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Fotocoauplers, Opto-Coupers e Opto-Isolators hanno spiegato

Nel mondo dell'elettronica, è davvero importante assicurarsi che i segnali possano spostarsi senza intoppi e in sicurezza da un circuito all'altro, specialmente quando questi circuiti funzionano con diversi livelli di tensione o sono influenzati dal rumore elettrico.I fotocopuntatori, che sono anche chiamati accoppiatori o isolatori optocoli, aiutano a far sì che ciò accada.Questi piccoli dispositivi usano la luce per inviare segnali tra i circuiti mantenendoli separati, il che aiuta a proteggere le parti sensibili dai danni.In questo articolo, esploreremo come funzionano i fotocopuntori, dove vengono utilizzati e perché oggi sono così utili in elettronica.

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Figura 1: componente fotocopleele

Comprendere i fotocopuntatori

Fotocoplettieri, chiamati anche opto accoppiatori o optoisolatori, sono dispositivi che consentono ai segnali di passare da un circuito elettrico all'altro mantenendoli separati l'uno dall'altro.Il lavoro principale di un fotocoplegnatore è assicurarsi che i segnali di un circuito non interferiscano con un altro, specialmente quando i circuiti hanno livelli di tensione diversi o quando un circuito potrebbe avere un rumore elettrico.Questa separazione viene eseguita usando la luce, quindi il segnale può essere trasmesso senza un collegamento elettrico diretto.

Figura 2: vista trasversale e simbolo di un fotoco accoppiatore

Parti di un fotocoplegnatore

Un fotocoplement ha due parti principali:

Diodo a emissione di luce (LED): La prima parte è il LED, che si trova sul lato di input.Questo LED prende il segnale elettrico e lo trasforma in luce, di solito nell'intervallo a infrarossi.La luce a infrarossi viene spesso utilizzata perché funziona bene per questo scopo ed è facile da rilevare per la parte successiva.

FotoDetector: La seconda parte è il fotodettore, che si trova sul lato di uscita.Il fotoDetector riceve la luce dal LED e la trasforma in un segnale elettrico.Il fotoDetettore può essere diversi tipi di dispositivi, come un fototransistor, il fotodiodo o il fotodarlington.Il tipo di fotoDetettore utilizzato influisce sulla velocità con cui viene elaborato il segnale, quanto è sensibile e quanto sarà forte il segnale di uscita.

Sia il LED che il fotoDetettore sono all'interno di un pacchetto, che di solito sembra un piccolo circuito integrato (IC).Il LED e il fotoDetettore sono separati fisicamente, il che è molto importante perché assicura che i circuiti di ingresso e uscita non siano collegati direttamente.Questa separazione mantiene i circuiti sicuri da problemi elettrici come l'alta tensione o il rumore che potrebbero danneggiare le parti sensibili.

Come funzionano i fotocoplettieri?

Un fotoco accoppiatore è un dispositivo che consente a un segnale di muovere tra due circuiti separati mantenendoli elettricamente separati l'uno dall'altro.Questa separazione è molto utile per proteggere le delicate parti a bassa tensione da picchi ad alta tensione e interferenze elettriche.Il processo si avvia quando viene applicata una tensione al circuito di ingresso, che alimenta un LED (diodo che emette la luce) all'interno del fotocoplenamento.Questo LED si illumina, di solito emettendo la luce a infrarossi, che è meno probabile che sia disturbato dalle influenze esterne.La luce quindi viaggia attraverso una barriera isolante per raggiungere il fotodettore sul lato di uscita.Il fotoDetector, che potrebbe essere un fotodiodo, fototransistor o fototiristico, cattura questa luce e la cambia in un segnale elettrico.Questo nuovo segnale elettrico viene quindi inviato al circuito di uscita.

IL strato isolante Tra il LED e il fotoDetettore c'è ciò che mantiene separati i circuiti di ingresso e uscita.Questa separazione aiuta a proteggere le parti a bassa tensione dall'essere danneggiate da picchi ad alta tensione o rumore elettrico.La luce che passa attraverso lo strato isolante consente al segnale di spostarsi da un lato all'altro senza alcun contatto fisico o elettrico, rendendo sicuro che i circuiti comunicano tra loro.

Una volta che il fotoDetector riceve la luce dal LED, converte la luce in un segnale elettrico.Questo segnale di uscita è elettronicamente uguale al segnale di ingresso, ma potrebbe essere amplificato o regolato, a seconda di ciò per cui è necessario.Il segnale viene quindi utilizzato dal circuito di uscita per eseguire l'attività richiesta.

Applicazioni di fotocoplessori

Gli accoppiatori sono ampiamente utilizzati in vari dispositivi elettronici perché forniscono sia l'isolamento che la trasmissione del segnale trasparente.

Nella protezione della sicurezza, gli accoppiatori di fotocoplesso fungono da barriera tra circuiti ad alta tensione e bassa tensione.Questo isolamento impedisce le sovratensioni ad alta tensione di danneggiare le parti sensibili, che è molto utile nelle impostazioni in cui i picchi di potenza sono comuni.

Quando si tratta di ridurre il rumore, gli accoppiatori delle fotoculi sono incredibilmente utili.Aiutano a ridurre al minimo gli effetti delle interferenze elettriche, assicurandosi che il segnale inviato rimane chiaro e costante.

Nei circuiti di interfaccia, gli accoppiatori delle fotocoplessori rendono possibile per diverse parti di un sistema che funzionano a diversi livelli di tensione per comunicare in modo sicuro.Utilizzando un fotocoplemento, è possibile collegare i circuiti senza il rischio di danni dalle differenze di tensione.

Gli accoppiatori delle fotocoplettieri sono anche una parte fondamentale della commutazione degli alimentatori.In queste applicazioni, mantengono le parti di controllo separate dalle uscite ad alta tensione, garantendo che i segnali di controllo rimangono stabili e affidabili anche in condizioni elettriche difficili.

Pacchetti Opto-Couperler e Opto-Isolator

Figura 3: pacchetti Opto-Couperler e Opto-Isolator

I fotocopuntatori, noti anche come accoppiatori di opto o isolatori opto, sono parti elettroniche che usano la luce per inviare segnali elettrici tra due circuiti che devono essere tenuti separati.Questa separazione aiuta a evitare che alte tensioni danneggino il circuito che riceve il segnale.Il design e l'imballaggio di queste parti cambiano a seconda che vengano utilizzati in situazioni a bassa tensione o ad alta tensione.

Applicazioni a bassa tensione: Nelle configurazioni a bassa tensione, gli accoppiatori di opto si trovano di solito in pacchetti che sembrano i circuiti integrati a doppia linea (Dil) standard (ICS) o i pacchetti di circuiti integrati (SOIC) di piccoli schemi.Questi formati sono comunemente usati nella tecnologia Surface Mount (SMT), rendendoli facili da adattarsi ai moderni design elettronici compatti.L'imballaggio consente di essere facilmente incluso nella parte nei circuiti stampati (PCB) pur mantenendo sezioni diverse di un circuito.

Applicazioni ad alta tensione: Per situazioni ad alta tensione, gli opto isolatori sono spesso progettati con imballaggi più forti per gestire tensioni di isolamento più elevate.Questi pacchetti potrebbero essere rettangolari o cilindrici e sono realizzati per fornire maggiore protezione rispetto ai pacchetti IC standard.Questa funzione è utile nei sistemi di alimentazione o in altre configurazioni in cui la differenza di tensione tra i circuiti può essere grande, che richiede ulteriori misure di sicurezza.

Terminologia e simboli di fotocopletà

Figura 4: Schema del circuito Simbolo di un fotoco accoppiatore

Mentre "Opto-Couperler" e "Opto-Isolator" sono spesso usati per significare la stessa cosa, ci sono piccole differenze tra loro in base a come vengono utilizzati:

Coppia opto Di solito si riferisce alle parti utilizzate nei sistemi in cui la differenza di tensione tra i circuiti non va oltre 5.000 volt.Queste parti vengono spesso utilizzate per l'invio di segnali analogici o digitali su circuiti separati in diverse configurazioni elettroniche.

Opto isolatori sono appositamente realizzati per l'uso in sistemi ad alta potenza in cui la differenza di tensione può essere superiore a 5.000 volt.Il lavoro principale è simile - per inviare segnali mantenendo la separazione elettrica, ma queste parti sono fatte per gestire le configurazioni elettriche più esigenti trovate nella distribuzione dell'energia e nei sistemi industriali.

Nei diagrammi a circuito, il simbolo di un accoppiatore opto mostra in genere un LED (che funge da trasmettitore) da un lato e un fototransistor o Photodarlington (che funge da ricevitore) dall'altro.Questo simbolo mostra come funziona la parte all'interno, mostrando come la luce viene utilizzata per creare un collegamento elettrico tra i circuiti separati.Il LED emana la luce quando la corrente scorre attraverso di esso, che viene quindi raccolta dal fototransistore, permettendo al segnale di passare attraverso mantenendo i circuiti separati elettricamente.

Specifiche chiave dei fotocoplessori

Figura 5: Timing input-output di fotocoplesso e caratteristiche di tensione del collettore-emettitore

Quando si sceglie un fotoco accoppiatore, è utile capire le sue caratteristiche chiave per assicurarsi che si adatti alle tue esigenze.

Rapporto di trasferimento di corrente (CTR): Questo è il rapporto tra corrente di output e corrente di input.In termini più semplici, mostra quanta corrente sul lato di input viene trasferita sul lato output.I valori CTR possono variare ampiamente, dal 10% a oltre il 5.000%, a seconda del tipo di fotocoplesso.Un CTR più elevato significa che il dispositivo è più efficace nel passare il segnale dall'input all'uscita, che è importante per le applicazioni in cui è necessario un controllo preciso del segnale.

Larghezza di banda: Questa funzione indica la velocità massima alla quale il fotoco accoppiatore è in grado di gestire i dati.I fotocopuntatori a base di fototransistor di solito hanno una larghezza di banda di circa 250 kHz, rendendoli adatti a molti usi comuni.Tuttavia, se hai bisogno di qualcosa di più veloce, tieni presente che i fotocopuntatori con sede a Photodarlington potrebbero essere più lenti a causa del loro design, il che influisce sulla velocità con cui rispondono.

Corrente di input: Ciò si riferisce alla quantità di corrente necessaria per alimentare il LED sul lato di input del fotoco accoppiatore.La corrente di input è un fattore importante perché influisce su quanta potenza utilizza il dispositivo e quanto funziona con le altre parti del circuito.

Dispositivo di uscita Tensione massima: Per i fotocopuntatori a base di transistor, questa è la più alta tensione che il transistor di uscita può gestire.È importante garantire che questa valutazione di tensione sia superiore alla massima tensione che l'applicazione utilizzerà, per evitare di danneggiare il dispositivo.

Differenze tra fotocoplatori e relè a stato solido

Figura 6: relè di fotocoplesso e stato solido

Fotocoplessori e relè a stato solido (SSRS) Entrambi usano la luce per isolare i segnali, ma vengono utilizzati in diversi modi in base al loro design.

Gli accoppiatori delle fotocoplettieri sono generalmente utilizzati in situazioni a bassa potenza in cui l'obiettivo principale è trasmettere e isolare i segnali.Sono ideali per proteggere le parti elettroniche sensibili da picchi o rumore ad alta tensione, assicurandosi che il segnale sia passato in modo pulito da una parte del circuito all'altra.

I relè a stato solido (SSR), d'altra parte, sono progettati per cambiare livelli di potenza più elevati.A differenza dei fotocopuntatori, gli SSR hanno spesso parti extra come la protezione da sovratensione e la commutazione a incrocio zero (per i segnali CA), che aiuta a ridurre il rumore elettrico e fa durare più a lungo il relè.Gli SSR sono generalmente più grandi e poiché gestiscono correnti più elevate, spesso hanno bisogno di dissipatori di calore per gestire i terminali di calore e vite per collegamenti sicuri.

Conclusione

Gli accoppiatori delle fotoculi aiutano a mantenere i circuiti al sicuro e funzionando bene lasciando passare i segnali mantenendo separati i circuiti.Proteggono i circuiti a bassa tensione da picchi ad alta tensione e riducono il rumore elettrico, il che li rende molto utili in molti dispositivi elettronici.Sia che siano abituati a passare semplicemente segnali tra circuiti o in sistemi di alimentazione più complessi, scegliendo il fotoco accoppiatore giusto, che si tratti di un accoppiatore di opto standard o di un opto-isolatore più forte, può fare una grande differenza nel modo in cui funziona un sistema elettronico.Man mano che la tecnologia continua ad avanzare, questi dispositivi continueranno ad essere molto utili, fungendo da protezioni dei nostri dispositivi elettronici.

Domande frequenti [FAQ]

1. Qual è l'applicazione di un opto isolante?

L'applicazione di un opto-isolatore è quella di mantenere separate le diverse parti di un circuito, consentendo di passare tra loro i segnali.Questo aiuta a proteggere le parti sensibili di un circuito da picchi ad alta tensione o rumore elettrico.Gli opto isolatori sono spesso utilizzati in alimentatori, interfacce di microcontrollori e sistemi di controllo industriali per prevenire danni ai componenti a bassa tensione.

2. Quando dovresti usare un opto-isolatore?

Dovresti utilizzare un opto-isolatore quando è necessario proteggere le parti a bassa tensione di un circuito da inglesi ad alta tensione o rumore elettrico.È anche utile quando diverse parti del sistema devono lavorare insieme senza essere direttamente connessi.Ciò è utile quando i circuiti hanno livelli di terra diversi o quando devono rimanere elettricamente separati per motivi di sicurezza.

3. Qual è lo scopo principale di un accoppiatore optople?

Lo scopo principale di un accoppiatore di optoto è lasciare che i segnali passino tra due circuiti separati usando la luce, mantenendo i circuiti separati elettricamente.Ciò impedisce ai circuiti ad alta tensione di influire su circuiti a bassa tensione, contribuendo a proteggere le parti delicate da danneggiare.

4. Perché dovresti usare un accoppiatore optoco anziché un relè?

Utilizzeresti un accoppiatore optoco anziché un relè quando hai bisogno di una commutazione più veloce, una durata più lunga e un'operazione più silenziosa.A differenza dei relè, gli accoppiatori degli optottori non hanno parti in movimento, quindi possono cambiare più rapidamente e durare più a lungo.Assumono anche meno spazio e forniscono un migliore isolamento elettrico.

5. Quali sono gli svantaggi degli accoppiatori degli optottori?

Gli svantaggi degli accoppiatori degli optottori includono la loro limitata capacità di gestire l'alta corrente e la tensione rispetto ai relè.Alcuni accoppiatori di optople, in particolare quelli con fototransisteri, possono essere più lenti a rispondere.Possono anche logorarsi nel tempo perché il LED all'interno dei degradi.Gli accoppiatori di optople potrebbero non essere la scelta migliore per il controllo di potenza molto alta, in cui i relè o i relè a stato solido funzionerebbero meglio.