Optočlen nebo optočlen je elektronické zařízení skládající se z emitoru světla (obvykle LED , u dřívějších produktů miniaturní žárovka ) a fotodetektoru (bipolární a polní fototranzistory , fotodiody , fototyristory , fotorezistory ), propojených optickým kanálem a např. pravidlo, kombinované v běžném případě. Princip činnosti optočlenu spočívá v přeměně elektrického signálu na světlo, jeho přenosu optickým kanálem a následné přeměně zpět na elektrický signál.
Podle stupně integrace
Podle typu optického kanálu
Podle typu fotodetektoru
Podle typu světelného zdroje
Optočleny s tranzistorem s efektem pole nebo fototriakem jsou někdy označovány jako opto relé nebo polovodičové relé .
V současnosti lze v optoelektronice rozlišit dva směry.
Existují dvě třídy optických prvků, které lze použít k vytvoření optických počítačů:
Jsou zástupci elektronově optického a optického směru.
Typ fotodetektoru určuje linearitu přenosové funkce optočlenu. Nejlineárnější a tedy vhodné pro provoz v analogových zařízeních jsou odporové optočleny, dále optočleny s přijímací fotodiodou nebo jedním bipolárním tranzistorem. Optočleny s kompozitními bipolárními tranzistory nebo tranzistory s efektem pole se používají v pulzních (klíčových, digitálních) zařízeních, u kterých není vyžadována linearita přenosu. Optočleny s fototyristory slouží ke galvanickému oddělení řídicích obvodů od řídicích obvodů.
Optočleny mají několik aplikací, které využívají jejich různé vlastnosti:
Optočleny s otevřeným optickým kanálem k dispozici pro mechanické působení (překrytí) se používají jako senzory v různých detektorech přítomnosti (například detektor papíru v tiskárně ), koncové nebo počáteční senzory (podobné mechanickému koncovému spínači ), čítače a diskrétní rychloměry na nich založené (například souřadnicové čítače v mechanické myši , anemometry ).
Optočleny se používají pro galvanické oddělení obvodů - přenos signálu bez přenosu napětí, pro bezkontaktní ovládání a ochranu. Některá standardní elektrická rozhraní , jako je MIDI , vyžadují izolaci optočlenu. Existují dva hlavní typy optočlenů navržených pro použití v galvanických izolačních obvodech: optočleny a optorelé. Hlavní rozdíl mezi nimi je v tom, že optočleny se obvykle používají k přenosu informací, zatímco optorelé se používá ke spínání signálových nebo napájecích obvodů.
OptočlenyTranzistorové nebo integrované optočleny se obvykle používají pro galvanické oddělení signálových obvodů nebo obvodů s nízkým spínacím proudem. Jako spínací prvek se používají bipolární tranzistory , řídicí obvody digitálních vstupů, specializované obvody (např. pro řízení výkonových MOSFET nebo IGBT - optodriverů) .
Vlastnosti a charakteristiky optočlenůElektrická pevnost (dovolené napětí mezi vstupními a výstupními obvody) závisí na konstrukci zařízení. Optočleny s galvanickým oddělením jsou k dispozici v balíčcích DIP, SOP, SSOP, Mini s plochým přívodem. Každý typ krytu má svá vlastní izolační napětí. Aby byla zajištěna vysoká průrazná napětí, je nutné, aby konstrukce optočlenu měla co největší vzdálenosti nejen mezi LED a fotodetektorem, ale také co největší vzdálenosti podél vnitřní a vnější strany pouzdra. Někdy výrobci vyrábějí specializované rodiny optočlenů, které splňují mezinárodní bezpečnostní normy. Tyto optočleny se vyznačují zvýšenou elektrickou pevností.
Jedním z hlavních parametrů charakterizujících tranzistorový optočlen je koeficient proudového přenosu. Výrobci optočlenů provádějí třídění, přiřazování v závislosti na koeficientu přenosu jednoho nebo druhého pořadí, které je uvedeno v názvu.
Nižší pracovní frekvence optočlenu není omezena: optočleny mohou pracovat ve stejnosměrných obvodech. Horní pracovní frekvence optočlenů optimalizovaných pro vysokofrekvenční digitální přenos signálu dosahuje stovek MHz . Horní pracovní frekvence lineárních optočlenů jsou výrazně nižší (jednotky-stovky kHz ). Nejpomalejší optočleny používající žárovky jsou ve skutečnosti účinné dolnopropustné filtry s hraničním pásmem v řádu několika Hz.
Šum tranzistorového optočlenuPro tranzistorové optočleny je charakteristický šum spojený na jedné straně s přítomností kapacity mezi LED a bází tranzistoru, na druhé straně s přítomností parazitní kapacity mezi kolektorem a bází fototranzistoru. Pro boj s prvním typem hluku je do konstrukce optočlenu zavedena speciální obrazovka. Druhému typu hluku se lze vyhnout volbou správných provozních režimů optočlenu.
Typy optočlenů pro galvanické odděleníOptorelay ( Solid State Relays ) se zpravidla používají pro spínání obvodů s vysokým spínacím proudem. Jako spínací prvek se zpravidla používá dvojice back-to-back MOSFET tranzistorů, díky nimž je optorelé schopno pracovat ve střídavých obvodech.
Vlastnosti a charakteristiky optoreléOptorelay mají tři topologie. Normálně otevřená - topologie A, normálně zavřená - topologie B a spínací - topologie C. Normálně otevřená topologie zahrnuje uzavření spínacího obvodu pouze tehdy, když je na LED přivedeno řídicí napětí. Normálně uzavřená topologie zahrnuje otevření spínacího obvodu, když je na LED přivedeno řídicí napětí. Spínací topologie, jak název napovídá, má kombinaci normálně uzavřených a normálně otevřených kanálů uvnitř optického relé. Standardní pouzdra pro optorelé jsou DIP8, DIP6, SOP8, SOP4, Mini flat-lead 4. Podobně jako optočleny se i optorelé vyznačují dielektrickou pevností.
Optorelay typyNa principu optočlenu jsou zařízení jako:
Používá se také při nedestruktivním testování jako nouzové senzory. GaP diody při vystavení záření začnou vydávat světlo a fotodetektor zachytí výslednou záři a ohlásí poplach.