מצמד אופטו - מאפיינים, מכשיר, אפליקציה

מהו מצמד אופטו

המצמד האופטו הוא מכשיר אופטו-אלקטרוני, שחלקיו הפונקציונליים העיקריים הם מקור אור ופוטו-גלאי, שאינם מחוברים זה לזה באופן גלווני, אלא ממוקמים בבית אטום משותף. עיקרון הפעולה של מצמד אופטו מבוסס על העובדה שאות חשמלי המופעל עליו גורם לזוהר בצד המשדר, וכבר בצורת אור, האות נקלט על ידי הפוטו-גלאי, ומתחיל אות חשמלי על המקלט. צַד. כלומר, אות מועבר ומתקבל באמצעות תקשורת אופטית בתוך הרכיב האלקטרוני.

מצמד אופטו הוא הסוג הפשוט ביותר של מצמד אופטו. הוא מורכב רק מהחלקים המשדרים והמקבלים. סוג מורכב יותר של מצמד אופטו הוא שבב אופטו-אלקטרוני המכיל מספר מצמדים אופטו המחוברים לאחד או יותר התקני התאמה או הגברה.

לפיכך, מצמד אופטו הוא רכיב אלקטרוני המספק שידור של אות אופטי במעגל ללא צימוד גלווני בין מקור האות למקלט שלו, שכן ידוע כי פוטונים הם ניטרליים חשמלית.

המבנה והמאפיינים של מצמדים אופטו

מצמדים אופטו משתמשים בפוטו-גלאי רגישים באזורים הקרובים לאינפרא-אדום ובאזורים הנראים לעין, שכן חלק זה של הספקטרום מאופיין במקורות קרינה עזים שיכולים לפעול כגלאי צילום ללא קירור. גלאי פוטו עם חיבורי pn (דיודות וטרנזיסטורים) המבוססים על סיליקון הם אוניברסליים, אזור הרגישות הספקטרלית המקסימלית שלהם קרוב ל-0.8 מיקרומטר.

המצמד האופטו מאופיין בעיקר על ידי יחס העברה הנוכחי CTR, כלומר, היחס בין זרמי הקלט והמוצא. הפרמטר הבא הוא קצב העברת האות, למעשה תדירות החיתוך fc של פעולת המצמד האופטו, הקשור לזמן העלייה tr ולחתך tf עבור הפולסים המשודרים. לבסוף, הפרמטרים המאפיינים את המצמד האופטו מנקודת מבט של בידוד גלווני: התנגדות הבידוד Riso, המתח המרבי Viso והתפוקה Cf.

התקן הקלט, המהווה חלק ממבנה המצמד האופטו, נועד ליצור תנאי הפעלה אופטימליים עבור הפולט (LED) כדי להעביר את נקודת הפעולה לאזור הליניארי של מאפיין I - V.

להתקן הקלט יש מהירות מספקת ומגוון רחב של זרמי כניסה, המבטיחים את אמינות העברת המידע גם בזרם נמוך (סף). המדיום האופטי ממוקם בתוך הבית שדרכו מועבר האור מהפולט לפוטו-גלאי.

במצמדים אופטו עם ערוץ אופטי מבוקר קיים מכשיר בקרה נוסף, באמצעותו ניתן להשפיע על תכונות המדיום האופטי באמצעים חשמליים או מגנטיים.בצד הפוטו-גלאי, האות משוחזר בשיעור המרה אופטי לחשמל גבוה.

התקן המוצא בצד הפוטו-גלאי (לדוגמה, פוטו-טרנזיסטור הכלול במעגל) נועד להמיר את האות לצורה חשמלית סטנדרטית, נוחה לעיבוד נוסף בבלוקים הבאים אחר המצמד האופטו. מצמד אופטי לרוב אינו מכיל התקני קלט ופלט, ולכן הוא דורש מעגלים חיצוניים כדי לבסס פעולה תקינה במעגל של מכשיר מסוים.

יישום של מצמדים אופטו

מחברים אופטיים נמצאים בשימוש נרחב במעגלים לבידוד גלווני בלוקים של ציוד שונים, שבהם יש מעגלים למתח נמוך וגבוה, מעגלי בקרה מופרדים ממעגלי כוח: שליטה על טריאקים ותיריסטורים רבי עוצמה, מעגלי ממסר וכו'.

מצמדים אופטו של דיודה, טרנזיסטור ונגד משמשים באפנון הנדסת רדיו ומעגלי בקרת רווח אוטומטי. על ידי חשיפת הערוץ האופטי, המעגל נשלט ללא מגע ומובא למצב הפעולה האופטימלי.

מחברים אופטיים הם כל כך מגוונים שהם משמשים במגוון כל כך של תעשיות ובכל כך הרבה פונקציות ייחודיות, אפילו פשוט כבידוד גלווני ורכיבי בקרה ללא מגע, עד שאי אפשר לרשום את כולם.

הנה רק כמה מהם: מחשבים, טכנולוגיית תקשורת, אוטומציה, ציוד רדיו, מערכות בקרה אוטומטיות, מכשירי מדידה, מערכות בקרה וויסות, טכנולוגיה רפואית, מכשירי תצוגה חזותיים ועוד רבים אחרים.

היתרונות של מצמדים אופטו

השימוש במצמדים אופטיים במעגלים מודפסים מאפשר להשיג בידוד גלווני אידיאלי כאשר הדרישות לבידוד של מתח גבוה ומתח נמוך, מעגלי כניסה ויציאה מבחינת התנגדות גבוהות ביותר. המתח בין מעגלי השידור והקליטה של ​​מצמד האופטו הפופולרי PC817 הוא, למשל, 5000 V. בנוסף, רוחב פס נמוך במיוחד של כ-1 pF מושג על ידי בידוד אופטי.

באמצעות מצמדים אופטיים, קל מאוד ליישם בקרה ללא מגע, תוך השארת מקום לפתרונות עיצוב ייחודיים מבחינת מעגלי בקרה ישירים. חשוב גם כאן שאין שום תגובה של המקלט למקור, כלומר, המידע מועבר בכיוון אחד.

רוחב הפס הרחב ביותר של המצמד האופטו מבטל את המגבלות המוטלות על ידי תדרים נמוכים: בעזרת האור, ניתן לשדר לפחות אות קבוע, אפילו דופק, ועם קצוות תלולים מאוד, מה שבבסיסו בלתי אפשרי ליישום באמצעות שנאי פולסים. ערוץ התקשורת בתוך המצמד האופטו חסין לחלוטין מפני השפעות של שדות אלקטרומגנטיים, כך שהאות מוגן מפני הפרעות ולכידה. לבסוף, מצמדים אופטו תואמים באופן מלא לרכיבים אלקטרוניים אחרים.