Optocouplers - Λειτουργία, χαρακτηριστικά, διασύνδεση, κυκλώματα εφαρμογής

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





OPTOCOUPLERS Ή OPTOISOLATORS είναι συσκευές που επιτρέπουν την αποτελεσματική μετάδοση σήματος DC και άλλων δεδομένων σε δύο στάδια κυκλώματος, και ταυτόχρονα διατηρούν ένα εξαιρετικό επίπεδο ηλεκτρικής απομόνωσης μεταξύ τους.

Τα Optocouplers καθίστανται ιδιαίτερα χρήσιμα όταν απαιτείται ένα ηλεκτρικό σήμα για αποστολή σε δύο στάδια κυκλώματος, αλλά με ακραίο βαθμό ηλεκτρικής απομόνωσης στα στάδια.



Οι συσκευές Optocoupling λειτουργούν ως εναλλαγές επιπέδου λογικής μεταξύ δύο κυκλωμάτων, Έχει τη δυνατότητα να εμποδίζει τη μεταφορά θορύβου στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, για την απομόνωση των επιπέδων λογικής από τη γραμμή AC υψηλής τάσης και για την εξάλειψη των βρόχων γείωσης.

Τα οπτοζεύγη γίνονται αποτελεσματική αντικατάσταση για ρελέ , και για μετασχηματιστές για διασύνδεση σταδίων ψηφιακών κυκλωμάτων.



Επιπλέον, η απόκριση συχνότητας Optocoupler αποδεικνύεται ασύγκριτη σε αναλογικά κυκλώματα.

Εσωτερική κατασκευή Optocoupler

Εσωτερικά, ένας οπτοσυζεύκτης περιέχει υπέρυθρες ή υπέρυθρες ακτίνες LED (συνήθως κατασκευασμένες με χρήση αρσενιδίου γαλλίου). Αυτό το IR LED είναι οπτικά συνδεδεμένο με μια γειτονική συσκευή φωτοανιχνευτή πυριτίου η οποία είναι γενικά ένα φωτο-τρανζίστορ, μια φωτοδίοδος ή οποιοδήποτε παρόμοιο φωτοευαίσθητο στοιχείο). Αυτές οι δύο συμπληρωματικές συσκευές είναι ερμητικά ενσωματωμένες σε ένα αδιαφανές ελαφρύ πακέτο.

Λεπτομέρειες εσωτερικής κατασκευής Optocoupler

Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια ανατομή μιας τυπικής μάρκας οπτικού ζεύκτη έξι ακίδων διπλής γραμμής (DIP). Όταν οι ακροδέκτες που συνδέονται με το IR LED παρέχονται με κατάλληλη τάση προς τα εμπρός, εκπέμπει εσωτερικά μια υπέρυθρη ακτινοβολία στο μήκος κύματος από 900 έως 940 νανόμετρα.

Αυτό το σήμα IR πέφτει στον παρακείμενο φωτοανιχνευτή ο οποίος είναι κανονικά ένας φωτοτρανζίστορ NPN (που έχει μια ευαισθησία ρυθμισμένη στο ίδιο μήκος κύματος), και εκτελεί αμέσως, δημιουργώντας μια συνέχεια μεταξύ των ακροδεκτών συλλέκτη / εκπομπής.

Όπως φαίνεται στην εικόνα, το IR LED και το φωτοτρανζίστορ είναι τοποθετημένα σε παρακείμενους βραχίονες ενός πλαισίου μολύβδου.

Το πλαίσιο μολύβδου έχει τη μορφή σφράγισης λαξευμένης από λεπτό αγώγιμο λαμαρίνα που έχει αρκετούς κλάδους όπως το φινίρισμα. Τα απομονωμένα υποστρώματα που περιλαμβάνονται στην ενίσχυση της συσκευής δημιουργούνται με τη βοήθεια των εσωτερικών κλαδιών. Το αντίστοιχο pinout του DIP αναπτύσσεται αντίστοιχα από τους εξωτερικούς κλάδους.

Μόλις δημιουργηθούν οι αγώγιμες συνδέσεις μεταξύ της θήκης καλουπιού και των κατάλληλων ακίδων-πλαισίου μολύβδου, ο χώρος που περιβάλλει το IR LED και το φωτοτρανζίστορ σφραγίζεται μέσα σε μια διαφανή ρητίνη που υποστηρίζεται από IR και συμπεριφέρεται σαν «ελαφρύς σωλήνας» ή οπτικός οδηγός κύματος δύο συσκευές IR.

Το πλήρες συγκρότημα τελικά διαμορφώνεται σε μια ελαφρά ανθεκτική εποξική ρητίνη που σχηματίζει τη συσκευασία DIP. Στο τελείωμα, οι ακροδέκτες ακροδέκτη πλαισίου μολύβδου κάμπτονται τακτοποιημένα προς τα κάτω.

βασικό σύμβολο και pinout οπτικού συζεύκτη

Pinout Optocoupler

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει το διάγραμμα pinout του τυπικού optocoupler στο πακέτο DIP. Η συσκευή είναι επίσης γνωστή ως οπτο-απομονωτής, καθώς δεν υπάρχει ρεύμα μεταξύ των δύο τσιπ, μάλλον μόνο φωτεινά σήματα, και επίσης επειδή ο πομπός IR και ο ανιχνευτής IR διαθέτουν 100% ηλεκτρική μόνωση και απομόνωση.

Τα άλλα δημοφιλή ονόματα που σχετίζονται με αυτήν τη συσκευή είναι φωτοσυζευκτήρας ή φωτοσυζευγμένοι απομονωτές.

Μπορούμε να δούμε ότι η βάση του εσωτερικού τρανζίστορ IR τερματίζεται στον ακροδέκτη 6 του IC. Αυτή η βάση συνήθως αφήνεται χωρίς σύνδεση, καθώς ο κύριος σκοπός των συσκευών είναι να συνδέσει τα δύο κυκλώματα μέσω ενός απομονωμένου εσωτερικού σήματος φωτός IR.

Ομοίως, ο πείρος 3 είναι ανοιχτός ή μη συνδεδεμένος πείρος και δεν έχει σημασία. Είναι δυνατή η μετατροπή του εσωτερικού φωτοτρανζίστορ IR σε φωτοδίοδο απλά βραχυκύκλωμα και συνδέοντας τον πείρο βάσης 6 με τον πείρο 4.

Ωστόσο, η παραπάνω δυνατότητα ενδέχεται να μην είναι προσβάσιμη σε έναν οπτικοζεύκτη 4 ακίδων ή σε έναν πολυκαναλικό οπτικοζεύκτη.

Χαρακτηριστικά Optocoupler

Το Optocoupler εμφανίζει ένα πολύ χρήσιμο χαρακτηριστικό και αυτή είναι η απόδοση της ελαφριάς σύζευξης που ονομάζεται τρέχουσα αναλογία μεταφοράς ή το CTR.

Αυτή η αναλογία ενισχύεται με ένα ιδανικά αντίστοιχο φάσμα σήματος IR LED με το γειτονικό φάσμα ανίχνευσης φωτοτρανζίστορ.

Ως εκ τούτου, το CTR ορίζεται ως ο λόγος του ρεύματος εξόδου προς το ρεύμα εισόδου, σε ένα ονομαστικό επίπεδο πόλωσης μιας συγκεκριμένης συσκευής οπτικού συζεύκτη. Αντιπροσωπεύεται από ένα ποσοστό:

CTR = Iced/ ΕΓΩφάx 100%

Όταν η προδιαγραφή προτείνει CTR 100%, αναφέρεται σε μεταφορά ρεύματος εξόδου 1 mA για κάθε mA ρεύματος στο IR LED. Οι ελάχιστες τιμές για το CTR ενδέχεται να εμφανίζουν διακυμάνσεις μεταξύ 20 έως 100% για διαφορετικούς οπτοζεύκτες.

Οι παράγοντες που ενδέχεται να διαφέρουν το CTR εξαρτάται από τις στιγμιαίες προδιαγραφές της τάσης και του ρεύματος τροφοδοσίας εισόδου και εξόδου στη συσκευή.

ρεύμα εξόδου optocoupler έναντι τρέχοντα χαρακτηριστικά εισόδου

Το παραπάνω σχήμα δείχνει τη χαρακτηριστική γραφική παράσταση ενός εσωτερικού ρεύματος εξόδου του φωτοαντιγραφικού ενός φωτοσυζεύκτη (IΚΒ) έναντι ρεύματος εισόδου (Iφά) όταν εφαρμόζεται VCB 10 V στους ακροδέκτες συλλέκτη / βάσης.

Σημαντικές προδιαγραφές OptoCoupler

Μερικές από τις βασικές παραμέτρους προδιαγραφών του οπτικού συζεύκτη μπορούν να μελετηθούν από τα παρακάτω δεδομένα:

Τάση απομόνωσης (Viso) : Ορίζεται ως η απόλυτη μέγιστη τάση AC που μπορεί να υπάρχει στα στάδια του κυκλώματος εισόδου και εξόδου του οπτικού ζεύκτη, χωρίς να προκαλεί ζημιά στη συσκευή. Οι τυπικές τιμές για αυτήν την παράμετρο μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ 500 V και 5 kV RMS.

ΕΙΣΑΙ: Μπορεί να γίνει κατανοητό ως η μέγιστη τάση DC που θα μπορούσε να εφαρμοστεί στα pinouts φωτοτρανζίστορ της συσκευής. Συνήθως αυτό μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 30 και 70 βολτ.

Αν : Είναι το μέγιστο συνεχές συνεχές ρεύμα DC που μπορεί να ρέει στο IR LED ή το IΚΑΘΑΡΑ . Είναι οι τυπικές τιμές της τρέχουσας ικανότητας χειρισμού που καθορίζονται σε μια έξοδο φωτοτρανζίστορ του οπτικού συζευκτήρα, η οποία μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 40 έως 100 mA.

Ώρα άνοδος / πτώσης : Αυτή η παράμετρος καθορίζει τη λογική ταχύτητα της απόκρισης του οπτικού συζευκτήρα σε όλη την εσωτερική λυχνία IR και το φωτοτρανζίστορ. Αυτό μπορεί να είναι συνήθως από 2 έως 5 μικροδευτερόλεπτα τόσο για την άνοδο όσο και για την πτώση. Αυτό μας λέει επίσης για το εύρος ζώνης της συσκευής οπτοσυζεύκτη.

Βασική διαμόρφωση Optocoupler

βασικό διάγραμμα κύκλου οπτικού συζεύκτη και σύνδεσης ακίδων

Η παραπάνω εικόνα δείχνει ένα βασικό κύκλωμα οπτικοζεύκτη. Η ποσότητα ρεύματος που μπορεί να διέλθει μέσω του φωτοτρανζίστορ καθορίζεται από το εφαρμοζόμενο ρεύμα προκατάληψης των IR LED ή το IΚΑΘΑΡΑ, παρά το ότι είναι εντελώς χωρισμένοι.

Ενώ ο διακόπτης S1 παραμένει ανοιχτός, η ροή ρεύματος μέσω του IΚΑΘΑΡΑαναστέλλεται, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια υπέρυθρων στον φωτοτρανζίστορ.

Αυτό καθιστά τη συσκευή εντελώς ανενεργή προκαλώντας ανάπτυξη μηδενικής τάσης σε όλη την αντίσταση εξόδου R2.

Όταν το S1 είναι κλειστό, το ρεύμα επιτρέπεται να ρέει μέσω του IΚΑΘΑΡΑκαι R1.

Αυτό ενεργοποιεί το IR LED που αρχίζει να εκπέμπει σήματα IR στο φωτοτρανζίστορ επιτρέποντάς του να ανάψει, και αυτό με τη σειρά του προκαλεί την ανάπτυξη τάσης εξόδου σε ολόκληρο το R2.

Αυτό το βασικό κύκλωμα οπτικοζεύκτη θα ανταποκρίνεται ειδικά καλά στα σήματα εισόδου εναλλαγής ON / OFF.

Ωστόσο, εάν απαιτείται, το κύκλωμα μπορεί να τροποποιηθεί ώστε να λειτουργεί με αναλογικά σήματα εισόδου και να παράγει αντίστοιχα αναλογικά σήματα εξόδου.

Τύποι Optocouplers

Ο φωτοτρανζίστορ οποιουδήποτε οπτοσυζεύκτη μπορεί να συνοδεύεται από πολλές διαφορετικές αποδόσεις εξόδου και προδιαγραφές εργασίας. Το σχήμα που εξηγείται παρακάτω απεικονίζει έξι άλλες μορφές παραλλαγών οπτικών συζευκτών που έχουν τους δικούς τους συγκεκριμένους συνδυασμούς IRED και φωτοανιχνευτή εξόδου.

Optocoupler εισόδου AC

Η πρώτη παραλλαγή παραπάνω υποδηλώνει ένα σχηματικό σχήμα αμφίδρομης εισόδου και εξόδου φωτοτρανζίστορ που διαθέτει μερικά συνδεδεμένα IRED του γάλλιου-αρσενιδίου που συνδέονται πλάτη με πλάτη για τη σύνδεση σημάτων AC εισόδου και επίσης για προστασία έναντι εισόδου αντίστροφης πολικότητας.

Συνήθως αυτή η παραλλαγή μπορεί να εμφανίζει ελάχιστο CTR 20%.

οπτικό ζεύγος εξόδου photodarlington

Ο επόμενος τύπος παραπάνω απεικονίζει έναν οπτο-ζεύκτη του οποίου η έξοδος ενισχύεται με έναν ενισχυτή φωτο-darlington με βάση το πυρίτιο. Αυτό του επιτρέπει να παράγει υψηλότερο ρεύμα εξόδου σε σύγκριση με τον άλλο κανονικό οπτοζεύκτη.

Λόγω του στοιχείου Darlington στην έξοδο, αυτός ο τύπος οπτικών ζεύξεων είναι σε θέση να παράγει τουλάχιστον 500% CTR όταν η τάση συλλέκτη-προς-πομπό είναι περίπου 30 έως 35 βολτ. Αυτό το μέγεθος φαίνεται να είναι περίπου δέκα φορές υψηλότερο από έναν κανονικό οπτοζεύκτη.

Ωστόσο, αυτές μπορεί να μην είναι τόσο γρήγορες όσο οι άλλες κανονικές συσκευές και αυτό μπορεί να είναι μια σημαντική ανταλλαγή ενώ εργάζεστε με ένα ζεύκτη φωτοδέρλινγκτον.

Επίσης, μπορεί να έχει μειωμένη ποσότητα του αποτελεσματικού εύρους ζώνης κατά περίπου έναν παράγοντα δέκα. Βιομηχανικές τυποποιημένες εκδόσεις των οπτικών ζεύξεων φωτογραφιών Darlington είναι 4N29 έως 4N33 και 6N138 και 6N139.

Μπορείτε επίσης να τα αποκτήσετε ως ζεύκτες διπλού και τετραπλού καναλιού.

αμφίδρομος γραμμικός οπτικός συζευκτήρας εξόδου

Το τρίτο σχηματικό παραπάνω δείχνει έναν οπτικό ζεύκτη με IRED και έναν φωτοαισθητήρα MOSFET με αμφίδρομη γραμμική έξοδο. Το εύρος τάσης απομόνωσης αυτής της παραλλαγής μπορεί να είναι τόσο υψηλό όσο 2500 βολτ RMS. Το εύρος τάσης κατανομής μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 15 και 30 βολτ, ενώ οι χρόνοι ανόδου και πτώσης είναι περίπου 15 μικροδευτερόλεπτα ο καθένας.

Οπτικοζεύκτης εξόδου photoSCR

Η επόμενη παραλλαγή δείχνει μια βασική SCR ή θυρίστορ βασισμένος στον οπτικό φωτοαισθητήρα. Εδώ η έξοδος ελέγχεται μέσω SCR. Η τάση απομόνωσης των ζεύξεων τύπου OptoSCR είναι συνήθως περίπου 1000 έως 4000 βολτ RMS. Διαθέτει ελάχιστες τάσεις αποκλεισμού 200 έως 400 V. Τα υψηλότερα ρεύματα ενεργοποίησης (Iπρ) μπορεί να είναι περίπου 10 mA.

optocoupler εξόδου photoTriac

Η παραπάνω εικόνα εμφανίζει έναν οπτικό συζευκτήρα με έξοδο φωτοτρίου. Αυτοί οι συζεύκτες εξόδου με βάση το Thyristor διαθέτουν γενικά τάσεις μπλοκαρίσματος προς τα εμπρός (VDRM) 400 V.

Οπτικό ζεύγος εξόδου Schmitt

Διατίθενται επίσης Optocouplers με ιδιοκτησία Schmitt. Αυτός ο τύπος οπτικού συζευκτήρα εμφανίζεται παραπάνω που περιλαμβάνει έναν οπτοαισθητήρα βασισμένο σε IC που έχει ένα Schmitt trigger IC που θα μετατρέψει ένα ημιτονοειδές κύμα ή οποιαδήποτε μορφή παλμικού σήματος εισόδου σε ορθογώνια τάση εξόδου.

Αυτές οι συσκευές που βασίζονται σε φωτοανιχνευτές IC έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σαν κύκλωμα πολλαπλών δονητών. Οι τάσεις απομόνωσης μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ 2500 έως 4000 volt.

Το ρεύμα ενεργοποίησης καθορίζεται συνήθως μεταξύ 1 και 10 mA. Τα ελάχιστα και μέγιστα επίπεδα τροφοδοσίας λειτουργίας κυμαίνονται μεταξύ 3 και 26 βολτ και η μέγιστη ταχύτητα ταχύτητας δεδομένων (NRZ) είναι 1 MHz.

Κυκλώματα εφαρμογής

Η εσωτερική λειτουργία των οπτικών ζεύξεων είναι ακριβώς παρόμοια με τη λειτουργία ενός συγκροτήματος πομπού και δέκτη IR που έχει ρυθμιστεί διακριτικά.

Έλεγχος ρεύματος εισόδου

Όπως και κάθε άλλο LED, το IR LED ενός οπτικού συζευκτήρα χρειάζεται επίσης μια αντίσταση για τον έλεγχο του ρεύματος εισόδου σε ασφαλή όρια. Αυτή η αντίσταση μπορεί να συνδεθεί με δύο βασικούς τρόπους με το LED οπτικού συζεύκτη, όπως φαίνεται παρακάτω:

πώς να συνδέσετε την αντίσταση με LED πλευρικής εισόδου οπτικού συζεύκτη

Η αντίσταση μπορεί να προστεθεί εν σειρά είτε με τον ακροδέκτη ανόδου (a) είτε με τον ακροδέκτη καθόδου (b) του IRED.

AC Optocoupler

Στις προηγούμενες συζητήσεις μας μάθαμε ότι για την είσοδο εναλλασσόμενου ρεύματος, συνιστάται ο οπτικοζεύκτης AC. Ωστόσο, οποιοσδήποτε τυπικός οπτικός συζευκτήρας μπορεί επίσης να ρυθμιστεί με ασφάλεια με είσοδο εναλλασσόμενου ρεύματος προσθέτοντας μια εξωτερική δίοδο στις ακίδες εισόδου IRED όπως αποδεικνύεται στο παρακάτω διάγραμμα.

προστασία έναντι αντίστροφης τάσης εισόδου για οπτικό ζεύκτη

Αυτός ο σχεδιασμός εξασφαλίζει επίσης ασφάλεια για τη συσκευή έναντι τυχαίων συνθηκών αντίστροφης τάσης εισόδου.

Ψηφιακή ή αναλογική μετατροπή

Προκειμένου να επιτευχθεί μια ψηφιακή ή αναλογική μετατροπή στην έξοδο του οπτικού συζεύκτη, μπορεί να προστεθεί μια αντίσταση σε σειρά με τον πείρο συλλέκτη οπτοδιαβιβαστών ή τον πείρο εκπομπού αντίστοιχα, όπως φαίνεται παρακάτω:

πώς να ρυθμίσετε την αντίσταση σε τρανζίστορ εξόδου οπτικοσυζεύκτη

Μετατροπή σε Photo-Transistor ή Photo-Diode

Όπως υποδεικνύεται παρακάτω, ένας συνηθισμένος φωτο-τρανζίστορ εξόδου 6-ακίδων οπτικού συζευκτήρα DIP μπορεί να μετατραπεί σε έξοδο φωτοδιόδου συνδέοντας τον ακροδέκτη βάσης 6 του τρανζίστορ του φωτο-τρανζίστορ με τη γείωση και διατηρώντας τον πομπό μη συνδεδεμένο ή βραχυκυκλώνοντάς τον με τον πείρο 6 .

Αυτή η διαμόρφωση προκαλεί σημαντική αύξηση του χρόνου ανόδου του σήματος εισόδου, αλλά επίσης οδηγεί σε δραστική μείωση της τιμής CTR σε 0,2%.

πώς να μετατρέψετε τον φωτοτρανζίστορ εξόδου οπτικοζεύκτη σε φωτοδίοδο

Ψηφιακή διασύνδεση Optocoupler

Τα Optocouplers μπορούν να είναι άριστα όταν πρόκειται για διασύνδεση ψηφιακού σήματος, που λειτουργούν σε διάφορα επίπεδα τροφοδοσίας.

Τα Optocouplers μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διασύνδεση ψηφιακών IC σε όμοια οικογένεια TTL, ECL ή CMOS, και επίσης σε αυτές τις οικογένειες chip.

Τα Optocouplers είναι επίσης τα αγαπημένα όταν πρόκειται για διασύνδεση προσωπικών υπολογιστών ή μικροελεγκτών με άλλους υπολογιστές mainframe ή φορτία όπως κινητήρες, ρελέ , ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, λαμπτήρες κ.λπ. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει το διάγραμμα διασύνδεσης ενός οπτοζεύκτη με κυκλώματα TTL.

Διασύνδεση TTL IC με Optocoupler

πώς να διασυνδέσετε τον οπτικοζεύκτη με πύλες TTL

Εδώ μπορούμε να δούμε ότι το IRED του οπτικού ζεύκτη είναι συνδεδεμένο κατά μήκος της εξόδου + 5V και της πύλης TTL, αντί για τον συνηθισμένο τρόπο που βρίσκεται μεταξύ της εξόδου TTL και της γείωσης.

Αυτό συμβαίνει επειδή οι πύλες TTL έχουν βαθμολογία για την παραγωγή πολύ χαμηλών ρευμάτων εξόδου (περίπου 400 uA), αλλά καθορίζονται για να βυθίζουν ρεύμα σε αρκετά υψηλό ρυθμό (16 mA). Επομένως, η παραπάνω σύνδεση επιτρέπει το βέλτιστο ρεύμα ενεργοποίησης για IRED όποτε το TTL είναι χαμηλό. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι η απόκριση εξόδου θα αντιστραφεί.

Ένα άλλο μειονέκτημα που υπάρχει με την έξοδο πύλης TTL είναι ότι, όταν η έξοδος του είναι ΥΨΗΛΗ ή λογική 1, μπορεί να παράγει περίπου επίπεδο 2,5 V, το οποίο μπορεί να μην είναι αρκετό για να απενεργοποιήσετε πλήρως το IRED. Πρέπει να είναι τουλάχιστον 4,5 V ή 5 V για να ενεργοποιήσετε την πλήρη απενεργοποίηση του IRED.

Για να διορθωθεί αυτό το ζήτημα, περιλαμβάνεται το R3 το οποίο διασφαλίζει ότι το IRED σβήνει εντελώς κάθε φορά που η έξοδος πύλης TTL γυρίζει ΥΨΗΛΗ ακόμη και με 2,5 V.

Ο ακροδέκτης εξόδου συλλέκτη του οπτικού συζεύκτη είναι ορατός μεταξύ της εισόδου και της γείωσης του TTL IC. Αυτό είναι σημαντικό επειδή μια είσοδος πύλης TTL πρέπει να είναι επαρκώς γειωμένη τουλάχιστον κάτω από 0,8 V στα 1,6 mA για να ενεργοποιηθεί η σωστή λογική 0 στην έξοδο πύλης. Πρέπει να σημειωθεί ότι η ρύθμιση που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα επιτρέπει μια μη αναστρέψιμη απόκριση στην έξοδο.

Διασύνδεση CMOS IC με Optocoupler

Σε αντίθεση με το αντίστοιχο TTL, οι έξοδοι CMOS IC έχουν τη δυνατότητα να εντοπίζουν και να βυθίζουν επαρκή μεγέθη ρεύματος έως και πολλά mAs χωρίς πρόβλημα.

Επομένως, αυτά τα IC μπορούν να διασυνδεθούν εύκολα με το οπτικό ζεύγος IRED είτε στη λειτουργία νεροχύτη είτε στη λειτουργία πηγής όπως φαίνεται παρακάτω.

πώς να διασυνδέσετε τον οπτικό ζεύκτη με πύλες CMOS

Ανεξάρτητα από το ποια διαμόρφωση έχει επιλεγεί στην πλευρά εισόδου, το R2 στην πλευρά εξόδου πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να επιτρέπει μια πλήρη εναλλαγή τάσης εξόδου μεταξύ των λογικών καταστάσεων 0 και 1 στην έξοδο πύλης CMOS.

Διασύνδεση μικροελεγκτή Arduino και BJT με Optocoupler

πώς να διασυνδέσετε το optocoupler με τα στάδια Arduino και BJT

Το παραπάνω σχήμα δείχνει πώς να διασυνδέσετε έναν μικροελεγκτή ή Arduino σήμα εξόδου (5 βολτ, 5 mA) με σχετικά υψηλό φορτίο ρεύματος μέσω σταδίων οπτικού συζεύκτη και BJT.

Με λογική HIGH + 5V από το Arduino, ο οπτικός συζεύκτης IRED και ο φωτοτρανζίστορ παραμένουν απενεργοποιημένοι και αυτό επιτρέπει στα Q1, Q2 και τον κινητήρα φορτίου να παραμείνουν ενεργοποιημένοι.

Τώρα, μόλις η έξοδος Arduino μειωθεί, ο οπτικός συζεύκτης IRED ενεργοποιείται και ανάβει το φωτοτρανζίστορ. Αυτό στηρίζει αμέσως τη βασική πόλωση του Q1, απενεργοποιώντας το Q1, Q2 και τον κινητήρα.

Διασύνδεση αναλογικών σημάτων με Optocoupler

Ένας οπτοζεύκτης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για διασύνδεση αναλογικών σημάτων σε δύο στάδια κυκλώματος καθορίζοντας ένα κατώφλι ρεύμα μέσω του IRED και στη συνέχεια διαμορφώνοντάς το με το εφαρμοζόμενο αναλογικό σήμα.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτή η τεχνική για τη σύνδεση ενός αναλογικού ηχητικού σήματος.

πώς να διασυνδέσετε τον οπτικό ζεύκτη με αναλογικό σήμα ήχου

Το op amp IC2 έχει διαμορφωθεί ως κύκλωμα παρακολούθησης τάσης κέρδους ενότητας. Το IRED του οπτο-ζεύκτη μπορεί να θεωρηθεί συναρμολογημένο στον βρόχο αρνητικής ανάδρασης.

Αυτός ο βρόχος προκαλεί την τάση σε ολόκληρο το R3 (και συνεπώς το ρεύμα μέσω του IRED) να ακολουθήσει με ακρίβεια ή να παρακολουθήσει την τάση που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη # 3 του op amp, που είναι ο μη αντιστρεπτικός πείρος εισόδου.

Αυτός ο ακροδέκτης 3 του op είναι ρυθμισμένος στη μισή τάση τροφοδοσίας μέσω R1, R2 δυνητικού δικτύου διαχωριστή. Αυτό επιτρέπει στο pin3 να διαμορφωθεί με σήματα AC τα οποία μπορεί να είναι ένα ηχητικό σήμα και προκαλεί τον IRED φωτισμό να μεταβάλλεται ανάλογα με αυτόν τον ήχο ή το αναλογικό αναλογικό σήμα.

Το ρεύμα ηρεμίας ή το ρεύμα ρελαντί για το ρεύμα IRED επιτυγχάνεται στα 1 έως 2 mA μέσω R3.

Στην πλευρά εξόδου του οπτικού συζεύκτη, το ρεύμα ηρεμίας καθορίζεται από τον φωτοτρανζίστορ. Αυτό το ρεύμα αναπτύσσει μια τάση στο ποτενσιόμετρο R4 της οποίας η τιμή πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε να παράγει μια ηρεμία έξοδο η οποία είναι επίσης ίση με τη μισή τάση τροφοδοσίας.

Το ισοδύναμο σήματος εξόδου ήχου εξόδου παρακολούθησης εξάγεται σε ποτενσιόμετρο R4 και αποσυνδέεται μέσω C2 για περαιτέρω επεξεργασία.

Διασύνδεση Triac με Optocoupler

Τα Optocouplers μπορούν να χρησιμοποιηθούν ιδανικά για τη δημιουργία ενός τέλεια απομονωμένου συνδέσμου σε ένα κύκλωμα ελέγχου χαμηλού DC και ένα κύκλωμα ελέγχου triac βασισμένο σε υψηλής τάσης AC.

Συνιστάται να διατηρείτε τη γείωση της εισόδου DC συνδεδεμένη σε μια σωστή γραμμή γείωσης.

Η πλήρης ρύθμιση μπορεί να προβληθεί στο ακόλουθο διάγραμμα:

πώς να διασυνδέσετε τον οπτικό ζεύκτη με μηδενική διασταύρωση triac και αντίσταση φορτίου

Ο παραπάνω σχεδιασμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα απομονωμένο έλεγχος των λαμπτήρων εναλλασσόμενου ρεύματος , θερμαντήρες, κινητήρες και άλλα παρόμοια φορτία. Αυτό το κύκλωμα δεν είναι ρυθμισμένο με μηδενική διέλευση, που σημαίνει ότι η σκανδάλη εισόδου θα προκαλέσει την αλλαγή του triac σε οποιοδήποτε σημείο της κυματομορφής AC.

Εδώ το δίκτυο που σχηματίζεται από τα R2, D1, D2 και C1 δημιουργεί διαφορά δυναμικού 10 V που προέρχεται από την είσοδο γραμμής AC. Αυτή η τάση χρησιμοποιείται για ενεργοποιώντας το triac έως το Q1 όποτε η πλευρά εισόδου είναι ΕΝΕΡΓΗ κλείνοντας το διακόπτη S1. Σημασία όσο το S1 είναι ανοιχτό, ο οπτικός συζεύκτης είναι απενεργοποιημένος λόγω μηδενικής προκατάληψης βάσης για το Q1, το οποίο διατηρεί το triac απενεργοποιημένο.

Τη στιγμή που το S1 είναι κλειστό, ενεργοποιεί το IRED, το οποίο ενεργοποιεί το Q1. Το Q1 στη συνέχεια συνδέει το 10 V DC στην πύλη του triac που ενεργοποιεί το triac ON και τελικά ενεργοποιεί επίσης το συνδεδεμένο φορτίο.

πώς να διασυνδέσετε τον οπτικό ζεύκτη με μηδενική διέλευση triac και επαγωγικό φορτίο

Το επόμενο κύκλωμα έχει σχεδιαστεί με έναν μονολιθικό διακόπτη μηδενικής τάσης πυριτίου, το CA3059 / CA3079. Αυτό το κύκλωμα επιτρέπει στο triac να ενεργοποιείται συγχρόνως, δηλαδή μόνο κατά τη διάρκεια του διέλευση μηδενικής τάσης της κυματομορφής κύκλου AC.

Όταν πατηθεί το S1, το opamp αποκρίνεται σε αυτό μόνο εάν ο κύκλος AC εισόδου triac είναι κοντά σε μερικά mV κοντά στη γραμμή μηδενικής διέλευσης. Εάν η σκανδάλη εισόδου γίνεται ενώ το AC δεν βρίσκεται κοντά στη γραμμή μηδενικής διέλευσης, τότε ο ενισχυτής περιμένει έως ότου η κυματομορφή φτάσει στη διασταύρωση μηδέν και μόνο τότε ενεργοποιεί το triac μέσω θετικής λογικής από το pin4.

Αυτό το χαρακτηριστικό μεταγωγής μηδενικής διέλευσης προστατεύει τη συνδεδεμένη από ξαφνική τεράστια αύξηση και άνοδο ρεύματος, καθώς η ενεργοποίηση γίνεται στο επίπεδο μηδενικής διέλευσης και όχι όταν το AC βρίσκεται στις υψηλότερες κορυφές του.

Αυτό εξαλείφει επίσης τον περιττό θόρυβο RF και τις διαταραχές στο ηλεκτροφόρο καλώδιο. Αυτός ο διακόπτης μηδενικής διέλευσης με βάση το οπτικό ζεύγος triac μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για την κατασκευή SSR ή ρελέ στερεάς κατάστασης .

Εφαρμογή PhotoSCR και PhotoTriacs Optocoupler

Τα Optocouplers που έχουν τον φωτοανιχνευτή τους με τη μορφή photoSCR και photo-Triac-output γενικά βαθμολογούνται με χαμηλότερο ρεύμα εξόδου.

Ωστόσο, σε αντίθεση με άλλες συσκευές οπτικού συζεύκτη, το optoTriac ή το optoSCR διαθέτουν μια αρκετά υψηλή ικανότητα χειρισμού ρεύματος κύματος (παλμική) που μπορεί να είναι πολύ υψηλότερη από τις ονομαστικές τιμές RMS.

Για οπτικούς συζεύκτες SCR, η προδιαγραφή ρεύματος κύματος μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 5 αμπέρ, αλλά αυτό μπορεί να έχει τη μορφή πλάτους παλμού 100 μικροδευτερόλεπτα και κύκλου λειτουργίας όχι περισσότερο από 1%.

Με τους triac optocouplers, η προδιαγραφή υπέρτασης μπορεί να είναι 1,2 αμπέρ, η οποία πρέπει να διαρκεί μόνο για παλμό 10 μικροδευτερολέπτων με μέγιστο κύκλο λειτουργίας 10%.

Οι ακόλουθες εικόνες δείχνουν μερικά κυκλώματα εφαρμογής χρησιμοποιώντας triac optocouplers.

Κυκλώματα εφαρμογής photoTriac και photoSCR

Στο πρώτο διάγραμμα, το photoTriac φαίνεται διαμορφωμένο ώστε να ενεργοποιεί τη λάμπα απευθείας από τη γραμμή AC. Εδώ ο λαμπτήρας πρέπει να έχει ονομαστική τιμή μικρότερη από 100 mA RMS και μέγιστη αναλογία ρεύματος εισόδου χαμηλότερη από 1,2 αμπέρ για ασφαλή λειτουργία του οπτικού ζεύκτη.

Ο δεύτερος σχεδιασμός δείχνει πώς μπορεί να διαμορφωθεί ο optocoupler photoTriac για την ενεργοποίηση ενός σκλάβου Triac και, στη συνέχεια, την ενεργοποίηση ενός φορτίου σύμφωνα με οποιαδήποτε προτιμώμενη βαθμολογία ισχύος. Αυτό το κύκλωμα συνιστάται να χρησιμοποιείται μόνο με ανθεκτικά φορτία όπως λαμπτήρες πυρακτώσεως ή θερμαντικά στοιχεία.

Η τρίτη εικόνα παραπάνω δείχνει πώς μπορούν να τροποποιηθούν τα δύο άνω κυκλώματα χειρισμός επαγωγικών φορτίων σαν κινητήρες. Το κύκλωμα αποτελείται από R2, C1 και R3 που δημιουργούν μετατόπιση φάσης στο δίκτυο κίνησης πύλης του Triac.

Αυτό επιτρέπει στο triac να περάσει από μια σωστή ενεργοποίηση. Το Resistor R4 και C2 εισάγονται ως δίκτυο snubber για την καταστολή και τον έλεγχο των αιχμών λόγω επαγωγικών EMFs ..

Σε όλες τις παραπάνω εφαρμογές, το R1 πρέπει να έχει τέτοιες διαστάσεις έτσι ώστε το IRED να διαθέτει τουλάχιστον 20 mA προς τα εμπρός ρεύμα για σωστή ενεργοποίηση του φωτοανιχνευτή triac.

Εφαρμογή μετρητή ταχύτητας ή ανιχνευτή στροφών

με χρήση οπτικών ζεύξεων για ανίχνευση ταχύτητας και μετρητές RPM

Τα παραπάνω σχήματα εξηγούν μερικές μοναδικές προσαρμοσμένες μονάδες οπτικών συζευκτών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές μετρητή ταχύτητας ή RPM.

Η πρώτη ιδέα δείχνει μια προσαρμοσμένη διάταξη συζευκτήρα-διακόπτη με σχισμές. Μπορούμε να δούμε μια σχισμή με τη μορφή ενός διακένου αέρα μεταξύ του IRED και του φωτοτρανζίστορ, τα οποία είναι τοποθετημένα σε ξεχωριστά κιβώτια που βλέπουν το ένα το άλλο απέναντι από την υποδοχή του διακένου αέρα.

Κανονικά το υπέρυθρο σήμα μπορεί να περάσει πέρα ​​από την υποδοχή χωρίς κανένα μπλοκάρισμα κατά την τροφοδοσία της μονάδας. Γνωρίζουμε ότι τα υπέρυθρα σήματα μπορούν να αποκλειστούν εντελώς τοποθετώντας ένα αδιαφανές αντικείμενο στη διαδρομή του. Στην εφαρμογή που συζητήθηκε όταν ένα εμπόδιο όπως οι ακτίνες των τροχών επιτρέπεται να μετακινηθεί μέσω της εγκοπής, προκαλεί διακοπές στη διέλευση των σημάτων IR.

Αυτά μετατρέπονται στη συνέχεια σε συχνότητα ρολογιού στην έξοδο των τερματικών φωτοτρανζίστορ. Αυτή η συχνότητα ρολογιού εξόδου θα ποικίλει ανάλογα με την ταχύτητα του τροχού και θα μπορούσε να υποβληθεί σε επεξεργασία για τις απαιτούμενες μετρήσεις. .

Η υποδεικνυόμενη υποδοχή μπορεί να έχει πλάτος 3 mm (0,12 ίντσες). Το φωτοτρανζίστορ που χρησιμοποιείται μέσα στη μονάδα έχει φωτοτρανζίστορ θα πρέπει να καθοριστεί με ελάχιστο CTR περίπου 10% στην κατάσταση «ανοιχτής».

Η ενότητα είναι στην πραγματικότητα ένα αντίγραφο ενός τυπικός οπτοζεύκτης Έχοντας ενσωματωμένο IR και φωτοαντίσταση, η μόνη διαφορά είναι, εδώ συναρμολογούνται διακριτικά μέσα σε ξεχωριστά κουτιά με μια σχισμή διακένου αέρα που τους χωρίζει.

Η πρώτη ενότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της περιστροφής ή σαν μετρητής περιστροφής. Κάθε φορά που η γλωττίδα του τροχού διασχίζει την υποδοχή του οπτικού συζεύκτη, ο φωτοτρανζίστορ απενεργοποιείται δημιουργώντας μία μόνο μέτρηση.

Η συνημμένη δεύτερη σχεδίαση δείχνει μονάδα οπτικοσυζεύκτη σχεδιασμένη να ανταποκρίνεται σε ανακλώμενα σήματα υπερύθρων.

Το IRED και το φωτοτρανζίστορ εγκαθίστανται σε ξεχωριστά διαμερίσματα στη μονάδα έτσι ώστε κανονικά να μην μπορούν να «βλέπουν» ο ένας τον άλλον. Ωστόσο, οι δύο συσκευές είναι τοποθετημένες με τέτοιο τρόπο ώστε και οι δύο να μοιράζονται μια κοινή γωνία εστίασης που απέχει 5 mm (0,2 ίντσες).

Αυτό επιτρέπει στη μονάδα διακοπής να εντοπίζει κοντινά κινούμενα αντικείμενα που δεν μπορούν να εισαχθούν σε λεπτή σχισμή. Αυτός ο τύπος της οπτικής μονάδας ανακλαστήρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταμέτρηση της διέλευσης μεγάλων αντικειμένων πάνω από μεταφορικούς ιμάντες ή αντικείμενα που γλιστρούν κάτω από έναν σωλήνα τροφοδοσίας.

Στο δεύτερο σχήμα παραπάνω μπορούμε να δούμε ότι η μονάδα εφαρμόζεται ως μετρητής περιστροφής που ανιχνεύει τα ανακλώμενα σήματα IR μεταξύ του IRED και του φωτοτρανζίστορ μέσω των ανακλαστήρων καθρέφτη τοποθετημένων στην αντίθετη επιφάνεια του περιστρεφόμενου δίσκου.

Ο διαχωρισμός μεταξύ της μονάδας οπτικού συζεύκτη και του δίσκου περιστροφής ισούται με το εστιακό μήκος των 5 mm του ζεύγους ανιχνευτή πομπού.

Οι ανακλαστικές επιφάνειες του τροχού μπορούν να κατασκευαστούν με μεταλλικό χρώμα ή ταινία ή γυαλί. Αυτές οι προσαρμοσμένες διακριτές μονάδες οπτικών ζεύξεων θα μπορούσαν επίσης να εφαρμοστούν αποτελεσματικά μέτρηση ταχύτητας άξονα κινητήρα , και άξονας κινητήρα RPM ή περιστροφή ανά λεπτό μέτρηση κ.λπ. Η παραπάνω επεξηγούμενη ιδέα διακοπτών φωτογραφιών και φωτοαντακλαστήρων μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε συσκευή ανίχνευσης οπτικών όπως συσκευές photodarlington, photoSCR και photoTriac, σύμφωνα με τις προδιαγραφές διαμόρφωσης κυκλώματος εξόδου.

Συναγερμός εισβολής πόρτας / παραθύρου

Η παραπάνω επεξηγούμενη μονάδα διακοπής οπτικοαπολύτη μπορεί επίσης να είναι αποτελεσματικά ως συναγερμός εισβολής πόρτας ή παραθύρου, όπως φαίνεται παρακάτω:

Αυτό το κύκλωμα είναι πιο αποτελεσματικό και πιο εύκολο στην εγκατάσταση από το συμβατικό συναγερμός εισβολής μαγνητικού ρελέ τύπου .

Εδώ το κύκλωμα χρησιμοποιεί χρονόμετρα IC 555 ως χρονοδιακόπτη μίας βολής για τον ήχο του συναγερμού.

Η σχισμή διακένου αέρα του οπτικοαπολυτήρα είναι μπλοκαρισμένη με ένα μοχλό σύνδεσης, το οποίο είναι επίσης ενσωματωμένο στο παράθυρο ή στην πόρτα.

Σε περίπτωση που η πόρτα ανοίξει ή ανοίξει το παράθυρο, αφαιρείται το μπλοκάρισμα στην υποδοχή και το LED IR φτάνει στους φωτοτρανζίστορ και ενεργοποιεί τη μία λήψη μονοσταθερή σκηνή IC 555 .

Το IC 555 ενεργοποιεί αμέσως την πιεζοηλεκτρική ειδοποίηση σχετικά με την εισβολή.




Προηγούμενο: Κυκλώματα LDR και αρχή λειτουργίας Επόμενο: Κύκλωμα προειδοποίησης πάγου για αυτοκίνητα