Optokoblere, som kobler sammen kretser ved hjelp av optiske signaler som medium, er et aktivt element i områder der høy presisjon er uunnværlig, som akustikk, medisin og industri, på grunn av deres høye allsidighet og pålitelighet, som holdbarhet og isolasjon.
Men når og under hvilke omstendigheter fungerer optokobleren, og hva er prinsippet bak den? Eller når du faktisk bruker fotokobleren i ditt eget elektronikkarbeid, vet du kanskje ikke hvordan du skal velge og bruke den. Fordi optokobler ofte forveksles med «fototransistor» og «fotodiode». Derfor vil jeg introdusere hva en fotokobler er i denne artikkelen.
Hva er en fotokobler?
Optokoppleren er en elektronisk komponent hvis etymologi er optisk
kobler, som betyr «kobling med lys». Noen ganger også kjent som optokobler, optisk isolator, optisk isolasjon, osv. Den består av et lysemitterende element og et lysmottakende element, og forbinder inngangssidens krets og utgangssidens krets gjennom et optisk signal. Det er ingen elektrisk forbindelse mellom disse kretsene, med andre ord, i en isolert tilstand. Derfor er kretsforbindelsen mellom inngang og utgang separat, og bare signalet overføres. Koble kretser med betydelig forskjellige inngangs- og utgangsspenningsnivåer sikkert, med høyspenningsisolasjon mellom inngang og utgang.
I tillegg fungerer den som en bryter ved å sende eller blokkere dette lyssignalet. Det detaljerte prinsippet og mekanismen vil bli forklart senere, men det lysende elementet i fotokobleren er en LED (lysende diode).
Fra 1960-tallet til 1970-tallet, da LED-pærer ble oppfunnet og de teknologiske fremskrittene deres var betydelige,optoelektronikkble en boom. På den tiden, diverseoptiske enheterble oppfunnet, og den fotoelektriske kobleren var en av dem. Deretter trengte optoelektronikk raskt inn i livene våre.
① Prinsipp/mekanisme
Prinsippet bak optokobleren er at det lysende elementet konverterer det elektriske inngangssignalet til lys, og det lysmottakende elementet sender det elektriske lyssignalet tilbake til utgangssiden av kretsen. Det lysende elementet og det lysmottakende elementet er plassert på innsiden av den eksterne lysblokken, og de to er motsatt hverandre for å overføre lys.
Halvlederen som brukes i lysende elementer er LED (lysemitterende diode). På den annen side finnes det mange typer halvledere som brukes i lysmottakende enheter, avhengig av bruksmiljø, ekstern størrelse, pris osv., men generelt er den mest brukte fototransistoren.
Når de ikke fungerer, bærer fototransistorer lite av strømmen som vanlige halvledere gjør. Når lyset faller inn der, genererer fototransistoren en fotoelektromotorisk kraft på overflaten av P-type halvlederen og N-type halvlederen. Hullene i N-type halvlederen flyter inn i p-området, den frie elektronhalvlederen i p-området flyter inn i n-området, og strømmen vil flyte.
Fototransistorer er ikke like responsive som fotodioder, men de har også effekten av å forsterke utgangssignalet til hundrevis til 1000 ganger inngangssignalet (på grunn av det interne elektriske feltet). Derfor er de følsomme nok til å fange opp selv svake signaler, noe som er en fordel.
Faktisk er «lysblokkeren» vi ser en elektronisk enhet med samme prinsipp og mekanisme.
Lysbrytere brukes imidlertid vanligvis som sensorer og utfører sin rolle ved å føre et lysblokkerende objekt mellom det lysende elementet og det lysmottakende elementet. For eksempel kan de brukes til å oppdage mynter og sedler i salgsautomater og minibanker.
② Funksjoner
Siden optokobleren overfører signaler gjennom lys, er isolasjonen mellom inngangssiden og utgangssiden en viktig egenskap. Høy isolasjon påvirkes ikke lett av støy, men forhindrer også utilsiktet strømflyt mellom tilstøtende kretser, noe som er ekstremt effektivt med tanke på sikkerhet. Og selve strukturen er relativt enkel og rimelig.
På grunn av sin lange historie er det rike produktutvalget fra ulike produsenter også en unik fordel med optokoblere. Fordi det ikke er noen fysisk kontakt, er slitasjen mellom delene liten, og levetiden er lengre. På den annen side er det også egenskaper som gjør at lysutbyttet lett varierer, fordi LED-en sakte vil forringes med tiden og temperaturendringer.
Spesielt når de indre komponentene i den gjennomsiktige plasten blir uklare over lengre tid, kan lyset ikke være særlig bra. Uansett er levetiden for lang sammenlignet med kontakten til den mekaniske kontakten.
Fototransistorer er generelt tregere enn fotodioder, så de brukes ikke til høyhastighetskommunikasjon. Dette er imidlertid ikke en ulempe, ettersom noen komponenter har forsterkningskretser på utgangssiden for å øke hastigheten. Faktisk trenger ikke alle elektroniske kretser å øke hastigheten.
③ Bruk
Fotoelektriske koblerebrukes hovedsakelig til koblingsdrift. Kretsen vil bli aktivert ved å slå på bryteren, men med tanke på de ovennevnte egenskapene, spesielt isolasjon og lang levetid, er den godt egnet for scenarier som krever høy pålitelighet. For eksempel er støy en fiende for medisinsk elektronikk og lydutstyr/kommunikasjonsutstyr.
Den brukes også i motordrevne systemer. Grunnen til motoren er at hastigheten styres av omformeren når den drives, men den genererer støy på grunn av den høye effekten. Denne støyen vil ikke bare føre til at selve motoren svikter, men også strømme gjennom "jorden" og påvirke periferiutstyr. Spesielt utstyr med lange ledninger er lett å fange opp denne høye utgangsstøyen, så hvis det skjer på fabrikken, vil det forårsake store tap og noen ganger alvorlige ulykker. Ved å bruke godt isolerte optokoblere for svitsjing, kan påvirkningen på andre kretser og enheter minimeres.
For det andre, hvordan velge og bruke optokoblere
Hvordan bruke riktig optokobler til bruk i produktdesign? Følgende mikrokontrollerutviklingsingeniører vil forklare hvordan man velger og bruker optokoblere.
① Alltid åpen og alltid lukket
Det finnes to typer fotokoblere: en type der bryteren er slått av (av) når det ikke er spenning påført, en type der bryteren er slått på (av) når det er spenning påført, og en type der bryteren er slått på når det ikke er spenning påført. Slå på og slå av når det er spenning påført.
Førstnevnte kalles normalt åpen, og sistnevnte kalles normalt lukket. Hvordan man velger, avhenger først og fremst av hvilken type krets du trenger.
② Kontroller utgangsstrømmen og den påførte spenningen
Fotokoblere har egenskapen til å forsterke signalet, men de sender ikke alltid gjennom spenning og strøm etter eget ønske. Det er selvfølgelig klassifisert, men det må påføres en spenning fra inngangssiden i henhold til ønsket utgangsstrøm.
Hvis vi ser på produktdatabladet, kan vi se et diagram der den vertikale aksen er utgangsstrømmen (kollektorstrømmen) og den horisontale aksen er inngangsspenningen (kollektor-emitterspenning). Kollektorstrømmen varierer i henhold til LED-lysintensiteten, så bruk spenningen i henhold til ønsket utgangsstrøm.
Du kan imidlertid tenke at utgangsstrømmen som beregnes her er overraskende liten. Dette er strømverdien som fortsatt kan sendes ut pålitelig etter å ha tatt hensyn til LED-lysets forringelse over tid, så den er mindre enn maksimal klassifisering.
Tvert imot finnes det tilfeller der utgangsstrømmen ikke er stor. Når du velger optokobler, må du derfor nøye sjekke «utgangsstrømmen» og velge produktet som samsvarer med den.
③ Maksimal strøm
Maksimal ledningsstrøm er den maksimale strømverdien optokobleren tåler når den leder strøm. Igjen må vi sørge for at vi vet hvor mye utgang prosjektet trenger og hva inngangsspenningen er før vi kjøper. Sørg for at maksimalverdien og strømmen som brukes ikke er grenser, men at det er en viss margin.
④ Still inn fotokobleren riktig
Når vi har valgt riktig optokobler, la oss bruke den i et virkelig prosjekt. Selve installasjonen er enkel, bare koble terminalene som er koblet til hver inngangssidekrets og utgangssidekrets. Vær imidlertid forsiktig så du ikke orienterer inngangssiden og utgangssiden feil. Derfor må du også sjekke symbolene i datatabellen, slik at du ikke oppdager at foten til den fotoelektriske kobleren er feil etter at du har tegnet PCB-kortet.
Publisert: 29. juli 2023