Optokoblere, som kobler sammen kretser med optiske signaler som medium, er et element aktivt i områder hvor 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?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 hva som er en fotokobler bli introdusert i denne artikkelen.
Hva er en fotokobler?
Optokobleren er en elektronisk komponent hvis etymologi er optisk
kobling, som betyr "kobling med lys."Noen ganger også kjent som optokobler, optisk isolator, optisk isolasjon, etc. Den består av lysemitterende element og lysmottakende element, og kobler inngangssidekrets og utgangssidekrets gjennom optisk signal.Det er ingen elektrisk forbindelse mellom disse kretsene, med andre ord i en tilstand av isolasjon.Derfor er kretsforbindelsen mellom inngang og utgang separat og kun signalet overføres.Koble sikkert til kretser med vesentlig forskjellige inngangs- og utgangsspenningsnivåer, med høyspenningsisolasjon mellom inngang og utgang.
I tillegg, ved å sende eller blokkere dette lyssignalet, fungerer det som en bryter.Det detaljerte prinsippet og mekanismen vil bli forklart senere, men det lysemitterende elementet til fotokobleren er en LED (lysemitterende diode).
Fra 1960- til 1970-tallet, da lysdioder ble oppfunnet og deres teknologiske fremskritt var betydelige,optoelektronikkble en bom.På den tiden forskjelligoptiske enheterble oppfunnet, og den fotoelektriske koblingen var en av dem.Deretter trengte optoelektronikken raskt inn i livene våre.
① Prinsipp/mekanisme
Prinsippet til optokobleren er at det lysemitterende elementet konverterer det elektriske inngangssignalet til lys, og det lysmottakende elementet overfører det elektriske lyset tilbake til utgangssidekretsen.Det lysemitterende elementet og det lysmottakende elementet er på innsiden av blokken av eksternt lys, og de to er motsatte hverandre for å overføre lys.
Halvlederen som brukes i lysemitterende elementer er LED (lysemitterende diode).På den annen side er det mange typer halvledere som brukes i lysmottakende enheter, avhengig av bruksmiljø, ekstern størrelse, pris osv., men generelt sett er fototransistoren den mest brukte.
Når de ikke fungerer, fører fototransistorer lite av strømmen som vanlige halvledere gjør.Når lyset faller inn der, genererer fototransistoren en fotoelektromotorisk kraft på overflaten av P-type halvleder og N-type halvleder, hullene i N-type halvleder strømmer inn i p-regionen, den frie elektronhalvlederen i p-regionen flyter inn i n-området, og strømmen vil flyte.
Fototransistorer er ikke like responsive som fotodioder, men de har også effekten av å forsterke utgangen 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.
Imidlertid brukes lysavbrytere vanligvis som sensorer og utfører sin rolle ved å føre et lysblokkerende objekt mellom det lysemitterende elementet og det lysmottakende elementet.Den kan for eksempel brukes til å oppdage mynter og sedler i automater og minibanker.
② Funksjoner
Siden optokobleren overfører signaler gjennom lys, er isolasjonen mellom inngangssiden og utgangssiden en viktig funksjon.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 til forskjellige produsenter også en unik fordel med optokoblere.Fordi det ikke er fysisk kontakt, er slitasjen mellom delene liten, og levetiden er lengre.På den annen side er det også kjennetegn ved at lyseffektiviteten er lett å svinge, fordi LED-en sakte vil forringes med tiden og temperaturendringer.
Spesielt når den interne komponenten av den gjennomsiktige plasten i lang tid blir overskyet, kan det ikke være veldig godt lys.Men i alle fall er levetiden for lang sammenlignet med kontaktkontakten til den mekaniske kontakten.
Fototransistorer er generelt tregere enn fotodioder, så de brukes ikke til høyhastighetskommunikasjon.Dette er imidlertid ikke en ulempe, da noen komponenter har forsterkerkretser på utgangssiden for å øke hastigheten.Faktisk trenger ikke alle elektroniske kretser å øke hastigheten.
③ Bruk
Fotoelektriske koblingerbrukes hovedsakelig til byttedrift.Kretsen vil bli energisert ved å slå på bryteren, men sett fra de ovennevnte egenskapene, spesielt isolasjon og lang levetid, er den godt egnet for scenarier som krever høy pålitelighet.For eksempel er støy fienden til medisinsk elektronikk og lydutstyr/kommunikasjonsutstyr.
Den brukes også i motordrivsystemer.Grunnen til motoren er at hastigheten styres av omformeren når den er drevet, 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 "bakken" som påvirker eksterne enheter.Spesielt utstyr med lange ledninger er lett å fange opp denne høye utgangsstøyen, så hvis det skjer på fabrikken, vil det føre til store tap og noen ganger forårsake alvorlige ulykker.Ved å bruke svært isolerte optokoblere for svitsjing, kan påvirkningen på andre kretser og enheter minimeres.
For det andre, hvordan velge og bruke optokoblere
Hvordan bruke riktig optokobler for bruk i produktdesign?Følgende utviklingsingeniører for mikrokontroller vil forklare hvordan du velger og bruker optokoblere.
① Åpne alltid og alltid lukke
Det er to typer fotokoblere: en type der bryteren er slått av (av) når det ikke tilføres spenning, en type der bryteren er slått på (av) når en spenning påføres, og en type der bryteren slås på når det ikke er spenning.Sett på og slå av når spenning påføres.
Førstnevnte kalles normalt åpen, og sistnevnte kalles normalt lukket.Hvordan du velger, avhenger først av hva slags krets du trenger.
② Sjekk utgangsstrømmen og påført spenning
Fotokoblere har egenskapen til å forsterke signalet, men passerer ikke alltid gjennom spenning og strøm etter ønske.Selvfølgelig er det klassifisert, men en spenning må påføres 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-emitterspenningen).Kollektorstrømmen varierer i henhold til LED-lysintensiteten, så påfør spenningen i henhold til ønsket utgangsstrøm.
Imidlertid tror du kanskje at utgangsstrømmen beregnet her er overraskende liten.Dette er den nåværende verdien som fortsatt kan gis pålitelig etter å ha tatt hensyn til forringelsen av lysdioden over tid, så den er mindre enn den maksimale vurderingen.
Tvert imot er det tilfeller der utgangsstrømmen ikke er stor.Derfor, når du velger optokobleren, sørg for å sjekke "utgangsstrømmen" nøye og velge produktet som passer til det.
③ Maksimal strøm
Maksimal ledningsstrøm er den maksimale strømverdien som optokobleren tåler når den leder.Igjen, vi må sørge for at vi vet hvor mye utgang prosjektet trenger og hva inngangsspenningen er før vi kjøper.Pass på at maksimalverdien og strømmen som brukes ikke er grenser, men at det er en viss margin.
④ Still inn fotokobleren riktig
Etter å ha valgt riktig optokobler, la oss bruke den i et ekte prosjekt.Selve installasjonen er enkel, bare koble til terminalene som er koblet til hver inngangssidekrets og utgangssidekrets.Imidlertid bør man passe på ikke å feilorientere inngangssiden og utgangssiden.Derfor må du også sjekke symbolene i datatabellen, slik at du ikke finner at den fotoelektriske koblingsfoten er feil etter å ha tegnet PCB-kortet.
Innleggstid: 29. juli 2023