Что такое оптопара?

Что такое оптопара?

Оптопара — это устройство, которое может передавать сигнал со стороны входа на сторону выхода, электрически изолируя цепи на стороне входа и стороне выхода.

Его также называют оптоизолятором или оптическим изолятором. В оптопаре входной электрический сигнал преобразуется в оптический сигнал с помощью излучателя света, а оптический сигнал преобразуется обратно в электрический сигнал с помощью светоприемного элемента для создания выходного сигнала.

Это означает, что сигналы могут передаваться даже тогда, когда цепь на выходной стороне не имеет электрического соединения с цепью на входной стороне. Этот высокий уровень изоляции является основной причиной использования оптопары. Еще одной особенностью является ее относительно долгий срок службы в качестве средства передачи сигнала.

Применение оптопары

Оптопары используются в устройствах, которые требуют высокой надежности из-за их особенностей изоляции и длительного срока службы. Примерами служат медицинское электронное оборудование.

В аудио- и коммуникационном оборудовании, где требуется низкий уровень шума, оптопары используются для передачи сигналов от цифровых схем к аналоговым схемам, предотвращая попадание шума в аналоговые схемы.

Оптопары также используются в устройствах, которые управляют двигателями. В последнее время широко используются двигатели с инверторным управлением, но генерация шума неизбежна при управлении скоростью вращения. Поскольку этот шум может проникать в оборудование и вызывать сбои в работе, сигналы передаются через оптопары для блокировки шума от двигателей.

Кроме того, оптопары также используются для передачи сигналов между устройствами, работающими от независимых источников питания. Особенно при подключении к плавающим устройствам существует риск поражения электрическим током, но при подключении через оптопары безопасность может быть обеспечена, поскольку устройства изолированы от плавающих устройств.

Принцип работы оптопары

Как упоминалось выше, оптопара представляет собой блок, который объединяет светоизлучающий элемент, такой как светоизлучающий диод, и светоприемный элемент, такой как фототранзистор, и заключает эти элементы в корпус, который блокирует свет снаружи. Светоизлучающие и светоприемные элементы монтируются близко друг к другу. Когда светоизлучающий элемент включается, светоприемный элемент переходит из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ, что является принципом передачи сигнала оптопарами.

Устройство, выдающее сигнал, подключается к входному терминалу оптопары и включает и выключает светоизлучающий элемент. Устройство, принимающее сигнал, подключается к выходному терминалу оптопары через подтягивающий резистор в несколько кОм к источнику питания. При такой конфигурации выходной терминал оптопары равен напряжению источника питания, когда светоизлучающий элемент выключен, и составляет около 0,1 В~0,3, когда светоизлучающий элемент включен.

То есть, импульсы появляются в ответ на включение/выключение светоизлучающего элемента устройством, выдающим сигнал, а устройство на принимающей стороне принимает эти импульсы и продолжает обработку сигнала. Таким образом, оптопара соединяет входные и выходные цепи через свет, но между ними нет электрического соединения, поскольку они изолированы.

Типы оптопары

Существуют различные типы оптопары, в зависимости от применения. Типичные элементы перечислены ниже.

1. Транзисторная выходная оптопара

Это базовая конфигурация оптопары. Это по-прежнему наиболее широко используемый оптопара на рынке из-за его низкой цены и высокой универсальности. Существуют продукты с различными характеристиками, такими как высокая эффективность преобразования, высокое выдерживаемое напряжение и низкий входной привод. Они имеют широкий спектр функций, и их основными применениями являются изоляция сигнала, обнаружение обратной связи и изолированные переключатели.

2. Выходные оптопары ИС

Оптопары — это интегральные схемы с элементом, принимающим свет, для достижения высокой скорости и определенных функций. Оптопары с выходом ИС можно далее классифицировать на следующие три категории:

• Группы продуктов, предназначенные для высокоскоростной передачи логических сигналов.
• Продукты с функцией драйвера для внешних устройств питания.
• Продукты с функцией обратной связи по току/напряжению.

3. Триак-выходные оптопары

Используется в качестве изолированных переключателей для прямого управления нагрузками переменного тока, такими как двигатели и соленоиды, напрямую подключенные к коммерческим источникам питания 100 В или 200 В, используемым в домах, офисах, на заводах и в других местах. Используя симистор с высоким напряжением пробоя элемента, можно управлять включением/выключением нагрузок переменного тока с помощью слабого тока около 10 или более мА, одновременно электрически изолируя их.

Сам по себе элемент может контролировать только около 100 мА переменного тока, но при использовании его в качестве драйвера для внешнего симистора он может контролировать переменные токи до нескольких А.

4. Выходная оптопара MOSFET

Выходной оптрон MOSFET имеет два MOSFET, подключенных к общему источнику в выходном каскаде, и имеет ту же функциональность, что и механическое реле. Это особенность оптронов.

Другая информация о оптронах

Выходные колебания и срок службы оптронов

Коэффициент передачи тока (CRT) является характерным параметром оптронов. Коэффициент передачи тока представляет собой отношение выходного тока (IC) к входному прямому току (IF) и эквивалентен коэффициенту усиления постоянного тока (hFE) транзистора.

• Значение меняется в зависимости от IF
• Зависит от температуры окружающей среды
• Постепенно уменьшается со временем

Эти факторы необходимо учитывать при проектировании схем. Другими словами, если коэффициент передачи тока колеблется из-за изменений окружающей среды или с течением времени, выходной ток изменится, что может привести к неисправности схемы. Поэтому важно проверить значение IF, значение сопротивления подтягивающего резистора и т. д., чтобы убедиться, что колебания уровня сигнала не влияют на выходной ток.

Кроме того, если оптопара используется в течение длительного периода времени, коэффициент передачи тока будет постепенно уменьшаться, и достаточный выходной сигнал больше не будет получен. Основной причиной уменьшения коэффициента передачи тока является ухудшение характеристик светодиодов, что приводит к снижению световой эффективности.

Ожидаемый срок службы оптопары четко указан в документации производителя устройства, поэтому необходимо определить модель и условия использования со ссылкой на эту информацию.