| デバイスタイプ | 光源 | センサタイプ | 速度 | 電流伝達率 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 抵抗膜光アイソレータ | 抵抗膜式センサタイプ | 光源タイプ | センサタイプ | 速度 | 抵抗膜式センサタイプ | 白熱電球 | CdSまたはCdSeフォトレジスタ（LDR） | 非常に低い | <100%程度 |
| ネオンランプ | Low | |||||
| GaAs赤外線LED | Low | |||||
| ダイオード光-LED | ||||||
| Diode Opto-Low | ||||||
| Neon-Japanアイソレータ | GaAs 赤外線LED | Silicon フォトダイオード | Highest | |||
| トランジスタオプトエレクトロニクスアイソレータ | GaAs 赤外線LED | バイポーラシリコン フォトトランジスタ | Medium | 2-120% | ||
| ダーリントン フォトトランジスタ | Medium | 100-600% | ||||
| Opto-Opt絶縁型SCR | GaAs 赤外線LED | シリコン制御整流器 | 低～中 | |||
| Opto-Low絶縁型トライアック | GaAs 赤外線LED | TRIAC | 低～中程度 | 非常に高い | ||
| Solid-> | GaAs 赤外線LED | Low to Medium | GaAs赤外線LEDスタック | フォトダイオードスタック駆動 MOSFETペアまたはIGBT |
低～高 | 実質的に無制限 |
抵抗膜方式アイソレータ編集
初期の光アイソレータは、もともとライトセルとして販売され、1960年代に登場しました。 光源として小型の白熱電球、受光素子として硫化カドミウム（CdS）またはセレン化カドミウム（CdSe）フォトレジスタ（光依存性抵抗器、LDRとも呼ばれる）を使用していました。 制御の直線性が重視されない用途や、真空管アンプのように白熱電球を駆動するには利用可能な電流が少なすぎる場合には、ネオンランプに置き換えていた。 これらのデバイス（またはLDR部分のみ）は、Vactec社の商標にちなんでVactrolsと呼ばれるのが一般的であった。 白熱電球のオン・オフの遅れは数百ミリ秒で、ローパスフィルタや整流器として有効だが、実用的な変調周波数範囲は数ヘルツに制限される。 1968〜1970年に発光ダイオード（LED）が登場すると、メーカーは白熱電球やネオンランプをLEDに置き換え、5ミリ秒の応答時間と250ヘルツまでの変調周波数を達成した。 1575>
光アイソレータに使用されるフォトレジスタは、半導体の均一な膜のバルク効果に依存しており、p-n接合は存在しない。 フォトレジスターは、光センサーの中でもユニークな無極性デバイスで、ACまたはDC回路に適しています。 抵抗値は光の強さに反比例して低下し、ほぼ無限大から100オーム以下の低い抵抗値になる。 このため、電話回線用の自動利得制御装置やコンプレッサーとして、便利で安価に利用することができた。 また、400ボルトまでの電圧に耐えることができるため、真空蛍光表示管の駆動に最適であった。 その他、複写機、産業用オートメーション、業務用光測定器、自動露出計などにも使われた。 1575>
1960 年代のアメリカのギターおよびオルガンメーカーは、便利で安価なトレモロモジュレータとして抵抗型光アイソレータを採用しました。 フェンダー社の初期のトレモロエフェクトは2本の真空管を使用していましたが、1964年以降はそのうちの1本をLDRとネオンランプを使用したオプトカプラに変更しました。 現在では、ストンプボックスのペダルを踏むことで作動するヴァクトロールが音楽業界では一般的となっている。 しかし、パーキンエルマー社製の純正バクトロールが不足していたため、ギターのDIYコミュニティでは抵抗型オプトアイソレータを自作せざるを得なくなった。 オーディオとコントロールの接地が分離しているため、「本質的に高品質なサウンドが得られる」という理由で、ギタリストはオプトアイソレーターを好んで使用してきました。 しかし、ラインレベルの信号でフォトレジスタがもたらす歪みは、電気的に結合されたプロフェッショナルな電圧制御アンプのそれよりも高い。 さらに、カドミウム化合物特有のメモリー効果である光履歴による抵抗値の緩やかな変動が、性能を低下させる。
フォトダイオード光アイソレータ編集
最も高速なオプトアイソレータは、光伝導モードでPINダイオードを使用しています。 PINダイオードの応答時間はサブナノ秒の範囲にあり、システム全体の速度は、LED出力とバイアス回路の遅延によって制限されます。 これらの遅延を最小化するために、高速デジタルオプトアイソレータは、独自のLEDドライバと出力アンプを搭載し、高速化に最適化されています。 これらのデバイスはフルロジックオプトアイソレータと呼ばれ、LEDとセンサーがデジタルロジック回路内に完全にカプセル化されています。 出力アンプを内蔵したヒューレット・パッカード社の6N137/HPCL2601ファミリーは、1970年代後半に登場し、10MBdのデータ転送速度を達成した。 2002年に50MBdのAgilent Technologies 7723/0723ファミリーが登場するまで、業界標準として使用されていた。 7723/0723シリーズのオプトアイソレータは、CMOS LEDドライバとCMOSバッファ付きアンプを含み、それぞれ5 Vの2つの独立した外部電源を必要とします。
フォトダイオード・オプトアイソレータは、アナログ信号とのインタフェースに使用できますが、その非線形性は必ず信号を歪ませます。 バーブラウン社が開発したアナログオプトアイソレータは、2つのフォトダイオードと入力側のオペアンプを使用してダイオードの非直線性を補正しています。 1575>
2011年6月3日、ある特定の光アナログ信号アイソレータの新しいアイデアが提出された。 提案された構成は、2つの異なる部品で構成されている。 そのうちの1つは信号を転送し、もう1つは出力信号が入力信号と同じ特徴を持つことを保証するために負帰還を確立させる。 本提案のアナログアイソレータは、広い入力電圧範囲と周波数範囲においてリニアであることが確認されています。 1575>
MOSFETスイッチを使用したソリッドステートリレーは、通常、フォトダイオードの光アイソレータを使用してスイッチを駆動する。 MOSFETのゲートは比較的小さな電荷でONになり、定常状態でのリーク電流も非常に小さい。 光起電力モードのフォトダイオードは、短時間でターンオン電荷を生成できるが、その出力電圧はMOSFETの閾値電圧の何倍も低くなる。
フォトトランジスタ光アイソレータ編集部
フォトトランジスタは、フォトダイオードよりも本質的に低速である。 たとえば、最も古く、最も遅いが、今でも一般的な 4N35 オプトアイソレータは、100 オーム負荷で 5 μs の立ち上がりおよび立ち下がり時間を持ち、その帯域幅は約 10 キロヘルツに制限されていますが、脳波やパルス幅モーター制御などのアプリケーションには十分です。 1983年のMusical Instrument Digital Interface仕様で推奨されているPC-900や6N138などのデバイスは、数十キロボーというデジタルデータ転送速度が可能である。 たとえば、4N28 は最適なバイアスで最大 50 kHz、バイアスなしで 4 kHz 以下で動作します。
トランジスタ・オプトアイソレータの設計では、市販のデバイスに見られるパラメータの大きな変動に対して余裕を持たせる必要があります。 例えば、DC-DCコンバータのフィードバックループにあるオプトアイソレータが伝達関数を変化させてスプリアス発振を引き起こしたり、オプトアイソレータに予期せぬ遅延が発生してHブリッジの片側が短絡したりすると、こうした変動は破壊的なものになる可能性があります。 メーカーのデータシートには通常、重要なパラメータのワーストケース値しか記載されていないが、実際のデバイスは予測不可能な形でこのワーストケース推定値を上回る。 Bob Peaseは、4N28のバッチにおいて、電流伝達率が15%から100%以上まで変化することを確認した（データシートには最小10%しか規定されていない）。 1575>
電界効果トランジスタ (FET) をセンサーとして使用する光アイソレータは珍しく、バクトロールと同様に、FET の出力端子間の電圧が数百 mV を超えない限り、リモート制御のアナログ電位差計として使用することが可能です。
双方向オプトアイソレータ編集
これまで説明してきたオプトアイソレータはすべて単方向である。 光チャネルは常に、ソース（LED）からセンサへの一方通行で動作します。 センサーは、フォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタのいずれであっても、光を発することはできません。 しかし、LEDは他の半導体ダイオードと同様に、入射光を検出することができるため、一対のLEDから双方向のオプトアイソレータを構成することが可能である。 最も単純な双方向光アイソレータは、一対のLEDを向かい合わせに配置し、熱収縮チューブで固定しただけのものである。
可視スペクトル LED は転送効率が比較的悪いため、近赤外スペクトル GaAs、GaAs:Si、AlGaAs:Si LED が双方向デバイスに望ましい選択となります。 GaAs:Si LEDのペアで構成される双方向光アイソレータの電流伝達率は、光起電力モードまたは光伝導モードで約0.06%であり、フォトダイオードベースのアイソレータより低いものの、実世界のアプリケーションでは十分に実用的です。