Izolatory

Izolatory są komponentami służącymi do przenoszenia sygnałów przez dwie sekcje obwodu, które muszą pozostawać elektrycznie odseparowane ze względu na bezpieczeństwo, odporność na zakłócenia lub z powodów funkcjonalnych. Taka separacja elektryczna - zwana izolacją galwaniczną - uniemożliwia przepływ prądu, a jednocześnie pozwala na przekazywanie danych lub sygnałów sterujących. Izolatory są szczególnie ważne w środowiskach wysokich napięć lub znacznych zakłóceń, takich jak automatyka przemysłowa, systemy sterowania silnikami oraz medyczne urządzenia elektroniczne. Izolatory są urządzeniami działającymi na poziomie sygnałowym, które umożliwiają bezpieczną komunikację pomiędzy podsystemami bez bezpośredniego kontaktu elektrycznego.

Istnieją dwa główne typy izolatorów: optoizolatory (zwane również sprzęgaczami optycznymi) oraz izolatory cyfrowe. Optoizolatory wykorzystują światło do przesyłania informacji przez barierę izolacyjną. Typowy sprzęgacz optyczny zawiera diodę LED po stronie wejściowej oraz fototranzystor, fotodiodę, krzemowy prostownik sterowany (SCR) lub triak po stronie wyjściowej. Gdy prąd płynie przez diodę LED, emituje ona światło, które aktywuje komponent wyjściowy, umożliwiając reprodukcję sygnału po stronie izolowanej. Sprzęgacze optyczne są szeroko używane w zastosowaniach wymagających umiarkowanych prędkości oraz wysokiej izolacji napięcia - takich jak interfejsy mikrokontrolerów, pętle sprzężenia zwrotnego w zasilaczach impulsowych (SMPS) oraz moduły wejściowe programowanych sterowników logicznych (PLC). Są one cenione za prostotę oraz znakomitą odporność na zakłócenia elektryczne.

Izolatory cyfrowe z kolei nie wykorzystują światła. Zamiast tego, zwykle działają na zasadzie sprzężenia pojemnościowego lub magnetycznego, aby przekazać sygnały cyfrowe przez barierę izolacyjną. Izolatory te oferują szereg zalet w porównaniu do sprzęgaczy optycznych, włączając w to wyższe szybkości przesyłu danych, niższy pobór mocy, lepszą stabilność temperaturową oraz dłuższe okresy użytkowania, ponieważ nie występuje zjawisko starzenia diod LED. Izolatory cyfrowe szczególnie dobrze sprawdzają się w szybkich interfejsach komunikacyjnych, takich jak SPI, I²C lub UART, gdzie synchronizacja oraz integralność sygnałów mają znaczenie krytyczne. Mogą one być jednak bardziej wrażliwe na pewnego rodzaju zakłócenia powodowane przez stany nieustalone, w zależności od konstrukcji i zastosowania.

Wybór pomiędzy izolatorem optycznym i cyfrowym uzależniony jest od kilku czynników, takich jak: rodzaj sygnału (analogowy lub cyfrowy), szybkość, wymagania dotyczące izolacji napięcia, warunki środowiskowe oraz oczekiwana niezawodność. Przykładowo sprzęgacze optyczne mogą być preferowane w analogowych torach sprzężenia zwrotnego wysokiego napięcia ze względu na odporność na zakłócenia, natomiast izolatory cyfrowe mogą lepiej sprawdzać się w szybkich, kompaktowych systemach cyfrowych małej mocy.