على 28/08/2024 346

شرح الضوئيات ، أوصح أوزول أوزولز.

في عالم الإلكترونيات ، من المهم حقًا التأكد من أن الإشارات يمكن أن تتحرك بسلاسة وأمان من دائرة إلى أخرى ، خاصةً عندما تعمل هذه الدوائر بمستويات مختلفة من الجهد أو تتأثر بالضوضاء الكهربائية.تساعد الضوئية ، والتي تسمى أيضًا Optocouplers أو Opto-Isolators ، في تحقيق ذلك.تستخدم هذه الأجهزة الصغيرة الضوء لإرسال إشارات بين الدوائر مع إبقائها منفصلة ، مما يساعد على حماية الأجزاء الحساسة من التلف.في هذه المقالة ، سنستكشف كيفية عمل الضوئيات الضوئية ، حيث يتم استخدامها ، ولماذا تكون مفيدة للغاية في الإلكترونيات اليوم.

كتالوج

الشكل 1: مكون photocoupler

فهم الضوئيات الضوئية

الضوئيات ، تسمى أيضا optocouplers أو Optoisolators، هي الأجهزة التي تسمح للإشارات بالانتقال من دائرة كهربائية إلى أخرى مع إبقائها منفصلة عن بعضها البعض.تتمثل المهمة الرئيسية في الضوئي في التأكد من أن الإشارات من دائرة لا تتداخل مع أخرى ، خاصةً عندما يكون للدوائر مستويات جهد مختلفة أو عندما تكون دائرة واحدة قد يكون لها ضوضاء كهربائية.يتم هذا الفصل باستخدام الضوء ، بحيث يمكن تمرير الإشارة دون اتصال كهربائي مباشر.

الشكل 2: عرض مستعرض ورمز للضوء

أجزاء من الضوئي

يحتوي جهاز photocoupler على جزأين رئيسيين:

الصمام الثنائي المنبعث للضوء (LED): الجزء الأول هو LED ، الذي يقع على جانب الإدخال.يأخذ هذا الصمام الإشارة الكهربائية ويحولها إلى الضوء ، عادة في نطاق الأشعة تحت الحمراء.غالبًا ما يتم استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء لأنه يعمل بشكل جيد لهذا الغرض ومن السهل اكتشاف الجزء التالي.

الكاشف الضوئي: الجزء الثاني هو الكاشف الضوئي ، الذي يقع على جانب الإخراج.يستقبل الكشف الضوئي الضوء من LED ويعيده إلى إشارة كهربائية.يمكن أن يكون الكاشف الضوئي أنواعًا مختلفة من الأجهزة ، مثل الناقلات الضوئية أو الرموز الضوئية أو PhotoDarlington.يؤثر نوع الكشف الضوئي المستخدم على مدى سرعة معالجة الإشارة ، ومدى حساسيةها ، ومدى قوة إشارة الإخراج.

يوجد كل من LED و PhotoDetector داخل حزمة واحدة ، والتي تشبه عادةً دائرة متكاملة صغيرة (IC).يتم فصل LED و PhotoDetector جسديًا ، وهو أمر مهم للغاية لأنه يضمن عدم توصيل دوائر الإدخال والإخراج مباشرة.يحافظ هذا الفصل على الدوائر في مأمن من المشكلات الكهربائية مثل الجهد العالي أو الضوضاء التي قد تتلف الأجزاء الحساسة.

كيف تعمل photocouplers؟

photocoupler هو جهاز يتيح لإشارة الانتقال بين دائرتين منفصلتين مع الحفاظ عليها كهربائيًا عن بعضها البعض.هذا الفصل مفيد للغاية في حماية أجزاء حساسة منخفضة الجهد من المسامير عالية الجهد والتداخل الكهربائي.تبدأ العملية عند تطبيق الجهد على دائرة الإدخال ، والتي تعمل على تشغيل LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) داخل الضوئي.تضيء هذا LED ، وعادةً ما يعطي ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والذي من غير المرجح أن يزعجه التأثيرات الخارجية.ثم يسافر الضوء عبر حاجز عازلة للوصول إلى الكاشف الضوئي على جانب الإخراج.يمسك هذا الضوء الضوئي ، الذي يمكن أن يكون ثنائيًا ضوئيًا أو نقلًا ضوئيًا أو photothyristor ، ويقوم بتغييره مرة أخرى إلى إشارة كهربائية.ثم يتم إرسال هذه الإشارة الكهربائية الجديدة إلى دائرة الإخراج.

ال طبقة عزل بين LED و PhotoDetector هو ما يبقي دوائر المدخلات والمخرجات منفصلة.يساعد هذا الفصل على حماية الأجزاء المنخفضة الجهد من الأذى عن طريق المسامير عالية الجهد أو الضوضاء الكهربائية.يسمح الضوء الذي يمر عبر الطبقة العازلة للإشارة بالانتقال من جانب إلى آخر دون أي اتصال مادي أو كهربائي ، مما يجعلها آمنة للدوائر للتواصل مع بعضها البعض.

بمجرد أن يستقبل الكاشف الضوئي الضوء من LED ، فإنه يحول الضوء مرة أخرى إلى إشارة كهربائية.تكون إشارة الإخراج هذه إلكترونيًا مثل إشارة الدخل ، ولكن قد يتم تضخيمها أو تعديلها ، اعتمادًا على ما هو مطلوب.ثم يتم استخدام الإشارة بواسطة دائرة الإخراج لتنفيذ المهمة المطلوبة.

تطبيقات photocouplers

تستخدم الضوئي على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المختلفة لأنها توفر كل من العزلة ونقل الإشارة الواضحة.

في حماية السلامة ، تعمل الضوئيات كحاجز بين الدوائر عالية الجهد والجهد المنخفض.تتوقف هذه العزلة عن ارتفاع الجهد العالي من إيذاء الأجزاء الحساسة ، وهو أمر مفيد للغاية في الإعدادات التي تكون فيها طفرات الطاقة شائعة.

عندما يتعلق الأمر بتقليل الضوضاء ، فإن الضوئيات الضوئية مفيدة بشكل لا يصدق.إنها تساعد في تقليل آثار التداخل الكهربائي ، مع التأكد من أن الإشارة المرسلة تظل واضحة وثابتة.

في دوائر التواصل ، تتيح الضوئيات الضوئية لأجزاء مختلفة من نظام يعمل على مستويات الجهد المختلفة للتواصل بأمان.باستخدام photocoupler ، يمكنك توصيل الدوائر دون خطر الضرر الناتج عن اختلافات الجهد.

تعتبر الضوئيات أيضًا جزءًا رئيسيًا من عمليات تبديل إمدادات الطاقة.في هذه التطبيقات ، تحافظ على أجزاء التحكم منفصلة عن مخرجات الجهد العالي ، مما يضمن أن تظل إشارات التحكم مستقرة وموثوقة حتى في الظروف الكهربائية الصعبة.

حزم Opto-Coupler و Opto-Isolator

الشكل 3: حزم Opto-Coupler و Opto-Isolator

الضوئيات ، المعروفة أيضًا باسم Opto-Couplers أو Opto-Isolators ، هي أجزاء إلكترونية تستخدم الضوء لإرسال إشارات كهربائية بين دائرتين تحتاج إلى منفصلة.يساعد هذا الفصل في منع الفولتية العالية من إتلاف الدائرة التي تتلقى الإشارة.يتغير تصميم وتعبئة هذه الأجزاء اعتمادًا على ما إذا كانت تستخدم في مواقف الجهد المنخفض أو عالية الجهد.

تطبيقات الجهد المنخفض: في إعدادات الجهد المنخفض ، عادةً ما يتم العثور على الكواكب الأصلية في الحزم التي تبدو وكأنها دوائر متكاملة (DIL) المتكاملة (DIL) أو حزم دائرة متكاملة (SOIC).تُستخدم هذه التنسيقات بشكل شائع في تكنولوجيا الجبل السطحي (SMT) ، مما يجعلها سهلة التنسج مع التصميمات الإلكترونية الحديثة والمدمجة.تتيح العبوة أن يتم تضمين الجزء بسهولة في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) مع الحفاظ على أقسام مختلفة من الدائرة منفصلة.

تطبيقات الجهد العالي: بالنسبة لحالات الجهد العالي ، غالبًا ما يتم تصميم المعايير البصرية مع عبوة أقوى للتعامل مع الفولتية العزلة العالية.قد تكون هذه الحزم مستطيلة أو أسطوانية ويتم صنعها لتوفير حماية أكثر من حزم IC القياسية.هذه الميزة مفيدة في أنظمة الطاقة أو غيرها من الإعدادات حيث يمكن أن يكون فرق الجهد بين الدوائر كبيرًا ، مما يتطلب تدابير أمان إضافية.

المصطلحات والرموز الضوئية

الشكل 4: رمز مخطط الدائرة للضوء

في حين يتم استخدام "Opto-Coupler" و "Opto-Isolator" غالبًا ليعني نفس الشيء ، هناك اختلافات صغيرة بينهما بناءً على كيفية استخدامها:

Opto-Couple يشير عادة إلى الأجزاء المستخدمة في الأنظمة التي لا يتجاوز الفرق بين الدوائر أكثر من 5000 فولت.غالبًا ما تستخدم هذه الأجزاء لإرسال إشارات تمثيلية أو رقمية عبر دوائر منفصلة في إعدادات إلكترونية مختلفة.

غير المعتدلات يتم صنعها خصيصًا للاستخدام في أنظمة الطاقة العالية حيث يمكن أن يكون اختلاف الجهد أكثر من 5000 فولت.الوظيفة الرئيسية متشابهة - لإرسال إشارات مع الحفاظ على الفصل الكهربائي - ولكن تم صنع هذه الأجزاء للتعامل مع الإعدادات الكهربائية الأكثر تطلبًا الموجودة في توزيع الطاقة والأنظمة الصناعية.

في مخططات الدائرة ، يظهر رمز coupler البصهي عادةً LED (الذي يعمل كمرسل) على جانب واحد و phototransistor أو photodarlington (الذي يعمل كمستقبل) من جهة أخرى.يوضح هذا الرمز كيف يعمل الجزء من الداخل ، مما يوضح كيفية استخدام الضوء لإنشاء رابط كهربائي بين الدوائر المنفصلة.يعطي LED الضوء عندما يتدفق التيار من خلاله ، والذي يتم التقاطه بعد ذلك بواسطة النقل الضوئي ، مما يسمح للإشارة بالمرور مع الحفاظ على الدوائر منفصلة كهربائياً.

المواصفات الرئيسية للضوء

الشكل 5: توقيت المدخلات الضوئية وخصائص الجهد الجذري المجمع

عند اختيار ضوئي ، من المفيد فهم ميزاتها الرئيسية للتأكد من أنها تناسب احتياجاتك.

نسبة النقل الحالية (CTR): هذه هي نسبة تيار الإخراج إلى إدخال تيار.بعبارات أبسط ، يوضح مقدار التيار على جانب الإدخال الذي يتم نقله إلى جانب الإخراج.يمكن أن تختلف قيم CTR على نطاق واسع ، من 10 ٪ إلى أكثر من 5000 ٪ ، اعتمادًا على نوع photocoupler.تعني نسبة النقر إلى الولوة الأعلى أن الجهاز أكثر فعالية في تمرير الإشارة من الإدخال إلى الإخراج ، وهو أمر مهم للتطبيقات التي يلزم التحكم الدقيق للإشارة.

النطاق الترددي: تخبرك هذه الميزة بالحد الأقصى للسرعة التي يمكن لـ Photocoupler معالجتها.عادةً ما يكون للضوء الضوئي المستندة إلى النقل الضوئي حوالي 250 كيلو هرتز ، مما يجعلها مناسبة للعديد من الاستخدامات الشائعة.ومع ذلك ، إذا كنت بحاجة إلى شيء أسرع ، فاحلم أن الضوئيات الضوئية المستندة إلى PhotoDarlington قد تكون أبطأ بسبب تصميمها ، مما يؤثر على سرعة استجابةهم.

تيار الإدخال: يشير هذا إلى مقدار التيار اللازم لتشغيل LED على جانب الإدخال من الضوئي.يعد تيار الإدخال عاملاً مهمًا لأنه يؤثر على مقدار الطاقة التي يستخدمها الجهاز ومدى جودة العمل مع الأجزاء الأخرى من الدائرة الخاصة بك.

جهاز الإخراج الحد الأقصى للجهد: بالنسبة إلى الضوئيات الضوئية القائمة على الترانزستور ، هذا هو أعلى جهد يمكن لترانزستور الإخراج التعامل معه.من المهم التأكد من أن تصنيف الجهد هذا أعلى من الحد الأقصى الذي سيستخدمه التطبيق الخاص بك ، لتجنب إتلاف الجهاز.

الاختلافات بين الضوئيات ومرحلات الحالة الصلبة

الشكل 6: التتابع الضوئي والتتابع الحالة الصلبة

الضوئي و مرحلات الحالة الصلبة (SSRS) كلاهما يستخدم الضوء لعزل الإشارات ، ولكن يتم استخدامها بطرق مختلفة بناءً على تصميمهما.

يتم استخدام photocouplers عمومًا في المواقف المنخفضة الطاقة حيث الهدف الرئيسي هو نقل الإشارات وعزلها.إنها مثالية لحماية الأجزاء الإلكترونية الحساسة من مسامير الجهد العالي أو الضوضاء ، مع التأكد من تمرير الإشارة بشكل نظيف من جزء من الدائرة إلى أخرى.

من ناحية أخرى ، تم تصميم مرحلات الحالة الصلبة (SSRs) لتبديل مستويات الطاقة الأعلى.على عكس photocouplers ، غالبًا ما يكون لـ SSRs أجزاء إضافية مثل حماية الطفرة والتبديل الصفري (لإشارات التيار المتردد) ، مما يساعد على تقليل الضوضاء الكهربائية ويجعل التتابع يدوم لفترة أطول.عادة ما تكون SSRs أكبر ، ولأنها تتعامل مع التيارات العليا ، فإنها تحتاج غالبًا إلى أحواض الحرارة لإدارة أطراف الحرارة والمسمار للاتصالات الآمنة.

خاتمة

تساعد Photocouplers في الحفاظ على الدوائر آمنة وتعمل بشكل جيد من خلال ترك الإشارات تمر مع الحفاظ على الدوائر المنفصلة.فهي تحمي الدوائر ذات الجهد المنخفض من المسامير عالية الجهد وتقلل من الضوضاء الكهربائية ، مما يجعلها مفيدة للغاية في العديد من الأجهزة الإلكترونية.سواء أكانوا معتادين على تمرير الإشارات بين الدوائر أو في أنظمة الطاقة الأكثر تعقيدًا ، فإن اختيار الضوئيات المناسبة-سواء كان ذلك بمثابة كومبلر قياسي أو معزول بصري أقوى-يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا في كيفية عمل النظام الإلكتروني جيدًا.مع استمرار التكنولوجيا ، ستظل هذه الأجهزة مفيدة للغاية ، حيث تعمل كحماة لأجهزةنا الإلكترونية.

الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]

1. ما هو تطبيق Opto-Isolator؟

يهدف تطبيق iSolator opto إلى الحفاظ على أجزاء مختلفة من الدائرة منفصلة مع السماح بالإشارات بالمرور بينهما.هذا يساعد على حماية الأجزاء الحساسة من الدائرة من المسامير عالية الجهد أو الضوضاء الكهربائية.غالبًا ما يتم استخدام المعايير البصرية في إمدادات الطاقة ، وواجهات متحكم ، وأنظمة التحكم الصناعية لمنع تلف مكونات الجهد المنخفض.

2. متى يجب أن تستخدم Opto-Isolator؟

يجب عليك استخدام Isolator Opto عندما تحتاج إلى حماية أجزاء الجهد المنخفض من الدائرة من الجهد العالي أو الضوضاء الكهربائية.إنه مفيد أيضًا عندما تحتاج أجزاء مختلفة من نظامك إلى العمل معًا دون الاتصال مباشرة.هذا مفيد عندما يكون للدوائر مستويات أرضية مختلفة أو عندما تحتاج إلى البقاء منفصلين كهربائيًا لأسباب تتعلق بالسلامة.

3. ما هو الغرض الأساسي من Optocoupler؟

الغرض الأساسي من Optocoupler هو السماح للإشارات بالمرور بين دائرتين منفصلتين باستخدام الضوء ، مع الحفاظ على الدوائر عن بعضها البعض.هذا يمنع الدوائر عالية الجهد من التأثير على الدوائر منخفضة الجهد ، مما يساعد على حماية الأجزاء الحساسة من التالف.

4. لماذا تستخدم Optocoupler بدلاً من التتابع؟

يمكنك استخدام Optocoupler بدلاً من التتابع عندما تحتاج إلى تبديل أسرع ، وعمر أطول ، وعملية أكثر هدوءًا.على عكس المرحلات ، لا يحتوي Optocouplers على أجزاء متحركة ، بحيث يمكنها التبديل بسرعة وتستمر لفترة أطول.كما أنها تشغل مساحة أقل وتوفر عزلًا كهربائيًا أفضل.

5. ما هي عيوب Optocouplers؟

تتضمن عيوب Optocouplers قدرتها المحدودة على التعامل مع التيار العالي والجهد مقارنةً بالمرحلات.يمكن أن تكون بعض optocouplers ، وخاصة أولئك الذين لديهم صناديق الصور ، أبطأ في الاستجابة.يمكنهم أيضًا التآكل بمرور الوقت لأن LED داخل التحلل.قد لا يكون Optocouplers هو الخيار الأفضل للسيطرة على الطاقة العالية للغاية ، حيث ستعمل المرحلات أو مرحلات الحالة الصلبة بشكل أفضل.