オプト{0}}アイソレータ、またはオプティカルカプラ（略称OC）は、オプティカルカプラ、光アイソレータ、オプト-アイソレータ、オプト-カプラとも呼ばれ、通信、産業用制御、医療機器などの多くの分野で広く使用されている重要な電子部品の一種です。この記事では、読者に包括的かつ深い理解を提供するために、光結合コンポーネントの技術原理、分類、主なパラメータ、および応用例を紹介します。-
I. 光電結合素子の技術原理
光結合素子は光を媒体として使用して電気信号をグループのデバイスに伝送します。その中心機能は通常の電気信号入力を維持することであり、出力は伝送方式の絶縁層を介して電気信号を生成する必要があるため、役割間の良好な絶縁を備えています。フォトカプラは一般的に発光、受光、信号増幅の3つの部分で構成されています。
発光:入力された電気信号は発光源を駆動して光を放出します。一般的な発光源は赤外線-発光ダイオード (LED) で、電気エネルギーを特定の波長の光に変換します。
光の受信：それは光検出器によって受信され、光電流を生成します。発光源と受光器の間には閉じた光チャネル（誘電体チャネルとも呼ばれます）があり、受光器は特定の波長の光を感知する光センサーであり、電気エネルギーに直接変換され、外部電源によって供給される電流へのこの信号によって変調されることもあります。一般的なレシーバは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ、シリコン制御整流器 (SCR) またはトライアックです。
信号増幅:光電流は出力後にさらに増幅され、電気 - 光 - の電気変換が完了し、入力、出力、絶縁の役割を果たします。
フォトカプラの入力と出力は互いに絶縁されているため、優れた電気絶縁性と耐干渉性を備えています。{0}}同時に、フォトカプラの入力は、電流-タイプの低抵抗コンポーネントに属しており、強力なコモンモード除去機能を備えています。-したがって、端末絶縁要素として信号対雑音比を大幅に改善できる長距離伝送情報において、コンピュータのデジタル通信および信号絶縁インターフェースデバイスとしての即時制御において、その動作の信頼性を大幅に向上させることができます。
II.光結合部品の分類
光結合素子はアナログとデジタルの2種類に分けられ、光送信器と光検出器で構成されます。一般的な光電結合要素は、不透明パッケージ内の発光ダイオード (LED) とフォトトランジスタ (または他のタイプの感光性コンポーネント) です。{1}さまざまな分類基準に従って、光結合要素はさらに細分化できます。
光路によると：外部光路フォトカプラ (光電間欠検出器とも呼ばれます) と内部光路フォトカプラに分けることができます。
外側光路フォトカプラ：光路は部分的に外部環境に露出しており、より広い光学範囲のニーズや特殊な光路の場合に適用できます。
内部光路フォトカプラ：光路の一部がデバイス内にカプセル化されており、コンパクトな構造で、高い光路を必要としない場合に適しています。
出力タイプに応じて次のようになります。アナログフォトカプラとデジタルフォトカプラに分けられます。
アナログフォトカプラ:出力信号は連続的に変化するアナログ量であり、アナログ信号の伝送と絶縁に適しています。
デジタルフォトカプラ:出力信号は離散デジタル量であり、デジタル信号の伝送と絶縁に適しています。
パッケージの形式によると:DIP（ダブル・イン・ライン）、SOP（スモール・アウトライン・パッケージ）、SMD（表面実装デバイス）などに分けることができます。
DIPパッケージ:従来の PCB ボードへの挿入に適しています。
SOP および SMD パッケージ:最新の高密度 PCB ボード実装向け。-
Ⅲ．光電子結合コンポーネントの主なパラメータ
アプリケーションの性能パラメータの光電結合コンポーネントは効果に重要な影響を与えます。以下にいくつかの重要なパラメータを示します。
逆電流IR:被測定管の両端に規定の逆方向動作電圧VRを加えたときにダイオードに流れる電流。
逆方向降伏電圧 VBR:被試験管を流れる逆電流 IR が指定値であるときの極間の電圧降下。
順電圧降下 VF:ダイオードを流れる順電流が指定された値であるときの、正端子と負端子の間の電圧降下。
順電流IF:被試験管の両端に一定の順方向電圧が印加されたときにダイオードに流れる電流。
電流伝達率 CTR:出力管の動作電圧が規定値のとき、出力電流と発光ダイオードの順電流の比が電流変換率CTRとなります。{0} CTR は、フォトカプラの伝送効率を示す重要な指標です。
パルスの立ち上がり時間 tr と立ち下がり時間 tf:指定された動作条件でフォトカプラが指定された電流 IFP パルス波を発光ダイオードに入力すると、出力管は対応するパルス波を出力します。出力パルスのフロントエッジの振幅の 10% から 90% までのパルス立ち上がり時間 tr に必要な時間。出力パルスのバックエッジの振幅の 90% ～ 10%、パルス立ち下がり時間 tf に必要な時間。これら 2 つのパラメータはフォトカプラの応答速度を反映します。
絶縁電圧Vio:フォトカプラの入出力間の絶縁耐圧の値です。これはフォトカプラの電気絶縁機能を反映します。
絶縁容量 Cio と絶縁抵抗 Rio:フォトカプラの入出力端子間の容量値と絶縁抵抗値です。これらは、フォトカプラの抗干渉能力と安定性に重要な影響を及ぼします。-
IV.光結合素子の応用例
光結合コンポーネントは、その独特の電気絶縁性と信号伝送特性により、多くの分野で広く使用されています。以下に、典型的なアプリケーションの例をいくつか示します。
光通信業界:光通信の分野では、フォトカプラは信号変換と絶縁の重要なリンクとして、通信信号の安定した伝送と効率的な処理を効果的に保証します。 5G技術の普及とデータ伝送速度と容量に対する需要の急増に伴い、フォトカプラの役割がより重要になってきています。
モノのインターネット (IoT):IoT 端末機器とクラウド プラットフォーム間のデータ通信において、フォトカプラは信頼性の高い電気絶縁と信号伝送を提供し、IoT システムの安定した動作を保証します。{0}
産業オートメーション:産業オートメーション制御システムでは、フォトカプラはその高い信頼性と強力な抗干渉機能により、PLC（プログラマブル ロジック コントローラー）、センサー、アクチュエーター、その他の主要機器に広く使用されています。{0}}フォト-カプラは、回路間の電気的絶縁を実現することで、産業分野における制御信号に対する複雑な電磁環境の干渉を効果的に防止し、自動化制御システムの安定した動作を保証します。
家電：スマートフォン、タブレット PC、ウェアラブル デバイスなどのポータブル デバイスでは、フォトカプラは電源管理、信号伝送などの面で重要な役割を果たします。{0}これらはデバイスのパフォーマンスと安定性を向上させるだけでなく、電力消費と電磁干渉も削減します。
新エネルギー車:新エネルギー車の分野では、バッテリー管理システム (BMS) やモーター制御システムの主要なアプリケーションとしてフォトカプラの使用が増えています。これらは車両の安全性とエネルギー効率を向上させ、新エネルギー車両技術の継続的な進歩に貢献します。
医療機器とバイオテクノロジー:医療機器では、フォトカプラによって電気絶縁が実現され、機器の故障による患者の感電リスクが効果的に軽減されます。一方、バイオテクノロジーの分野では、フォトカプラはその高感度により生体信号を正確に検出することができ、ライフサイエンスの研究や医療の診断・治療を強力に技術的にサポートしています。
V. 結論と展望
フォトカプラ部品は重要な電子部品として、通信、産業用制御、医療機器などの多くの分野でかけがえのない役割を果たしています。{0}技術の継続的な進歩とアプリケーション要件の継続的な拡大に伴い、光電子結合素子の性能と種類も向上し、充実しています。将来的には、光電結合コンポーネントは、高性能、高密度、高信頼性に対する最新の電子システムの要件を満たすために、高速化、高信頼性、低消費電力、小型パッケージの方向に向かって進むでしょう。同時に、光電結合コンポーネントと他の電子コンポーネントとの統合と融合も将来の開発の重要なトレンドとなり、電子システムの革新とアップグレードにさらなる可能性をもたらします。