Az optikai jeleket közegként használó áramköröket összekötő optocsatolók olyan területeken aktív elemek, ahol a nagy pontosság elengedhetetlen, például az akusztikában, az orvostudományban és az iparban, nagyfokú sokoldalúságuknak és megbízhatóságuknak, például tartósságuknak és szigetelésüknek köszönhetően.
De mikor és milyen körülmények között működik az optocsatoló, és mi az alapelve? Vagy amikor ténylegesen használja a fotocsatolót a saját elektronikai munkájában, lehet, hogy nem tudja, hogyan válassza ki és használja. Az optocsatolót ugyanis gyakran összekeverik a „fototranzisztorral” és a „fotodiódával”. Ezért ebben a cikkben bemutatjuk, hogy mi is az a fotocsatoló.
Mi az a fotocsatoló?
Az optocsatoló egy elektronikus alkatrész, amelynek etimológiája optikai
csatoló, ami azt jelenti, hogy „fénycsatolás”. Néha optocsatolónak, optikai leválasztónak, optikai szigetelőnek stb. is nevezik. Fénykibocsátó elemből és fényvevő elemből áll, és optikai jellel köti össze a bemeneti oldali áramkört és a kimeneti oldali áramkört. Ezen áramkörök között nincs elektromos kapcsolat, más szóval szigetelt állapotban vannak. Ezért a bemenet és a kimenet közötti áramköri kapcsolat elkülönül, és csak a jel kerül átvitelre. Biztonságosan kösse össze a jelentősen eltérő bemeneti és kimeneti feszültségszintű áramköröket nagyfeszültségű szigeteléssel a bemenet és a kimenet között.
Ezenkívül, ezen fényjel továbbításával vagy blokkolásával kapcsolóként működik. A részletes elvet és mechanizmust később ismertetjük, de a fotocsatoló fénykibocsátó eleme egy LED (fénykibocsátó dióda).
Az 1960-as évektől az 1970-es évekig, amikor feltalálták a LED-eket és jelentős technológiai fejlődésen mentek keresztül,optoelektronikafellendüléssé vált. Abban az időben különféleoptikai eszközökfeltalálták, és a fotoelektromos csatoló is ezek közé tartozott. Ezt követően az optoelektronika gyorsan beszivárgott az életünkbe.
① Elv/mechanizmus
Az optocsatoló elve az, hogy a fénykibocsátó elem a bemeneti elektromos jelet fénnyé alakítja, a fényvevő elem pedig a fényt visszafelé továbbítja a kimeneti oldali áramkörbe. A fénykibocsátó elem és a fényvevő elem a külső fényblokk belsejében található, és a kettő egymással szemben helyezkedik el a fény továbbítása érdekében.
A fénykibocsátó elemekben használt félvezető a LED (fénykibocsátó dióda). Másrészt a fényvevő eszközökben számos félvezetőt használnak, a felhasználási környezettől, a külső mérettől, az ártól stb. függően, de általában a fototranzisztor a leggyakrabban használt.
Amikor nem működnek, a fototranzisztorok a hagyományos félvezetőkhöz képest csekély áramot szállítanak. Amikor fény esik rájuk, a fototranzisztor fotoelektromos erőt generál a P-típusú félvezető és az N-típusú félvezető felületén, az N-típusú félvezető lyukai a p tartományba áramlanak, a p tartományban lévő szabad elektron félvezető az n tartományba áramlik, és az áram folyni kezd.
A fototranzisztorok nem olyan érzékenyek, mint a fotodiódák, de a kimeneti jelet a bemeneti jel százszorosára, sőt akár ezerszeresére is felerősíthetik (a belső elektromos tér miatt). Ezért elég érzékenyek ahhoz, hogy még a gyenge jeleket is érzékeljék, ami előny.
Valójában a „fényblokkoló”, amit látunk, egy elektronikus eszköz, ugyanazzal az elvvel és mechanizmussal.
A fénymegszakítókat azonban általában érzékelőként használják, és úgy látják el szerepüket, hogy egy fényt blokkoló tárgyat helyeznek el a fénykibocsátó és a fényvevő elem között. Például felhasználhatók érmék és bankjegyek érzékelésére árusító automatákban és ATM-ekben.
② Jellemzők
Mivel az optocsatoló fény útján továbbítja a jeleket, a bemeneti és a kimeneti oldal közötti szigetelés fontos jellemző. A magas szintű szigetelést nem befolyásolja könnyen a zaj, és megakadályozza a véletlen áramfolyást a szomszédos áramkörök között, ami rendkívül hatékony biztonsági szempontból. Maga a szerkezet viszonylag egyszerű és ésszerű.
Hosszú története és a különböző gyártók gazdag termékkínálata miatt az optocsatolók egyedülálló előnye is. Mivel nincs fizikai érintkezés, az alkatrészek közötti kopás kicsi, és az élettartam hosszabb. Másrészt az is jellemzőjük, hogy a fényhasznosítás könnyen ingadozik, mivel a LED az idő múlásával és a hőmérsékletváltozásokkal lassan romlik.
Különösen akkor, ha az átlátszó műanyag belső alkatrészei hosszú ideig zavarossá válnak, nem biztosítanak túl jó fényt. Az élettartama azonban minden esetben túl hosszú a mechanikus érintkezőkhöz képest.
A fototranzisztorok általában lassabbak, mint a fotodiódák, ezért nem használják őket nagysebességű kommunikációhoz. Ez azonban nem hátrány, mivel egyes alkatrészek kimeneti oldalon erősítő áramkörökkel rendelkeznek a sebesség növelése érdekében. Valójában nem minden elektronikus áramkörnek kell növelnie a sebességet.
③ Használat
Fotoelektromos csatolókfőként kapcsolási műveletekhez használják. Az áramkör a kapcsoló bekapcsolásával feszültség alá kerül, de a fenti jellemzők, különösen a szigetelés és a hosszú élettartam szempontjából jól alkalmazható olyan helyzetekben, ahol nagy megbízhatóságra van szükség. Például a zaj az orvosi elektronika és az audioberendezések/kommunikációs berendezések ellensége.
Motoros hajtásrendszerekben is használják. A motor azért van így, mert meghajtás közben a frekvenciaváltó szabályozza a fordulatszámot, de a nagy teljesítmény miatt zajt generál. Ez a zaj nemcsak magát a motort hibásítja meg, hanem a „földön” keresztül is zajt bocsát ki, ami a perifériákat is érinti. Különösen a hosszú vezetékezésű berendezések veszik könnyen fel ezt a nagy teljesítményű zajt, így ha ez a gyárban történik, nagy veszteségeket, és néha súlyos baleseteket okozhat. A kapcsolásokhoz használt, erősen szigetelt optocsatolók használatával minimalizálható a más áramkörökre és eszközökre gyakorolt hatás.
Másodszor, hogyan válasszuk ki és használjuk az optocsatolókat
Hogyan használjuk a megfelelő optocsatolót a terméktervezésben? A következő mikrovezérlő-fejlesztő mérnökök elmagyarázzák, hogyan kell kiválasztani és használni az optocsatolókat.
① Mindig nyissa ki és mindig zárja be
Kétféle fotocsatoló létezik: az egyik típusnál a kapcsoló feszültség hiányában kikapcsol, a másik típusnál a kapcsoló feszültség hatására bekapcsol, a másiknál pedig feszültség hiányában bekapcsol. Feszültség hatására bekapcsol és kikapcsol.
Az előbbit normál esetben nyitottnak, az utóbbit pedig normál esetben zártnak nevezik. A választás módja elsősorban attól függ, hogy milyen áramkörre van szüksége.
② Ellenőrizze a kimeneti áramot és az alkalmazott feszültséget
Az optocsatolók képesek erősíteni a jelet, de nem mindig engedik át a feszültséget és az áramot tetszés szerint. Természetesen névlegesek, de a bemeneti oldalról a kívánt kimeneti áramnak megfelelő feszültséget kell rákapcsolni.
Ha megnézzük a termék adatlapját, láthatunk egy diagramot, ahol a függőleges tengely a kimeneti áram (kollektoráram), a vízszintes tengely pedig a bemeneti feszültség (kollektor-emitter feszültség). A kollektoráram a LED fényintenzitásának megfelelően változik, ezért a kívánt kimeneti áramnak megfelelő feszültséget alkalmazzuk.
Azonban azt gondolhatnánk, hogy az itt kiszámított kimeneti áram meglepően kicsi. Ez az az áramérték, amely a LED időbeli romlásának figyelembevétele után is megbízhatóan kiadható, tehát kisebb, mint a maximális névleges érték.
Épp ellenkezőleg, vannak olyan esetek, amikor a kimeneti áram nem nagy. Ezért az optocsatoló kiválasztásakor gondosan ellenőrizze a „kimeneti áramot”, és válassza ki az ahhoz illő terméket.
③ Maximális áram
A maximális vezetési áram az a maximális áramérték, amelyet az optocsatoló vezetés közben elbír. Ismételten, vásárlás előtt meg kell győződnünk arról, hogy tudjuk, mekkora kimenetre van szüksége a projektnek és mekkora a bemeneti feszültség. Győződjünk meg arról, hogy a maximális érték és a használt áram nem korlát, hanem van némi mozgástér.
④ Állítsa be helyesen a fotocsatolót
Miután kiválasztottuk a megfelelő optocsatolót, használjuk egy valós projektben. Maga a telepítés egyszerű, csak csatlakoztassuk az egyes bemeneti oldali áramkörökhöz és kimeneti oldali áramkörökhöz csatlakoztatott sorkapcsokat. Ügyeljünk azonban arra, hogy ne tévesszük meg a bemeneti és a kimeneti oldalt. Ezért ellenőrizzük az adattáblázatban található szimbólumokat is, hogy ne találjuk a fotoelektromos csatoló talpát a NYÁK-lap megrajzolása után.
Közzététel ideje: 2023. július 29.