolator

فوتوکولر ، که به عنوان Opto Couplers یا Opto-Isolators نیز شناخته می شوند ، قطعات الکترونیکی هستند که از نور برای ارسال سیگنال های الکتریکی بین دو مدار استفاده می کنند که باید جدا از هم باشند.این جداسازی به جلوگیری از آسیب رساندن به ولتاژهای زیاد به مدار دریافت سیگنال کمک می کند.طراحی و بسته بندی این قطعات بسته به اینکه در شرایط ولتاژ کم یا ولتاژ بالا استفاده می شود ، تغییر می کند.

برنامه های ولتاژ کم: در تنظیمات ولتاژ کم ، معمولاً در بسته هایی که شبیه به مدارهای یکپارچه دو خط (DIL) استاندارد (IC) یا بسته های کوچک مدار یکپارچه (SOIC) هستند ، معمولاً در بسته هایی یافت می شوند.این قالبها معمولاً در فن آوری Surface Mount (SMT) مورد استفاده قرار می گیرند و باعث می شوند آنها در طرح های الکترونیکی مدرن و جمع و جور قرار بگیرند.بسته بندی اجازه می دهد تا قسمت به راحتی در تابلوهای مدار چاپی (PCB) گنجانده شود در حالی که هنوز بخش های مختلف یک مدار را جدا نگه می دارد.

برنامه های ولتاژ بالا: برای موقعیت های ولتاژ بالا ، ایزوله سازها اغلب با بسته بندی های قوی تر برای کنترل ولتاژهای انزوا بالاتر طراحی می شوند.این بسته ها ممکن است مستطیل یا استوانه ای باشند و برای محافظت بیشتر از بسته های استاندارد IC ساخته شده اند.این ویژگی در سیستم های برق یا سایر تنظیمات مفید است که در آن تفاوت ولتاژ بین مدارها می تواند بزرگ باشد و نیاز به اقدامات ایمنی اضافی دارد.

اصطلاحات و نمادهای فتوکولر

شکل 4: نماد نمودار مدار یک فوتوکولر

در حالی که "Opto-Coupler" و "Opto-Isolator" اغلب به معنای همان چیز استفاده می شوند ، بر اساس نحوه استفاده از آنها تفاوت های کمی بین آنها وجود دارد:

اوپتوی معمولاً به قطعات مورد استفاده در سیستم هایی که اختلاف ولتاژ بین مدارها بیش از 5000 ولت نمی رود ، اشاره دارد.این قسمت ها اغلب برای ارسال سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال در مدارهای جداگانه در مجموعه های الکترونیکی مختلف استفاده می شوند.

ایزنولندگان به ویژه برای استفاده در سیستم های با قدرت بالا ساخته شده است که اختلاف ولتاژ می تواند بیش از 5000 ولت باشد.کار اصلی مشابه است - ارسال سیگنال ها در حالی که جداسازی الکتریکی را نگه می دارد - اما این قسمت ها برای کنترل تنظیمات الکتریکی خواستارتر موجود در توزیع برق و سیستم های صنعتی ساخته شده اند.

در نمودارهای مدار ، نماد برای یک متراکم به طور معمول یک LED (که به عنوان فرستنده عمل می کند) را از یک طرف و یک فتوترانسیستور یا فوتودارلینگتون (که به عنوان گیرنده عمل می کند) از طرف دیگر نشان می دهد.این نماد نشان می دهد که چگونه قسمت در داخل کار می کند ، نشان می دهد که چگونه از نور برای ایجاد پیوند الکتریکی بین مدارهای جداگانه استفاده می شود.LED هنگامی که جریان از طریق آن جریان می یابد ، نور را خاموش می کند ، که سپس توسط PhotoTransistor برداشت می شود و به سیگنال اجازه می دهد در حالی که مدارها را به صورت الکتریکی جدا نگه می دارد ، از آن عبور کند.

مشخصات کلیدی فوتوکوپلرها

شکل 5: زمان بندی ورودی-خروجی فوتوکولر و ویژگی های ولتاژ جمع کننده-امیتر

هنگام انتخاب یک فتوکولر ، درک ویژگی های اصلی آن برای اطمینان از نیازهای شما مفید است.

نسبت انتقال فعلی (CTR): این نسبت جریان خروجی به جریان ورودی است.به زبان ساده تر ، نشان می دهد که چقدر جریان در سمت ورودی به سمت خروجی منتقل می شود.مقادیر CTR بسته به نوع فتوکولر می تواند از 10 ٪ تا بیش از 5000 ٪ متفاوت باشد.CTR بالاتر به این معنی است که دستگاه در انتقال سیگنال از ورودی به خروجی مؤثرتر است ، که برای برنامه هایی که در آن کنترل دقیق سیگنال مورد نیاز است ، مهم است.

پهنای باند: این ویژگی حداکثر سرعت را به شما می گوید که در آن فتوکولر می تواند داده ها را اداره کند.فوتوکوپلرهای مبتنی بر Phototransistor معمولاً دارای پهنای باند در حدود 250 کیلوهرتز هستند که باعث می شود آنها برای بسیاری از کاربردهای مشترک مناسب باشند.با این حال ، اگر به چیزی سریعتر نیاز دارید ، آگاه باشید که ممکن است فوتوکوپلرهای مبتنی بر فوتودارلینگتون به دلیل طراحی آنها کندتر باشند ، که این امر بر سرعت پاسخ می دهد.

جریان ورودی: این به میزان جریان مورد نیاز برای تأمین انرژی LED در قسمت ورودی فوتوکولر اشاره دارد.جریان ورودی یک عامل مهم است زیرا بر میزان برق دستگاه و میزان عملکرد آن با سایر قسمت های مدار شما تأثیر می گذارد.

حداکثر ولتاژ دستگاه خروجی: برای فوتوکوپلرهای مبتنی بر ترانزیستور ، این بالاترین ولتاژ است که ترانزیستور خروجی می تواند از آن استفاده کند.مهم است که اطمینان حاصل شود که این رتبه ولتاژ بالاتر از حداکثر ولتاژ شما است که از آن استفاده می کند تا از آسیب رساندن به دستگاه جلوگیری شود.

تفاوت بین فتوکولرها و رله های حالت جامد

شکل 6: رله فتوکولر و حالت جامد

فتوکولرها و رله های حالت جامد (SSR) هر دو از نور برای جداسازی سیگنال ها استفاده می کنند ، اما بر اساس طراحی آنها به روش های مختلفی استفاده می شوند.

فتوکولرها به طور کلی در شرایط کم مصرف مورد استفاده قرار می گیرند که هدف اصلی انتقال و جداسازی سیگنال ها است.آنها برای محافظت از قطعات الکترونیکی حساس در برابر سنبله های ولتاژ بالا یا سر و صدا ایده آل هستند ، و اطمینان حاصل می کنند که سیگنال به طور تمیز از یک قسمت از مدار به بخش دیگر منتقل می شود.

از طرف دیگر رله های حالت جامد (SSR) برای تغییر سطح قدرت بالاتر طراحی شده اند.بر خلاف فتوکولرها ، SSR ها اغلب دارای قطعات اضافی مانند حفاظت از افزایش و تعویض صفر (برای سیگنال های AC) هستند که به کاهش نویز الکتریکی کمک می کند و باعث می شود رله طولانی تر شود.SSR ها معمولاً بزرگتر هستند و از آنجا که جریان های بالاتر را کنترل می کنند ، برای مدیریت ترمینال های گرما و پیچ برای اتصالات ایمن ، اغلب به سینک های گرما احتیاج دارند.

پایان

فتوکولرها با اجازه دادن به سیگنال ها در حالی که مدارها را از هم جدا می کنند ، به حفظ امنیت مدارها و کار خوب کمک می کنند.آنها از مدارهای ولتاژ کم در برابر سنبله های ولتاژ بالا محافظت می کنند و سر و صدای الکتریکی را کاهش می دهند و این باعث می شود آنها در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی بسیار مفید باشند.این که آیا آنها به سادگی برای عبور سیگنال ها بین مدارها و یا در سیستم های قدرت پیچیده تر استفاده می شوند ، انتخاب فوتوکوپلر مناسب-خواه این یک دستگاه متناسب با یک متناسب باشد یا یک اپتوی ایزوله ساز قوی تر باشد-می تواند در نحوه عملکرد یک سیستم الکترونیکی تفاوت بزرگی ایجاد کند.با پیشرفت فناوری ، این دستگاه ها همچنان بسیار مفید خواهند بود و به عنوان محافظ دستگاه های الکترونیکی ما عمل می کنند.

سوالات متداول [سؤالات متداول]

1. کاربرد Opto-Isolator چیست؟

استفاده از یک ایزوله ساز این است که قسمت های مختلف یک مدار را جدا نگه دارید در حالی که سیگنال ها را بین آنها می گذارند.این به محافظت از قسمت های حساس یک مدار در برابر سنبله های ولتاژ بالا یا سر و صدای الکتریکی کمک می کند.ایزوله سازها اغلب در منبع تغذیه ، رابط های میکروکنترلر و سیستم های کنترل صنعتی برای جلوگیری از آسیب به اجزای ولتاژ کم استفاده می شوند.

2. چه زمانی باید از Opto-Isolator استفاده کنید؟

در صورت نیاز به محافظت از قطعات ولتاژ کم ولتاژ یک مدار از افزایش ولتاژ بالا یا سر و صدای الکتریکی ، باید از یک ایزولاسیون Opto استفاده کنید.همچنین مفید است که قسمتهای مختلف سیستم شما بدون اینکه مستقیماً به هم متصل شوند ، با هم کار کنند.این امر زمانی مفید است که مدارها سطح زمین متفاوتی داشته باشند یا به دلایل ایمنی نیاز به جدا شدن برقی داشته باشند.

3. هدف اصلی Optocoupler چیست؟

هدف اصلی Optocoupler اجازه دادن سیگنال ها بین دو مدار جداگانه با استفاده از نور است ، در حالی که مدارها را به صورت الکتریکی از هم جدا می کند.این امر مانع از تأثیر مدارهای ولتاژ بالا در مدارهای ولتاژ کم می شود و به محافظت از آسیب های ظریف کمک می کند.

4- چرا به جای رله از Optocoupler استفاده می کنید؟

در صورت نیاز به سوئیچینگ سریعتر ، طول عمر طولانی تر و عملکرد ساکت تر ، از Optocoupler به جای رله استفاده می کنید.بر خلاف رله ها ، Optocouplers قطعات متحرک ندارند ، بنابراین می توانند سریعتر و طولانی تر تغییر کنند.آنها همچنین فضای کمتری را به خود اختصاص داده و انزوای الکتریکی بهتری را فراهم می کنند.

5- مضرات اپتوکوپلرها چیست؟

مضرات Optocouplers شامل توانایی محدود آنها در کنترل جریان و ولتاژ بالا در مقایسه با رله ها است.برخی از اپتوکوپلرها ، به ویژه آنهایی که دارای phototransistors هستند ، می توانند برای پاسخگویی کندتر باشند.آنها همچنین می توانند به مرور زمان از بین بروند زیرا LED در داخل تخریب می شود.Optocouplers ممکن است بهترین انتخاب برای کنترل قدرت بسیار بالا نباشد ، جایی که رله ها یا رله های حالت جامد بهتر کار می کنند.