フォトカプラ - 特性、デバイス、用途

フォトカプラとは

オプトカプラは光電子デバイスであり、その主な機能部品は光源と光検出器であり、これらは互いに電気的に接続されておらず、共通の密閉ハウジング内に配置されています。フォトカプラの動作原理は、それに加えられた電気信号が送信側で発光し、すでに光の形になっている信号が光検出器によって受信され、受信側で電気信号が開始されるという事実に基づいています。側。つまり、電子部品内では光通信により信号が送受信される。

フォトカプラは最も単純なタイプのフォトカプラです。送信部と受信部のみで構成されています。より複雑なタイプのオプトカプラは、1 つまたは複数の整合デバイスまたは増幅デバイスに接続された複数のオプトカプラを含む光電子チップです。

したがって、フォトカプラは、光子が電気的に中性であることが知られているため、信号源とその受信器との間のガルバニック結合を行わずに回路内で光信号の伝送を提供する電子部品です。

フォトカプラの構造と特徴

オプトカプラは、近赤外線および可視領域で感度の高い光検出器を使用します。これは、スペクトルのこの部分は、冷却せずに光検出器として機能する強力な放射線源によって特徴付けられるためです。シリコンをベースとした pn 接合 (ダイオードおよびトランジスタ) を備えた光検出器は汎用的であり、その最大スペクトル感度の領域は 0.8 μm に近くなります。

フォトカプラは主に電流伝達率 CTR、つまり入力電流と出力電流の比によって特徴付けられます。次のパラメータは信号伝送速度、実際にはフォトカプラ動作のカットオフ周波数 fc で、伝送パルスの立ち上がり時間 tr とカットオフ tf に関連します。最後に、ガルバニック絶縁の観点からフォトカプラを特徴付けるパラメータ、すなわち絶縁抵抗 Riso、最大電圧 Viso、およびスループット Cf を示します。

フォトカプラ構造の一部である入力デバイスは、エミッタ (LED) の最適な動作条件を作り出し、動作点を I - V 特性の線形領域にシフトするように設計されています。

入力デバイスは十分な速度と広い入力電流範囲を備えており、低い（閾値）電流でも情報伝達の信頼性を確保します。光学媒体はハウジングの内部に配置されており、光はそこを通ってエミッタから光検出器まで伝送されます。

制御された光チャネルを備えたフォトカプラには追加の制御デバイスがあり、電気的または磁気的手段を使用して光媒体の特性に影響を与えることができます。光検出器側では、信号は高い光電変換率で復元されます。

光検出器側の出力デバイス (回路に含まれるフォトトランジスタなど) は、信号を標準の電気形式に変換するように設計されており、フォトカプラに続くブロックでのさらなる処理に便利です。フォトカプラには入出力デバイスが含まれていないことが多いため、特定のデバイスの回路で通常の動作を確立するには外部回路が必要です。

フォトカプラの応用

光コネクタは広く使用されています ガルバニック絶縁のための回路内 低電圧および高電圧の回路があるさまざまな機器のブロック、強力なトライアックやサイリスタの制御、リレー回路などの制御回路が電力回路から分離されています。

ダイオード、トランジスタ、および抵抗フォトカプラは、無線工学変調および自動利得制御回路で使用されます。光チャネルを露出させることにより、回路は非接触で制御され、最適な動作モードになります。

光コネクタは非常に多用途であるため、さまざまな業界で使用されており、単なるガルバニック絶縁や非接触制御要素としてさえ、非常に多くの独自の機能で使用されているため、すべてをリストすることは不可能です。

ここではそのほんの一部を紹介します: コンピューター、通信技術、オートメーション、無線機器、自動制御システム、測定機器、制御および調整システム、医療技術、視覚表示装置など。

フォトカプラの利点

プリント回路基板でフォトカプラを使用すると、高電圧と低電圧、入力回路と出力回路の抵抗に関する絶縁要件が非常に高い場合に、理想的なガルバニック絶縁を実現できます。一般的な PC817 フォトカプラの送信回路と受信回路間の電圧は、たとえば 5000 V です。さらに、光絶縁によって約 1 pF という極めて低い帯域幅が実現されます。

フォトカプラを使用すると、非接触制御の実装が非常に簡単になると同時に、直接制御回路に関して独自の設計ソリューションの余地が残されます。ここで、ソースに対する受信者の反応がまったくないこと、つまり情報が一方向に送信されることも重要です。

フォトカプラの最も広い帯域幅により、低周波による制限が排除されます。光の助けを借りて、パルストランスを使用して実装するのは基本的に不可能な、非常に急峻なエッジを持つ、少なくとも一定の信号（パルスであっても）を送信できます。フォトカプラ内の通信チャネルは電磁場の影響をまったく受けないため、信号は干渉や捕捉から保護されます。最後に、フォトカプラは他の電子コンポーネントと完全な互換性があります。