트랜지스터 광커플러. 광커플러의 설계 및 작동 원리

광커플러(또는 광커플러라고도 함)는 전기 신호를 빛으로 변환하고 이를 광 채널을 통해 전송하며 신호를 다시 전기로 다시 변환하도록 설계된 전자 장치입니다. 옵토커플러의 설계는 특수 발광기의 존재를 의미합니다( 현대 장치이를 위해 광 다이오드가 사용됩니다. 이전 모델에는 소형 백열등이 장착되어 있었고 수신된 광 신호를 변환하는 장치(광검출기)가 있습니다. 이 두 구성 요소는 모두 광학 채널과 공통 하우징을 사용하여 결합됩니다.

광커플러 유형 분류

광커플러 모델을 여러 그룹으로 나눌 수 있는 몇 가지 특성이 있습니다.

통합 정도에 따라:

기본 광커플러 - 공통 하우징으로 통합된 2개 이상의 요소를 포함합니다.
광커플러 집적 회로 - 디자인은 하나 이상의 광커플러로 구성되며 추가로 보완 요소(예: 증폭기)를 장착할 수도 있습니다.

광 채널 유형에 따라:

개방형 광채널;
닫힌 광 채널.

광검출기 유형에 따라:

포토레지스터(또는 간단히 저항 옵토커플러);
포토다이오드 광커플러;
광트랜지스터(기존 또는 복합 양극 광트랜지스터 사용) 광커플러;
또는 포토트리액 광커플러;
광전지 발전기(태양전지)를 사용하여 작동하는 광커플러.

후자 유형의 장치 설계는 종종 전계 효과 트랜지스터로 보완되며 동일한 생성기가 게이트 제어를 담당합니다.

포토트리액 광커플러 또는 전계 효과 트랜지스터가 장착된 광커플러를 "광계전기" 또는 ""라고 부를 수 있습니다.

그림 1: 광커플러 장치

광전자 장치는 두 가지 유형의 방향 중 어느 방향에 속하는지에 따라 다르게 작동합니다.

전기 광학.

장치의 작동은 빛 에너지가 전기 에너지로 변환되는 원리에 기초합니다. 더욱이, 전이는 고체와 그 안에서 발생하는 내부 광전 효과 과정(광자의 영향을 받는 물질에 의한 전자 방출로 표현됨)과 전기장의 영향을 받는 글로우 효과를 통해 수행됩니다.

광학.

이 장치는 레이저, 홀로그램 및 광화학 장치를 사용하는 것뿐만 아니라 고체와 전자기 방사선의 미묘한 상호 작용을 통해 작동합니다.

광전자 컴퓨터는 두 가지 범주의 광학 요소 중 하나를 사용하여 조립됩니다.

광커플러;
양자 광학 요소.

이들은 각각 전자 광학 및 광학 방향의 장치 모델입니다.

광커플러가 신호를 선형적으로 전송할지 여부는 설계에 내장된 광검출기가 갖는 특성에 따라 결정됩니다. 저항기 광커플러에서는 가장 큰 전송 선형성을 기대할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 장치를 작동하는 과정이 가장 편리합니다. 한 단계 낮은 모델은 포토다이오드와 단일 바이폴라 트랜지스터를 갖춘 모델입니다.

작업을 보장하려면 펄스 장치옵토커플러는 바이폴라에 사용됩니다. 전계 효과 트랜지스터, 선형 신호 전송이 필요하지 않기 때문입니다.

마지막으로 장치의 갈바닉 절연과 안전한 작동을 보장하기 위해 광사이리스터 광커플러가 장착됩니다.

애플리케이션

광커플러의 사용이 필요한 분야는 많습니다. 이러한 광범위한 적용은 이들이 다양한 속성을 가진 요소이고 각 품질이 별도의 적용 영역을 가지고 있다는 사실에 기인합니다.

기계적 충격 고정(개방형 광학 채널이 장착된 장치가 사용되며 차단할 수 있음(기계적 충격을 가함), 즉 장치 자체를 센서로 사용할 수 있음):
- 유무 감지기(프린터 내 종이 시트의 유무 감지);
- 끝(시작) 지점 감지기;
- 카운터;
- 개별 속도계.
갈바닉 절연(옵토커플러를 사용하면 전압과 관련되지 않은 신호를 전송할 수 있으며 비접촉식 제어 및 보호 기능도 제공)은 다음을 통해 제공될 수 있습니다.
- 광커플러(대부분의 경우 정보 송신기로 사용됨)
- Optorelay(주로 신호 및 전원 회로 제어에 적합)

광커플러

신호 회로나 제어 전류가 낮은 회로에 갈바닉 절연을 제공해야 하는 경우 트랜지스터 또는 통합 광커플러를 사용하는 것이 특히 중요합니다. 제어 요소의 역할은 3전극 반도체 소자, 개별 신호를 제어하는 회로, 특수하게 특화된 회로에 의해 수행될 수 있습니다.

그림 2: 광커플러 5000Vrms 50mA.

광커플러의 매개변수 및 작동 기능

장치의 정확한 설계에 따라 전기적 강도를 결정할 수 있습니다. 이 용어는 입력 회로와 출력 회로 사이에서 발생하는 전압 값을 나타냅니다. 따라서 갈바닉 절연을 제공하는 광커플러 제조업체는 다양한 하우징을 갖춘 여러 모델을 보여줍니다.

SSOP;
미니플랫-리드.

하우징 유형에 따라 광커플러는 하나 또는 다른 절연 전압을 생성합니다. 절연 파괴를 일으킬 만큼 충분한 전압 레벨이 충분히 높은 조건을 만들려면 다음 부품이 서로 충분히 멀리 위치하도록 옵토커플러를 설계해야 합니다.

광학 레코더;
케이스의 내부 및 외부 측면입니다.

어떤 경우에는 다음에 따라 제조된 전문 그룹의 옵토커플러를 찾을 수 있습니다. 국제 표준보안. 이 모델의 전기적 강도 수준은 훨씬 더 높습니다.

트랜지스터 광커플러의 또 다른 중요한 매개변수는 "전류 전달 계수"입니다. 이 계수의 값에 따라 장치는 하나의 범주 또는 다른 범주로 분류되며 이는 모델 이름에 반영됩니다.

광커플러의 낮은 작동 주파수 수준에는 제한이 없습니다. 광커플러는 직류 회로에서 잘 작동합니다. 그리고 디지털 신호 전송과 관련된 이러한 장치의 작동 주파수의 상한은 수백 메가헤르츠로 계산됩니다. 선형형 광커플러의 경우 이 수치는 수십 메가헤르츠로 제한됩니다. 백열등을 포함한 가장 느린 설계의 경우 가장 일반적인 역할은 10Hz에 도달하지 않는 주파수에서 작동하는 저주파 필터가 담당합니다.

트랜지스터 옵토커플러와 그것이 생성하는 잡음

트랜지스터 쌍의 작동에 잡음 효과가 수반되는 두 가지 주요 이유는 다음과 같습니다.

첫 번째 이유를 극복하려면 특수 스크린을 설치해야 합니다. 두 번째는 올바르게 선택된 작동 모드를 통해 제거됩니다.

옵토릴레이

솔리드 스테이트 릴레이라고도 알려진 광 릴레이는 일반적으로 제어 전류가 큰 회로의 작동을 조절하는 데 사용됩니다. 여기서 제어 요소의 역할은 일반적으로 연속 연결이 있는 두 개의 MOSFET 트랜지스터에 의해 수행됩니다. 이 구성은 교류 조건에서 작동할 수 있는 기능을 보장합니다.

그림 3: 광계전기 KR293 KP2V

광릴레이 유형 분류

광릴레이에는 세 가지 유형의 토폴로지가 정의됩니다.

상시 개방조명 다이오드의 단자에 제어 전압이 인가될 때만 제어 회로가 닫히는 것으로 가정합니다.
평상시 닫힘조명 다이오드의 단자에 제어 전압이 인가될 때만 제어 회로가 열린다고 가정합니다.
스위칭세 번째 토폴로지는 상시 폐쇄형 채널과 상시 개방형 채널의 조합을 포함합니다.

광커플러와 마찬가지로 광릴레이에도 전기적 강도 특성이 있습니다.

광릴레이의 유형

표준형 모델;
저항이 낮은 모델;
CxR이 낮은 모델;
바이어스 전압이 낮은 모델;
절연전압이 높은 모델입니다.

광릴레이 적용 분야

모뎀;
측정 장치;
액추에이터와의 인터페이스;
자동 전화 교환;
전기, 열, 가스 계량기;
신호 스위치.

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광 커플러 란 무엇입니까?

광커플러는 광전자 장치로, 주요 기능 부품은 광원과 광검출기이며 전기적으로 서로 연결되어 있지 않지만 공통 밀봉 하우징 내부에 있습니다. 옵토커플러의 작동 원리는 공급된 전기 신호가 송신 측에서 빛을 발생시키고 빛의 형태로 신호가 광검출기에 의해 수신되어 수신 측에서 전기 신호를 시작한다는 사실에 기초합니다. 즉, 전자부품 내에서 광통신을 통해 신호를 송수신한다.

광 커플러 - 가장 단순한 다양성광 커플러. 송신부와 수신부로만 구성되어 있습니다. 보다 복잡한 유형의 광커플러는 하나 이상의 일치 또는 증폭 장치에 연결된 여러 개의 광커플러를 포함하는 광전자 마이크로 회로입니다.

따라서 광커플러는 전자 부품광자는 전기적으로 중성인 것으로 알려져 있기 때문에 신호 소스와 수신기 사이에 갈바니 연결 없이 회로에서 광 신호 전송을 제공합니다.

광커플러의 구조와 특성

광커플러는 근적외선 및 가시광선 영역에 민감한 광검출기를 사용합니다. 왜냐하면 스펙트럼의 이 부분은 냉각 없이 광검출기로 작동할 수 있는 강렬한 방사선 소스를 특징으로 하기 때문입니다. 실리콘을 기반으로 한 p-n 접합(다이오드 및 트랜지스터)이 있는 광검출기는 보편적이며 최대 스펙트럼 감도 영역은 0.8미크론에 가깝습니다.

광커플러의 특징은 주로 전류 전송 계수 CTR, 즉 입력 신호 전류와 출력 신호 전류의 비율입니다. 다음 매개변수는 신호 전송 속도이며, 본질적으로 전송된 펄스의 상승 시간 tr 및 차단 시간 tf와 관련된 옵토커플러의 차단 주파수 fc입니다. 마지막으로 갈바닉 절연의 관점에서 옵토커플러를 특성화하는 매개변수는 절연 저항 Riso, 최대 전압 Viso 및 통과 커패시턴스 Cf입니다.

옵토커플러의 구조에 포함된 입력 장치는 다음과 같이 설계되었습니다. 최적의 조건이미터(LED)의 동작을 통해 동작점을 전류-전압 특성의 선형 영역으로 이동시킵니다.

입력 장치는 충분한 속도와 넓은 입력 전류 범위를 갖추고 있어 낮은(임계값) 전류에서도 안정적인 정보 전송을 보장합니다. 광학 매체는 하우징 내부에 위치하며 이를 통해 방출기에서 광검출기로 빛이 전달됩니다.

제어된 광 채널이 있는 광커플러에는 전기 또는 자기 수단을 사용하여 광 매체의 특성에 영향을 줄 수 있는 추가 제어 장치가 있습니다. 광검출기 측에서는 신호가 복원되어 광학에서 전기로 빠르게 변환됩니다.

광검출기 측의 출력 장치(예: 회로에 포함된 광트랜지스터)는 신호를 광커플러 다음 블록에서 추가 처리에 편리한 표준 전기 형식으로 변환하도록 설계되었습니다. 광커플러에는 입력 및 출력 장치가 포함되어 있지 않은 경우가 많으므로 특정 장치의 회로에서 정상적인 작동을 생성하려면 외부 회로가 필요합니다.

광커플러의 적용

광커플러는 저전압 및 고전압 회로가 있고 제어 회로가 전원 회로에서 분리되는 다양한 장비의 장치에 널리 사용됩니다(강력한 트라이액 및 사이리스터 제어, 릴레이 회로 등).

변조 및 자동 이득 제어의 무선 엔지니어링 회로에는 다이오드, 트랜지스터 및 저항기 광커플러가 사용됩니다. 광학 채널을 통한 노출을 통해 회로는 비접촉식으로 조정되고 최적의 작동 모드로 전환됩니다.

광커플러는 매우 다재다능하여 단순히 갈바닉 절연 및 비접촉식 제어 요소로서도 다양한 산업과 고유한 기능에 사용되므로 모두 나열하는 것은 불가능합니다.

다음은 그중 몇 가지입니다. 컴퓨터 기술, 통신 기술, 자동화, 무선 장비, 자동 제어 시스템, 측정 장비, 제어 및 조절 시스템, 의료 장비, 시각 디스플레이 장치 등.

광커플러의 장점

옵토커플러 적용 인쇄 회로 기판고전압 및 저전압, 입력 및 출력 회로의 절연에 대한 저항 요구 사항이 매우 높을 때 이상적인 갈바닉 절연을 달성할 수 있습니다. 널리 사용되는 PC817 옵토커플러의 송신기와 수신기 회로 사이의 전압은 예를 들어 5000V입니다. 또한 광학 절연을 통해 1pF 정도의 매우 낮은 처리 용량이 달성됩니다.

옵토커플러의 도움으로 비접촉 제어가 매우 쉽게 구현되는 동시에 직접 제어 회로와 관련된 고유한 설계 솔루션의 범위를 유지합니다. 여기서도 수신기에서 소스로의 반응이 전혀 없다는 것, 즉 정보가 단방향으로 전송된다는 것도 중요합니다.

광커플러의 가장 넓은 대역폭은 저주파로 인해 부과되는 제한을 제거합니다. 빛의 도움으로 일정한 신호 또는 펄스 신호를 전송할 수 있으며 매우 가파른 에지를 사용할 수 있으며 이는 근본적으로 펄스 변압기를 사용하여 달성할 수 없습니다. 옵토커플러 내부의 통신 채널은 전자기장의 영향을 전혀 받지 않으므로 신호는 간섭 및 간섭으로부터 보호됩니다. 마지막으로 광커플러는 다른 전자 부품과 완벽하게 호환됩니다.

광커플러는 광학적, 구조적으로 상호 연결되어 전기 및 광 신호의 다양한 기능적 변환을 수행하도록 설계된 광 방사원과 수신기를 포함하는 광전자 반도체 장치입니다.

방사선원은 백열등, 가스 방전 램프, 반도체 이미터 및 LED일 수 있습니다. 통합 광전자 회로에서 광 방사원은 고성능 광커플러를 제공하는 주입 LED입니다. 광검출기는 포토레지스터, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 포토사이리스터가 될 수 있습니다. 하나의 구조 요소에 이러한 광검출기 중 하나와 LED를 결합하면 저항기, 다이오드, 트랜지스터, 사이리스터 등 다양한 특성을 가진 여러 광커플러를 만들 수 있습니다(그림 5.19). 방사선원과 광검출기 사이의 연결 링크는 광 가이드의 기능을 수행하는 수동 또는 능동 광학 매체입니다.

그림 8.18. 광커플러 유형: 저항기(a), 다이오드(b), 트랜지스터(c), 사이리스터(d),

광커플러의 작동 원리는 이중 에너지 변환을 기반으로 합니다. 방사선원에서는 전기 신호의 에너지가 광학 방사선으로 변환되고, 광검출기에서는 광학 신호가 전기 신호(전류 또는 전압)로 변환됩니다. 옵토커플러는 전기적 입력 및 출력 신호가 있는 장치입니다.

광 가이드는 입력 및 출력 회로의 갈바닉 절연(절연 저항은 10 12 ... 10 14 Ohms에 도달할 수 있고 통신 용량은 10 -2 pF임)과 방사선원에서 광검출기로의 단방향 신호 전송을 제공합니다. 광통신 회선에 일반적입니다.

광커플러의 장점은 다음과 같습니다.

1. 입력과 출력 사이의 전기적 연결이 부족하고 광검출기와 방사선원 사이의 피드백도 부족합니다.

2. 전기 진동의 넓은 대역폭으로 0 ~ 10 14Hz의 주파수 범위에서 신호를 전송할 수 있습니다.

3. 외부 전자기장의 영향에 대한 광자의 내성으로 인해 광 채널의 높은 잡음 내성.

4. 다양한 통신 장치의 마이크로 회로와 광커플러를 쉽게 결합할 수 있습니다.

광커플러는 다음과 같이 사용됩니다.

a) 디지털 및 펄스 장치, 아날로그 장치도 마찬가지입니다.

b) 다양한 자동화 시스템에서 고전압 전원 공급 장치의 비접촉식 제어.

c) 강력한 펄스를 생성 및 전환하고 센서를 측정 장치 및 장치와 연결하는 키입니다.

저항기 광커플러는 가장 다재다능합니다. 이 제품은 아날로그 및 주요 장치에 사용할 수 있으며 다양한 저항 변화(밝은 상태에서는 수십 ~ 수백 MOhm, 조명 상태에서는 수백 Ohms) 및 저주파 범위를 갖습니다. 저항기 광커플러에서는 넓은 광학 범위에서 작동하는 LED가 이미터로 사용됩니다. 에너지 매개변수를 얻으려면 스펙트럼 특성 측면에서 이미터와 수신기를 일치시켜야 합니다.

저항기 광커플러는 입력 및 출력 회로의 다음 매개변수로 설명됩니다.

1. 최대 입력 전류 Iin. max는 평균 입력 또는 DC 전류의 최대값입니다.

2. 입력 전압 Uin은 작동 입력 전류에서 이미터의 입력 단자에 적용되는 일정하거나 유효한 전압입니다.

3. 출력 스위칭 전류 I out. com은 부하에 의해 제어되는 정격 출력 전류입니다.

4. 최대 출력 전류는 저항기 옵토커플러가 오랫동안 작동하는 전류 값입니다.

5. 최대 출력 스위칭 전압은 옵토커플러 출력의 최대 전압 값입니다.

6. 옵토커플러 출력에서 최대 전력 손실이 발생하여 장치의 장기간 작동이 보장됩니다.

7. 출력은 어둡고 출력은 밝습니다.

8. 통과 커패시턴스 C pr - 옵토커플러의 입력과 출력 사이.

9. 절연 저항 R from은 옵토커플러의 입력과 출력 사이의 저항입니다.

10. 최대절연전압이란 광학용기의 입력과 출력 사이에 인가되는 제품의 강도와 신뢰성이 유지되는 최대 전압을 말한다.

저항기 광커플러의 예로는 OEP-16, OEP-1, OEP-2, OEP-9가 있습니다.

다이오드 광커플러는 스위치로 사용되며 10 6 ... 10 7Hz의 주파수로 전류를 전환할 수 있습니다. 암흑 저항은 10 8 ... 10 10 Ohm에 도달하고 조명을 받으면 수백 Ohm으로 감소합니다. 입력 회로와 출력 회로 사이의 저항은 10 13 ... 10 15 Ohms입니다. 적외선 복사 영역에서 작동하는 LED는 다이오드 광커플러의 이미터로 사용되고, 실리콘 포토다이오드는 광검출기로 사용됩니다. LED는 약 1μm의 파장에서 최대 스펙트럼 특성을 갖습니다.

다이오드 광커플러는 입력 및 출력 회로의 다음 매개변수로 설명됩니다.

1. U in - 입력 전압은 LED를 통해 흐르는 주어진 입력 전류에서 결정됩니다.

2. 입력합니다. max는 광커플러의 장기간 안정적인 작동이 보장되는 직류 또는 펄스 전류의 최대값입니다.

3. 유인. 도착. max는 옵토커플러 입력에 적용되는 최대 입력 역전압으로, 옵토커플러의 장기간 안정적인 작동을 보장합니다.

4. I t - 입력(포토플로우)이 없을 때 포토다이오드의 출력(열) 전류;

5. 나는 나갔다. obr - 쉬는 날 역전류주어진 출력 전압과 입력 전류가 없을 때.

6. 유 아웃. 최대. rev - 포토다이오드가 오랫동안 안정적으로 작동하는 출력 회로의 최대 역전압.

7. t nr - 출력 전압의 진폭이 0.1에서 0.5 U out으로 변경되는 출력 신호의 상승 시간입니다. 최대;

8. t sp - 출력 신호의 감쇠 시간. 이 기간 동안 출력 전압은 최대값의 0.9에서 0.5로 감소합니다.

다이오드 광커플러의 예로는 AOD101A...AOD101D, AOD107, ZOD107A 등이 있습니다.

트랜지스터 광커플러는 다이오드 광커플러보다 감도가 더 높습니다. 속도는 10 5Hz를 초과하지 않습니다. 트랜지스터 광커플러는 방사 파장이 약 1μm인 LED를 사용하며, 광검출기로 n-p-n형 실리콘 포토트랜지스터를 사용한다.

광 방사가 없으면 포토 트랜지스터의 컬렉터 회로에는 항상 작은 역전류(암전류)가 흐르며 그 크기는 온도에 따라 크게 달라집니다. 암전류를 줄이기 위해 베이스와 이미터 단자 사이에 약 0.1~1.0M Ohm의 외부 저항기가 연결됩니다.

트랜지스터 광커플러는 입력 및 출력 회로의 매개변수로 설명됩니다. 다이오드 및 트랜지스터 광커플러에 거의 동일한 LED가 사용된다는 점을 고려하면 트랜지스터 광커플러의 입력 매개변수는 다이오드 광커플러의 입력 매개변수와 동일합니다.

트랜지스터 옵토커플러는 출력 회로의 다음 매개변수로 설명됩니다.

1. U 나머지 - 광트랜지스터가 열려 있을 때 광커플러 출력의 잔류 출력 전압.

2. I ut.out - 포토트랜지스터가 닫힐 때 출력 회로에 흐르는 전류(누설 전류)

3. 평균 max - 옵토커플러가 장기간 안정적인 작동을 유지하는 평균 최대 전력 손실입니다.

4. 나는 나갔다. max - 안정적인 작동 중 포토트랜지스터의 최대 출력 전류.

5. t nr - 출력 전압이 최대값의 0.9에서 0.1로 변경되는 출력 신호의 상승 시간입니다.

6. t sp - 출력 전압이 최대값의 0.1에서 0.9로 증가하는 출력 전압 감쇠 시간.

7. t on - on 시간은 입력 신호가 인가되는 순간부터 입력 신호가 0.1U 입력에 도달하는 순간까지의 시간입니다. 최대. 또는 이것은 출력 전압이 0.1U out 수준까지 도달하는 시간(t sp)입니다. 최대.

8. t off - off 시간은 입력 신호가 최대 0.9 U 입력으로 감소하는 시간입니다. 또는 t nr - 출력 전압이 최대 0.9U 출력까지 상승하는 시간입니다.

9. 최대 절연 전압 U ~에서 - 입력과 출력 사이에 적용될 수 있고 광커플러의 절연 내력이 유지되는 전압입니다.

트랜지스터 광커플러의 예로는 AOT123A, ZOT123B, AOT110(A,B,C), ZOT123A, AOT123T 등이 있습니다.

사이리스터 광커플러는 강력한 펄스를 생성하고 전환하기 위한 주요 모드에서 사용됩니다. 사이리스터 광커플러의 이미터는 LED이고 수신기는 실리콘 광사이리스터입니다. LED 방사가 중단되더라도 광사이리스터는 계속 켜져 있습니다. 이와 관련하여, LED의 제어광 신호는 사이리스터의 잠금을 해제하는 데 필요한 시간 동안만 공급될 수 있습니다. 이 모든 것이 광사이리스터 광커플러를 제어하는 데 필요한 에너지를 줄이는 것을 가능하게 합니다. 광사이리스터를 끄려면 외부 전압을 제거해야 합니다. 이 모든 것이 사이리스터 광커플러와 트랜지스터 광커플러를 구별합니다. 사이리스터 옵토커플러는 다음 매개변수로 설명됩니다.

1. 턴온 전류 I on (입력 작동 전류 I 입력, 작동) - 주어진 입력 모드에서 옵토커플러를 개방 상태로 전환하는 옵토커플러의 일정한 순방향 전류.

2. 펄스 스위칭 전류 I가 켜집니다. 이는 옵토커플러를 개방 상태로 바꾸는 주어진 기간의 입력 전류 펄스의 진폭입니다.

3. U in - 주어진 입력 스위칭 전류에서 LED 입력의 입력 전압;

4. 나는 입력 - 입력 DC주도의;

5. 나는 들어갔다. 나 - 입구 임펄스 전류광커플러;

6. 나는 나갔다. 폐쇄 - 광사이리스터가 폐쇄되고 주어진 모드에서 출력 회로에 흐르는 폐쇄 상태의 출력 전류.

7. 나는 퇴장한다. 반환 - 광사이리스터가 닫힐 때 흐르는 출력 역전류;

8. U ost - 개방형 광사이리스터의 출력 전압;

9. 나는 퇴장한다. ud - 유지 전류 - 개방 상태에서 광사이리스터의 가장 작은 전류.

10. U 출력 최소 - 주어진 입력 신호에서 옵토커플러가 켜지는 광사이리스터의 최소 일정 출력 전압입니다.

11. U 출력 obr - 지정된 신뢰성이 보장되는 최대 출력 전압.

12. t on - on 시간은 최대값 레벨 0.5의 입력 전류 펄스와 레벨 0.9의 출력 전류 사이의 시간 간격입니다.

13. t 꺼짐 - 꺼짐 시간은 광사이리스터가 개방 상태로 전환되지 않는 영향을 받아 출력 전류의 끝부터 다음 출력 전류의 시작까지의 시간입니다.

14. C out - 닫힌 상태에서 사이리스터 옵토커플러 출력의 출력 커패시턴스.

사이리스터 광커플러의 예: AOU103A, ZOU103A, AOU103V, ZOU103B.

광커플러는 소스와 방사선 수신기(발광체 및 광검출기)가 하나 또는 다른 유형의 광학 및 전기 연결을 통해 구조적으로 서로 연결되어 있는 광전자 장치입니다.

작동 원리모든 종류의 광커플러는 다음을 기반으로 합니다. 방출기에서는 전기 신호의 에너지가 광검출기에서 빛으로 변환됩니다. 반대로 빛 신호는 전기적 반응을 유발합니다.

실제로는 방출기에서 광검출기까지 직접적인 광학 연결을 갖는 광커플러만 널리 보급되었으며 일반적으로 이러한 요소 사이의 모든 유형의 전기 통신은 제외됩니다.

구조 다이어그램의 복잡성 정도에 따라 광커플러 제품 간에 두 개의 장치 그룹이 구별됩니다. 광커플러("기본 광커플러"라고도 함)는 방출 및 수광 요소로 구성된 광전자 반도체 장치이며, 그 사이에는 다음을 제공하는 광학 연결이 있습니다. 전기 절연입력과 출력 사이. 광전자 집적 회로는 하나 이상의 광커플러와 이에 전기적으로 연결된 하나 이상의 매칭 또는 증폭 장치로 구성된 마이크로 회로입니다.

따라서 전자 회로에서 이러한 장치는 통신 요소의 기능을 수행하는 동시에 입력 및 출력의 전기적 (갈바닉) 절연이 수행됩니다.

그림의 블록 다이어그램에서 1개의 입력 장치는 이미터의 작동 모드를 최적화하고(예: LED를 와트 암페어 특성의 선형 섹션으로 바이어스) 외부 신호를 변환(증폭)하는 데 사용됩니다. 입력 블록에는 다음이 있어야 합니다. 고효율변환, 고속, 허용 가능한 입력 전류의 넓은 동적 범위(선형 시스템의 경우), "임계값" 입력 전류의 낮은 값으로 인해 회로를 통해 안정적인 정보 전송이 보장됩니다.

그림 1. 광커플러의 일반화된 블록 다이어그램

광학 매체의 목적은 방출기에서 광검출기로 광학 신호의 에너지를 전달하는 것이며, 또한 많은 경우 구조의 기계적 무결성을 보장하는 것입니다.

기본적인 제어 가능성 광학적 성질예를 들어, 전기 광학 또는 자기 광학 효과를 사용하는 환경은 회로에 제어 장치를 도입하여 반영됩니다. 이 경우 "와는 기능적으로 다른 제어된 광학 채널이 있는 광 커플러를 얻습니다. 기존의” 옵토커플러: 출력 신호는 입력 회로와 제어 회로 모두에서 변경될 수 있습니다.

광검출기에서 정보 신호는 광학에서 전기로 "복원"됩니다. 동시에 그들은 가지려고 노력한다. 고감도그리고 고성능.

마지막으로 출력 장치는 광검출기 신호를 광커플러 이후의 캐스케이드에 영향을 주기에 편리한 표준 형식으로 변환하도록 설계되었습니다. 이중 변환 후 손실이 매우 크기 때문에 출력 장치의 거의 필수 기능은 신호 증폭입니다. 종종 증폭 기능은 광검출기 자체(예: 광트랜지스터)에 의해 수행됩니다.

전기 다이어그램포토레지스터(a), 포토다이오드(b) 및 포토사이리스터(c)를 갖춘 광커플러의 출력 특성: 1 - 반도체 발광 다이오드; 2 - 포토 레지스터; 3 - 포토다이오드; 4- 광사이리스터; 유그리고 나- 광커플러 출력 회로의 전압 및 전류. 점선 곡선은 옵토커플러의 입력 회로에 전류가 없음을 나타내고, 실선은 두 가지 서로 다른 입력 전류 값에 해당합니다.

1. 소개. 2

1.1. 기본 정의. 2

1.2. 독특한 특징광커플러. 2

1.3. 일반화된 블록 다이어그램. 3

1.4. 애플리케이션. 4

1.5. 이야기. 5

2. 광커플러 기술의 물리적 기반. 6

2.1. 광커플러의 요소 기반 및 설계. 6

2.2. 다이오드 광커플러의 에너지 변환 물리학. 7

3. 광커플러 및 광전자공학의 매개변수 및 특성 집적 회로. 13

3.1. 광커플러 제품의 매개변수 분류. 13

3.2. 다이오드 광커플러. 14

3.3. 트랜지스터 및 사이리스터 광커플러. 15

3.4. 저항기 광커플러. 15

3.5. 차동 광커플러. 15

3.6. 광전자공학 마이크로회로. 16

4. 옵토커플러 및 옵토커플러 마이크로회로의 적용 분야. 16

4.1. 정보 이전. 17

4.2. 정보를 수신하고 표시합니다. 18

4.3. 전기 프로세스 제어. 18

4.4. 전기 기계 제품 교체. 19

4.5. 에너지 기능. 19

5. 문학. 19

1. 소개

1.1 기본 정의.

모든 유형의 광커플러의 작동 원리는 다음을 기반으로 합니다. 방출기에서는 전기 신호의 에너지가 광검출기에서 빛으로 변환됩니다. 반대로 빛 신호는 전기적 반응을 유발합니다.

구조 다이어그램의 복잡성 정도에 따라 광커플러 제품 간에 두 개의 장치 그룹이 구별됩니다. 광커플러("기본 광커플러"라고도 함)는 입력과 출력 사이에 전기적 절연을 제공하는 광학 연결이 있는 방출 및 수광 요소로 구성된 광전자 반도체 장치입니다. 광전자 집적 회로는 하나 이상의 광커플러와 이에 전기적으로 연결된 하나 이상의 매칭 또는 증폭 장치로 구성된 마이크로 회로입니다.

따라서 전자 회로에서 이러한 장치는 통신 요소의 기능을 수행하며 동시에 입력 및 출력의 전기적 (갈바닉) 절연이 수행됩니다.

1.2 광커플러의 특징.

이러한 장치의 장점은 전기적으로 중성인 광자를 사용하여 정보를 전송하는 일반적인 광전자 원리에 기반합니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

입력과 출력 사이에 이상적인 전기(갈바닉) 절연을 제공할 가능성 광커플러의 경우 임의로 달성하는 데 근본적인 물리적 또는 설계 제한이 없습니다. 고전압디커플링 저항과 임의로 작은 처리량 커패시턴스;

전자 물체의 비접촉식 광학 제어를 구현하는 능력과 이에 따른 제어 회로용 설계 솔루션의 다양성 및 유연성

광 채널을 따라 정보가 단방향으로 전파되며, 수신기에서 방출기로의 피드백이 없습니다.

광커플러의 넓은 주파수 대역폭, 저주파에 대한 제한 없음(일반적인 현상) 펄스 변압기); 광커플러 회로를 통해 펄스 신호와 상수 성분을 모두 전송하는 기능;

광 채널의 재료에 영향을 주어(비전기적 포함) 광커플러의 출력 신호를 제어하는 기능과 결과적으로 다양한 센서 및 정보 전송을 위한 다양한 장치를 생성할 수 있는 가능성

광검출기를 사용하여 기능적인 마이크로 전자 장치를 만드는 능력, 조명을 받으면 복잡한 주어진 법칙에 따라 특성이 변경됩니다.

"긴" 광커플러(방해기와 수신기 사이에 확장된 광섬유 광 가이드 포함)의 경우 전자기장의 영향에 대한 광통신 채널의 내성으로 인해 간섭 및 정보 누출로부터 보호되며 또한 상호 간섭;

다른 반도체 및 마이크로 전자 장치와의 물리적, 설계 및 기술 호환성.

광커플러에는 다음과 같은 단점도 있습니다.

이중 에너지 변환(전기-빛-전기)의 필요성과 이러한 전환의 낮은 효율성으로 인해 상당한 전력 소비;

온도 상승 및 핵 방사선 침투의 영향에 대한 매개변수 및 특성의 민감도가 증가했습니다.

다소 눈에 띄는 매개변수의 일시적인 저하(열화)

비교적 높은 수준이전의 두 가지 단점과 마찬가지로 LED의 물리적 특성으로 인해 발생하는 자체 소음;

입력 및 출력 회로의 전기적 절연으로 인해 피드백 구현이 복잡해집니다.

하이브리드 비평면 기술 사용과 관련된 구조적 및 기술적 결함(하나의 장치에서 서로 다른 평면에 위치한 서로 다른 반도체의 여러 개별 결정을 결합해야 함).

광커플러의 나열된 단점은 재료, 기술 및 회로 설계가 개선됨에 따라 부분적으로 제거되지만 그럼에도 불구하고 오랫동안 다소 근본적인 특성으로 남아 있을 것입니다. 그러나 그 장점은 너무 커서 광커플러가 다른 마이크로 전자 장치와 비교하여 확실히 비경쟁적임을 보장합니다.

1.3 일반화된 블록 다이어그램(그림 1.1).

그림 1.1. 광커플러의 일반화된 블록 다이어그램.

커플링 요소인 광커플러는 전송 계수로 특징지어집니다. 케이 나는, 출력 및 입력 신호의 비율과 최대 정보 전송 속도에 의해 결정됩니다. 에프. 거의 대신 에프전송된 펄스의 상승 및 하강 지속 시간 측정 티 나르(sp)또는 차단 주파수. 갈바닉 절연 요소로서 광커플러의 기능은 다음과 같은 특징이 있습니다. 최대 전압및 디커플링 저항 U 개발그리고 R 개발및 통과 용량 C 개발 .

구조도에서 그림. 1.1에서 입력 장치는 이미터의 작동 모드를 최적화하고(예: LED를 와트 암페어 특성의 선형 섹션으로 바이어스) 외부 신호를 변환(증폭)하는 데 사용됩니다. 입력 장치는 높은 변환 효율, 빠른 속도, 허용 가능한 입력 전류의 넓은 동적 범위(선형 시스템의 경우), 낮은 값의 "임계값" 입력 전류를 갖춰 회로를 통한 안정적인 정보 전송을 보장해야 합니다.

광학 매체의 목적은 방출기에서 광검출기로 광학 신호의 에너지를 전달하는 것이며, 또한 많은 경우 구조의 기계적 무결성을 보장하는 것입니다.

예를 들어 전기 광학 또는 자기 광학 효과를 사용하여 매체의 광학 특성을 제어하는 기본 가능성은 제어 장치를 회로에 도입함으로써 반영됩니다. 이 경우 제어되는 광 커플러를 얻습니다.

"기존" 광커플러와 기능적으로 다른 광 채널: 출력 신호는 입력 및 제어 회로를 통해 변경될 수 있습니다.

광검출기에서 정보 신호는 광학에서 전기로 "복원"됩니다. 동시에, 그들은 높은 감도와 고성능을 갖기 위해 노력하고 있습니다.

그림의 일반적인 블록 다이어그램 1.1은 블록의 일부에 의해서만 각 특정 장치에서 구현됩니다. 이에 따라 광커플러 장치에는 세 가지 주요 그룹이 있습니다. 발광체 - 광학 매체 - 광검출기 블록을 사용하는 이전에 명명된 광커플러(기본 광커플러); 광전자(광커플러) 마이크로회로(출력 및 때로는 입력 장치가 추가된 광커플러); 특수 유형의 광커플러 - 기본 광커플러 및 광전자 IC와 기능적으로나 구조적으로 크게 다른 장치

실제 광커플러는 그림 1의 회로보다 더 복잡할 수 있습니다. 1.1; 이러한 각 블록에는 하나가 아니라 전기적 및 광학적으로 연결된 여러 개의 동일하거나 유사한 요소가 포함될 수 있지만 이는 광커플러의 물리적 및 전자적 기본 사항을 크게 변경하지 않습니다.

1.4 적용.

갈바닉 절연의 요소로 광커플러가 사용됩니다. 상당한 전위차가 있는 장비 장치를 연결합니다. 보호를 위해 입력 회로 측정 장치간섭과 간섭으로부터; 등.

광커플러의 또 다른 중요한 적용 분야는 고전류 및 고전압 회로의 광학적, 비접촉식 제어입니다. 시작하다 강력한 사이리스터, 트라이액, 트라이액, 전기 기계 릴레이 장치 제어