जोड़ी "ऑप्टिकल एमिटर - ऑप्टिकल रिसीवर" लंबे समय से इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है। एक इलेक्ट्रॉनिक घटक जिसमें रिसीवर और ट्रांसमीटर एक ही आवास में स्थित होते हैं और उनके बीच एक ऑप्टिकल लिंक होता है, ऑप्टोकॉप्लर या ऑप्टोकॉप्लर कहलाता है।
ऑप्टोकॉप्लर डिवाइस
ऑप्टोकॉप्लर में एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर (एमिटर), एक ऑप्टिकल चैनल और एक ऑप्टिकल सिग्नल रिसीवर होता है। फोटोट्रांसमीटर विद्युत सिग्नल को ऑप्टिकल में परिवर्तित करता है। ज्यादातर मामलों में ट्रांसमीटर एक एलईडी है (पहले के मॉडल गरमागरम या नियॉन लाइट बल्ब का इस्तेमाल करते थे)। एल ई डी का उपयोग सैद्धांतिक नहीं है, लेकिन वे अधिक टिकाऊ और विश्वसनीय हैं।
ऑप्टिकल सिग्नल एक ऑप्टिकल चैनल के माध्यम से रिसीवर को प्रेषित किया जाता है। चैनल बंद है - जब ट्रांसमीटर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश ऑप्टोकॉप्लर के शरीर से बाहर नहीं जाता है। फिर रिसीवर द्वारा उत्पन्न सिग्नल ट्रांसमीटर इनपुट पर सिग्नल के साथ सिंक्रनाइज़ हो जाता है।ऐसे चैनल हवा हैं या एक विशेष ऑप्टिकल यौगिक से भरे हुए हैं। "लंबे" ऑप्टोकॉप्लर्स भी हैं, जिस चैनल में है प्रकाशित तंतु.
यदि ऑप्टोकॉप्लर को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि उत्पन्न विकिरण, रिसीवर तक पहुंचने से पहले, आवास छोड़ देता है, ऐसे चैनल को खुला कहा जाता है। इसके साथ, आप प्रकाश किरण के मार्ग में आने वाली बाधाओं को दर्ज कर सकते हैं।
फोटोडेटेक्टर ऑप्टिकल सिग्नल का विद्युत सिग्नल में उलटा रूपांतरण करता है। सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले रिसीवर हैं:
- फोटोडायोड्स। आमतौर पर डिजिटल संचार लाइनों में उपयोग किया जाता है। इनका वंश छोटा है।
- फोटोरेसिस्टर्स। उनकी विशेषता रिसीवर की दो-तरफा चालकता है। रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान किसी भी दिशा में जा सकता है।
- फोटोट्रांसिस्टर्स। ऐसे उपकरणों की एक विशेषता एक ऑप्टोट्रांसमीटर और आउटपुट सर्किट के माध्यम से ट्रांजिस्टर वर्तमान को नियंत्रित करने की क्षमता है। रैखिक और डिजिटल दोनों मोड में उपयोग किया जाता है। एक अलग प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स - समानांतर-विपरीत क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के साथ। ऐसे उपकरणों को कहा जाता है ठोस अवस्था रिले.
- फोटोथायरिस्टर्स। इस तरह के ऑप्टोकॉप्लर्स आउटपुट सर्किट की बढ़ी हुई शक्ति और उनकी स्विचिंग गति से प्रतिष्ठित होते हैं; ऐसे उपकरणों का उपयोग बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स के तत्वों को नियंत्रित करने में आसानी से किया जाता है। इन उपकरणों को सॉलिड स्टेट रिले के रूप में भी वर्गीकृत किया गया है।
ऑप्टोकॉप्लर माइक्रोक्रिस्किट व्यापक हो गए हैं - एक पैकेज में स्ट्रैपिंग के साथ ऑप्टोकॉप्लर्स की असेंबली। ऐसे ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग स्विचिंग डिवाइस और अन्य उद्देश्यों के लिए किया जाता है।
फायदे और नुकसान
ऑप्टिकल उपकरणों में नोट किया गया पहला लाभ यांत्रिक भागों की अनुपस्थिति है।इसका मतलब यह है कि ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले की तरह कोई घर्षण, घिसाव, स्पार्किंग संपर्क नहीं होता है। संकेतों (ट्रांसफार्मर, आदि) के गैल्वेनिक अलगाव के लिए अन्य उपकरणों के विपरीत, ऑप्टोकॉप्लर्स प्रत्यक्ष वर्तमान सहित बहुत कम आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं।
इसके अलावा, ऑप्टिकल अलगाव का लाभ इनपुट और आउटपुट के बीच बहुत कम कैपेसिटिव और इंडक्टिव कपलिंग है। इसके कारण, आवेग और उच्च-आवृत्ति हस्तक्षेप के संचरण की संभावना कम हो जाती है। इनपुट और आउटपुट के बीच यांत्रिक और विद्युत कनेक्शन की अनुपस्थिति संपर्क रहित नियंत्रण और स्विचिंग सर्किट के निर्माण के लिए विभिन्न प्रकार के तकनीकी समाधानों की संभावना प्रदान करती है।
इनपुट और आउटपुट के लिए वोल्टेज और करंट के संदर्भ में वास्तविक डिजाइनों में सीमा के बावजूद, सिद्धांत रूप में इन विशेषताओं को बढ़ाने में कोई मौलिक बाधा नहीं है। यह आपको लगभग किसी भी कार्य के लिए ऑप्टोकॉप्लर बनाने की अनुमति देता है।
ऑप्टोकॉप्लर्स के नुकसान में एकतरफा सिग्नल ट्रांसमिशन शामिल है - फोटोडेटेक्टर से वापस ट्रांसमीटर तक एक ऑप्टिकल सिग्नल संचारित करना असंभव है। इससे ट्रांसमीटर सिग्नल को रिसीविंग सर्किट की प्रतिक्रिया के अनुसार फीडबैक को व्यवस्थित करना मुश्किल हो जाता है।
प्राप्त करने वाले भाग की प्रतिक्रिया न केवल ट्रांसमीटर के विकिरण को बदलकर, बल्कि चैनल की स्थिति (तृतीय-पक्ष वस्तुओं की उपस्थिति, चैनल माध्यम के ऑप्टिकल गुणों को बदलने, आदि) को प्रभावित करके भी प्रभावित हो सकती है। ऐसा प्रभाव गैर-विद्युत प्रकृति का भी हो सकता है। यह ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग करने की संभावनाओं का विस्तार करता है। और बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के प्रति असंवेदनशीलता आपको उच्च शोर प्रतिरक्षा वाले डेटा ट्रांसमिशन चैनल बनाने की अनुमति देती है।
ऑप्टोकॉप्लर्स का मुख्य नुकसान डबल सिग्नल रूपांतरण के दौरान सिग्नल के नुकसान से जुड़ी कम ऊर्जा दक्षता है। इसके अलावा एक नुकसान उच्च आंतरिक शोर स्तर है। यह ऑप्टोकॉप्लर्स की संवेदनशीलता को कम करता है और उनके आवेदन के दायरे को सीमित करता है जहां कमजोर संकेतों के साथ काम करने की आवश्यकता होती है।
ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग करते समय, उनके मापदंडों पर तापमान के प्रभाव को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए - यह महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, ऑप्टोकॉप्लर्स के नुकसान में ऑपरेशन के दौरान तत्वों का ध्यान देने योग्य गिरावट और एक पैकेज में विभिन्न अर्धचालक पदार्थों के उपयोग से जुड़े उत्पादन में प्रौद्योगिकी की एक निश्चित कमी शामिल है।
ऑप्टोकॉप्लर्स के लक्षण
ऑप्टोकॉप्लर पैरामीटर दो श्रेणियों में आते हैं:
- सिग्नल संचारित करने के लिए डिवाइस के गुणों को चिह्नित करना;
- इनपुट और आउटपुट के बीच डिकूपिंग की विशेषता।
पहली श्रेणी वर्तमान स्थानांतरण गुणांक है। यह एलईडी की उत्सर्जकता, रिसीवर की संवेदनशीलता और ऑप्टिकल चैनल के गुणों पर निर्भर करता है। यह गुणांक आउटपुट करंट के इनपुट करंट के अनुपात के बराबर है और अधिकांश प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए 0.005 ... 0.2 है। ट्रांजिस्टर तत्वों के लिए, स्थानांतरण गुणांक 1 तक पहुंच सकता है।
यदि हम ऑप्टोकॉप्लर को चार-ध्रुव मानते हैं, तो इसकी इनपुट विशेषता पूरी तरह से ऑप्टो-एमिटर (एलईडी) के सीवीसी द्वारा निर्धारित की जाती है, और आउटपुट - रिसीवर की विशेषता द्वारा। पास-थ्रू विशेषता आम तौर पर गैर-रैखिक होती है, लेकिन कुछ प्रकार के ऑप्टोकॉप्लर्स में रैखिक खंड होते हैं। तो, डायोड ऑप्टोकॉप्लर के सीवीसी के एक हिस्से में अच्छी रैखिकता है, लेकिन यह खंड बहुत बड़ा नहीं है।
प्रतिरोधी तत्वों का मूल्यांकन प्रकाश प्रतिरोध के लिए अंधेरे प्रतिरोध (शून्य के बराबर इनपुट वर्तमान के साथ) के अनुपात से भी किया जाता है। थाइरिस्टर ऑप्टोकॉप्लर्स के लिए, एक महत्वपूर्ण विशेषता खुली अवस्था में न्यूनतम होल्डिंग करंट है। ऑप्टोकॉप्लर के महत्वपूर्ण मापदंडों में उच्चतम ऑपरेटिंग आवृत्ति भी शामिल है।
गैल्वेनिक अलगाव की गुणवत्ता की विशेषता है:
- इनपुट और आउटपुट पर लागू अधिकतम वोल्टेज;
- इनपुट और आउटपुट के बीच अधिकतम वोल्टेज;
- इनपुट और आउटपुट के बीच इन्सुलेशन प्रतिरोध;
- पारित होने की क्षमता।
अंतिम पैरामीटर इलेक्ट्रोड के बीच समाई के माध्यम से, ऑप्टिकल चैनल को दरकिनार करते हुए, इनपुट से आउटपुट में लीक करने के लिए एक विद्युत उच्च-आवृत्ति संकेत की क्षमता की विशेषता है।
ऐसे पैरामीटर हैं जो आपको इनपुट सर्किट की क्षमताओं को निर्धारित करने की अनुमति देते हैं:
- उच्चतम वोल्टेज जिसे इनपुट टर्मिनलों पर लागू किया जा सकता है;
- अधिकतम करंट जो एलईडी झेल सकता है;
- रेटेड वर्तमान पर एलईडी में वोल्टेज ड्रॉप;
- रिवर्स इनपुट वोल्टेज - रिवर्स पोलरिटी वोल्टेज जिसे एलईडी झेल सकता है।
आउटपुट सर्किट के लिए, ये विशेषताएँ अधिकतम स्वीकार्य आउटपुट करंट और वोल्टेज के साथ-साथ शून्य इनपुट करंट पर लीकेज करंट होंगी।
ऑप्टोकॉप्लर्स का दायरा
एक बंद चैनल के साथ ऑप्टोकॉप्लर्स का उपयोग किया जाता है, जहां किसी कारण (विद्युत सुरक्षा, आदि) के लिए, सिग्नल स्रोत और प्राप्त पक्ष के बीच डिकूपिंग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, फीडबैक लूप में स्विचिंग बिजली की आपूर्ति - सिग्नल पीएसयू आउटपुट से लिया जाता है, जो विकिरण करने वाले तत्व को खिलाया जाता है, जिसकी चमक वोल्टेज स्तर पर निर्भर करती है।आउटपुट वोल्टेज के आधार पर एक सिग्नल रिसीवर से लिया जाता है और PWM कंट्रोलर को फीड किया जाता है।
दो ऑप्टोकॉप्लर्स के साथ कंप्यूटर बिजली आपूर्ति सर्किट का एक टुकड़ा चित्र में दिखाया गया है। शीर्ष ऑप्टोकॉप्लर IC2 एक फीडबैक बनाता है जो वोल्टेज को स्थिर करता है। निचला IC3 असतत मोड में संचालित होता है और स्टैंडबाय वोल्टेज मौजूद होने पर PWM चिप को बिजली की आपूर्ति करता है।
कुछ मानक विद्युत इंटरफेस द्वारा स्रोत और रिसीवर के बीच गैल्वेनिक अलगाव भी आवश्यक है।
एक खुले चैनल वाले उपकरणों का उपयोग किसी भी वस्तु (प्रिंटर में कागज की उपस्थिति), सीमा स्विच, काउंटर (कन्वेयर पर ऑब्जेक्ट, माउस मैनिपुलेटर में गियर दांतों की संख्या) आदि का पता लगाने के लिए सेंसर बनाने के लिए किया जाता है।
सॉलिड स्टेट रिले का उपयोग पारंपरिक रिले के समान स्थान पर किया जाता है - सिग्नल स्विच करने के लिए। लेकिन खुले राज्य में चैनल के उच्च प्रतिरोध से उनका प्रसार बाधित होता है। उनका उपयोग पावर सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स (शक्तिशाली क्षेत्र-प्रभाव या IGBT ट्रांजिस्टर) के तत्वों के लिए ड्राइवर के रूप में भी किया जाता है।
ऑप्टोकॉप्लर को आधी सदी से भी पहले विकसित किया गया था, लेकिन एलईडी के सस्ती और सस्ती होने के बाद इसका व्यापक उपयोग शुरू हुआ। अब ऑप्टोकॉप्लर्स के सभी नए मॉडल विकसित किए जा रहे हैं (अधिकांश भाग के लिए, उन पर आधारित माइक्रोक्रिकिट्स), और उनका दायरा केवल विस्तार कर रहा है।
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