Bộ ghép quang - đặc điểm, thiết bị, ứng dụng

Bộ ghép quang là gì

Bộ ghép quang là một thiết bị quang điện tử, các bộ phận chức năng chính của chúng là nguồn sáng và bộ tách sóng quang, không được kết nối điện với nhau mà được đặt trong một vỏ kín chung. Nguyên lý hoạt động của bộ ghép quang dựa trên thực tế là tín hiệu điện được áp dụng cho nó gây ra sự phát sáng ở phía phát và ở dạng ánh sáng, tín hiệu được nhận bởi bộ tách sóng quang, bắt đầu tín hiệu điện trên đầu thu. bên. Nghĩa là tín hiệu được truyền và nhận thông qua giao tiếp quang học bên trong linh kiện điện tử.

Bộ ghép quang là loại bộ ghép quang đơn giản nhất. Nó chỉ bao gồm các bộ phận truyền và nhận. Một loại bộ ghép quang phức tạp hơn là chip quang điện tử có chứa một số bộ ghép quang được kết nối với một hoặc nhiều thiết bị khuếch đại hoặc phù hợp.

Do đó, bộ ghép quang là một thành phần điện tử cung cấp khả năng truyền tín hiệu quang trong mạch mà không có sự ghép nối điện giữa nguồn tín hiệu và bộ thu của nó, vì các photon được biết là trung hòa về điện.

Cấu trúc và đặc điểm của bộ ghép quang

Bộ ghép quang sử dụng bộ tách sóng quang nhạy cảm ở vùng cận hồng ngoại và khả kiến, vì phần này của quang phổ được đặc trưng bởi các nguồn bức xạ cường độ cao có thể hoạt động như bộ tách sóng quang mà không cần làm mát. Bộ tách sóng quang có các mối nối pn (điốt và bóng bán dẫn) dựa trên silicon là phổ biến, vùng có độ nhạy quang phổ tối đa của chúng gần bằng 0,8 μm.

Bộ ghép quang chủ yếu được đặc trưng bởi CTR tỷ số truyền hiện tại, tức là tỷ lệ giữa dòng điện đầu vào và đầu ra. Tham số tiếp theo là tốc độ truyền tín hiệu, thực tế là tần số cắt fc của hoạt động của bộ ghép quang, liên quan đến thời gian tăng tr và ngưỡng tf cho các xung được truyền. Cuối cùng, các tham số đặc trưng cho bộ ghép quang theo quan điểm cách ly điện: điện trở cách điện Riso, điện áp tối đa Viso và thông lượng Cf.

Thiết bị đầu vào, là một phần của cấu trúc bộ ghép quang, được thiết kế để tạo điều kiện hoạt động tối ưu cho bộ phát (LED) chuyển điểm vận hành sang vùng tuyến tính của đặc tính I — V.

Thiết bị đầu vào có đủ tốc độ và dải dòng điện đầu vào rộng, đảm bảo độ tin cậy của việc truyền thông tin ngay cả ở dòng điện (ngưỡng) thấp. Môi trường quang nằm bên trong vỏ mà qua đó ánh sáng được truyền từ bộ phát đến bộ tách sóng quang.

Trong các bộ ghép quang có kênh quang được điều khiển, có một thiết bị điều khiển bổ sung, thông qua đó có thể tác động đến các thuộc tính của môi trường quang bằng các phương tiện điện hoặc từ.Về phía bộ tách sóng quang, tín hiệu được phục hồi ở tốc độ chuyển đổi quang-điện cao.

Thiết bị đầu ra ở phía bên của bộ tách sóng quang (ví dụ: một phototransistor có trong mạch) được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu thành dạng điện tiêu chuẩn, thuận tiện cho việc xử lý thêm trong các khối sau bộ ghép quang. Bộ ghép quang thường không chứa các thiết bị đầu vào và đầu ra, do đó, nó yêu cầu các mạch bên ngoài để thiết lập hoạt động bình thường trong mạch của một thiết bị cụ thể.

Ứng dụng của bộ ghép quang

Đầu nối quang được sử dụng rộng rãi trong mạch điện cách ly khối của các thiết bị khác nhau, nơi có các mạch cho điện áp thấp và cao, mạch điều khiển được tách ra khỏi mạch nguồn: điều khiển triac và thyristor mạnh, mạch rơle, v.v.

Bộ ghép quang diode, bóng bán dẫn và điện trở được sử dụng trong điều chế kỹ thuật vô tuyến và mạch điều khiển khuếch đại tự động. Bằng cách phơi bày kênh quang, mạch được điều khiển không tiếp xúc và đưa đến chế độ hoạt động tối ưu.

Đầu nối quang linh hoạt đến mức chúng được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và trong rất nhiều chức năng độc đáo, thậm chí chỉ đơn giản là các phần tử cách ly điện và điều khiển không tiếp xúc, đến mức không thể liệt kê hết.

Đây chỉ là một vài trong số đó: máy tính, công nghệ truyền thông, tự động hóa, thiết bị vô tuyến, hệ thống điều khiển tự động, dụng cụ đo lường, hệ thống điều khiển và điều chỉnh, công nghệ y tế, thiết bị hiển thị hình ảnh và nhiều thứ khác.

Ưu điểm của bộ ghép quang

Việc sử dụng bộ ghép quang trên bảng mạch in cho phép bạn đạt được sự cách ly điện lý tưởng khi các yêu cầu cách ly điện áp cao và điện áp thấp, mạch đầu vào và đầu ra về mặt điện trở là rất cao. Ví dụ, điện áp giữa các mạch truyền và nhận của bộ ghép quang PC817 phổ biến là 5000 V. Ngoài ra, băng thông cực thấp khoảng 1 pF đạt được bằng cách ly quang học.

Sử dụng bộ ghép quang, điều khiển không tiếp xúc rất dễ thực hiện, đồng thời dành chỗ cho các giải pháp thiết kế độc đáo về mạch điều khiển trực tiếp. Điều quan trọng ở đây là hoàn toàn không có phản ứng của người nhận đối với nguồn, tức là thông tin được truyền đi một chiều.

Băng thông rộng nhất của bộ ghép quang giúp loại bỏ các hạn chế do tần số thấp áp đặt: với sự trợ giúp của ánh sáng, bạn có thể truyền ít nhất một tín hiệu không đổi, thậm chí là một xung và với các cạnh rất dốc, điều mà về cơ bản là không thể thực hiện được bằng cách sử dụng các máy biến xung. Kênh liên lạc bên trong bộ ghép quang hoàn toàn miễn nhiễm với tác động của trường điện từ, do đó tín hiệu được bảo vệ khỏi nhiễu và bắt sóng. Cuối cùng, bộ ghép quang hoàn toàn tương thích với các linh kiện điện tử khác.