ما هو الفرق بين Photocoupler و Optocoupler؟

مقدمة

تعد المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية مكونين إلكترونيين يستخدمان على نطاق واسع في تصميم الدوائر، خاصة في الأجهزة التي تتضمن جهدًا أو ترددات عالية. على الرغم من أوجه التشابه في تصميمها ووظائفها، إلا أن هناك اختلافات مهمة بين المكونين والتي يجب على المهندسين فهمها لاختيار العنصر المناسب لمشروعهم. ستقدم هذه المقالة تحليلًا متعمقًا للاختلافات بين أدوات التوصيل الضوئي والمقرنات الضوئية، مع تغطية مبادئ تشغيلها وتطبيقاتها ومزاياها وعيوبها والمزيد.

ما هو Photocoupler؟

المقرنة الضوئية، والمعروفة أيضًا باسم العازل الضوئي أو المقرنة الكهروضوئية، هي نوع من الأجهزة الإلكترونية التي تستخدم الضوء لنقل الإشارة الكهربائية من دائرة إلى أخرى أثناء عزل الدائرتين عن بعضهما البعض. يتم تحقيق هذا العزل عن طريق وضع خلية كهروضوئية أو ترانزستور ضوئي بين دوائر الإدخال والإخراج. يتم تحويل إشارة الدخل إلى إشارة ضوئية بواسطة LED أو صمام ثنائي ليزر، والذي يتم اكتشافه بعد ذلك بواسطة الخلية الكهروضوئية أو الترانزستور الضوئي وتحويله مرة أخرى إلى إشارة كهربائية. ونتيجة لذلك، يتم عزل دوائر الإدخال والإخراج بشكل جلفاني تمامًا عن بعضها البعض، مما يلغي أي اقتران DC أو AC بينهما.

ما هو Optocoupler؟

إن optocoupler، المعروف أيضًا باسم المعزل البصري أو المقرنة الإلكترونية الضوئية، هو نوع آخر من الأجهزة الإلكترونية التي تستخدم الضوء لنقل إشارة كهربائية من دائرة إلى أخرى مع توفير العزل بينهما. يشبه الهيكل الأساسي للمقرنة الضوئية تلك الخاصة بالمقرنة الضوئية، مع LED أو صمام ثنائي ليزر على جانب الإدخال وترانزستور ضوئي، أو صمام ثنائي ضوئي، أو SCR للصور على جانب الإخراج. يتم تحويل إشارة الإدخال إلى إشارة ضوئية، والتي تعمل على تنشيط المكون الإلكتروني البصري وتولد إشارة خرج تتوافق مع إشارة الإدخال. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين أدوات التوصيل الضوئية وأجهزة التوصيل الضوئي في نوع المكون الإلكتروني البصري المستخدم في جانب الإخراج، مما يؤثر على خصائص أدائها.

مبادئ التشغيل

تتشابه مبادئ تشغيل أدوات التوصيل الضوئي والمقرنات الضوئية، حيث يستخدم كلاهما الضوء لنقل الإشارة الكهربائية من دائرة إلى أخرى. يتم تحويل إشارة الإدخال إلى إشارة ضوئية بواسطة LED أو صمام ثنائي ليزر، والذي ينبعث الفوتونات التي يمتصها المكون الإلكتروني البصري على جانب الإخراج. يقوم المكون الإلكتروني البصري بإنشاء إشارة خرج تتوافق مع إشارة الإدخال، والتي يتم بعد ذلك تضخيمها ومعالجتها بواسطة دائرة الإخراج. ويتحقق العزل بين دوائر الإدخال والإخراج من خلال عدم وجود أي اتصال مادي بينهما، فضلا عن وجود مكون حساس للضوء يقوم بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية.

التطبيقات

تُستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية في مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات، بما في ذلك الاتصالات وأنظمة الطاقة والتحكم الصناعي والأجهزة والأجهزة الطبية. تتضمن بعض التطبيقات الشائعة لهذه الأجهزة ما يلي:

- عزل الإشارة: تستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية لعزل إشارات الجهد العالي أو التردد العالي عن إشارات الجهد المنخفض أو التردد المنخفض، مما يمنع الضوضاء أو التداخل أو الحلقات الأرضية من التأثير على أداء الدوائر.

- التواصل المنطقي: تُستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية لتحويل الإشارات المنطقية بين مستويات الجهد المختلفة، مثل TTL وCMOS، مما يتيح إمكانية التشغيل البيني بين الأجهزة المختلفة.

- التحكم في التغذية الراجعة: تُستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية لتوفير التحكم في التغذية الراجعة في مصادر الطاقة والمنظمين والأنظمة الأخرى من خلال مراقبة جهد الخرج وضبط جهد الإدخال للحفاظ على خرج ثابت.

- التحكم في المحرك: تستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية في دوائر التحكم في المحرك لعزل مفاتيح الجهد العالي عن دوائر التحكم ذات الجهد المنخفض مما يقلل من خطر الصدمات الكهربائية ويحسن سلامة النظام.

- الأجهزة الطبية: تستخدم المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية في الأجهزة الطبية مثل أجهزة مراقبة المرضى ومضخات التسريب وأجهزة تنظيم ضربات القلب لعزل المريض عن الضوضاء الكهربائية الناتجة عن الأجهزة ومنع أي تسرب تيار من المريض إلى الأجهزة.

المميزات والعيوب

مثل أي جهاز إلكتروني، تتمتع أدوات التوصيل الضوئي والمقرنة الضوئية بمزاياها وعيوبها الخاصة التي يجب على المهندسين مراعاتها عند اختيار المكون المناسب لمشروعهم.

مزايا المقربات الضوئية

- جهد عزل عالي: نظرًا لعدم وجود أي اتصال مادي بين دوائر الإدخال والإخراج، يمكن أن توفر أدوات التوصيل الضوئي جهد عزل عالي يصل إلى 10 كيلو فولت أو أكثر، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات التي تتضمن جهدًا أو تيارات عالية.

- سعة اقتران منخفضة: تتمتع أدوات التوصيل الضوئي بسعة منخفضة بين دوائر الإدخال والإخراج، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إرسال إشارة سريع أو تشغيل عالي التردد.

- بسيطة وموثوقة: تتمتع أدوات التوصيل الضوئي ببنية بسيطة وموثوقة وأقل عرضة للتدهور أو الفشل بمرور الوقت، مما يجعلها مثالية للاستخدام على المدى الطويل في التطبيقات المهمة.

عيوب المصورات الضوئية

- عرض النطاق الترددي المحدود: بسبب المكونات الحساسة للصور المستخدمة في المقرنات الضوئية، فإن عرض النطاق الترددي للجهاز محدود مقارنة بالمكونات الإلكترونية الأخرى، مما قد يؤثر على أداء الدائرة عند الترددات العالية.

- نطاق درجة حرارة محدود: تتمتع أدوات التوصيل الضوئي بنطاق درجة حرارة محدود، عادةً حوالي -40 درجة إلى +100 درجة، مما قد يحد من استخدامها في البيئات القاسية أو ظروف درجات الحرارة القصوى.

مزايا Optocouplers

- مجموعة واسعة من المكونات الإلكترونية الضوئية: يمكن للمقرونات الضوئية استخدام أنواع مختلفة من المكونات الإلكترونية الضوئية على جانب الإخراج، مثل الترانزستورات الضوئية، والثنائيات الضوئية، وSCR للصور، مما يسمح بتخصيص الجهاز وتحسينه لتطبيقات محددة.

- الكسب والخطية العالية: يمكن أن توفر أدوات التوصيل الضوئية مكاسب وخطية عالية مقارنة بالمقرنات الضوئية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة أو دقة عالية.

- نطاق درجة حرارة واسع: تتمتع أجهزة optocouplers بنطاق درجة حرارة واسع، عادةً حوالي -55 درجة إلى +125 درجة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في البيئات القاسية أو ظروف درجات الحرارة القصوى.

عيوب Optocouplers

- جهد عزل منخفض: تتميز أدوات التوصيل الضوئي عادةً بجهد عزل أقل مقارنةً بأجهزة التوصيل الضوئي، مما يحد من استخدامها في التطبيقات التي تتضمن جهدًا أو تيارات عالية.

- سعة اقتران عالية: تتمتع أدوات التوصيل الضوئية بسعة أعلى بين دوائر الإدخال والإخراج مقارنة بالمقرنات الضوئية، مما قد يؤثر على أدائها عند الترددات العالية أو يقلل من سرعة عملها.

خاتمة

باختصار، تعد المقرنات الضوئية والمقرنة الضوئية مكونين إلكترونيين مهمين يستخدمان الضوء لنقل الإشارة الكهربائية من دائرة إلى أخرى مع توفير العزل بينهما. على الرغم من أنهما يشتركان في بعض أوجه التشابه في مبادئ التشغيل والتطبيقات الخاصة بهما، إلا أن هناك اختلافات مهمة بين المكونين والتي يجب على المهندسين فهمها لاختيار العنصر المناسب لمشروعهم. سواء أكان الأمر يتعلق بجهد العزل العالي، أو سعة الاقتران المنخفضة، أو نطاق درجة الحرارة الواسع، أو الكسب العالي والخطية، فإن الاختيار بين قارنة ضوئية ومقرنة بصرية يعتمد على المتطلبات المحددة للتطبيق والمفاضلات بين مزاياها وعيوبها.