Az optikai jeleket közegként használó áramköröket összekötő optocsatolók olyan területeken aktívak, ahol a nagy pontosság elengedhetetlen, például az akusztikában, az orvostudományban és az iparban, nagy sokoldalúságuk és megbízhatóságuk, például tartósságuk és szigetelésük miatt.
De mikor és milyen körülmények között működik az optocsatoló, és mi az alapelv?Vagy amikor ténylegesen használja a fotocsatolót saját elektronikai munkáiban, előfordulhat, hogy nem tudja, hogyan válassza ki és használja.Mivel az optocsatolót gyakran összekeverik a „fototranzisztorral” és a „fotodiódával”.Ezért ebben a cikkben bemutatjuk, mi az a fotocsatoló.
Mi az a fotocsatoló?
Az optocsatoló egy elektronikus alkatrész, amelynek etimológiája optikai
csatoló, ami azt jelenti, hogy „kapcsolódás a fénnyel”.Néha optocsatolónak, optikai leválasztónak, optikai szigetelésnek stb. is nevezik. Fénykibocsátó elemből és fényvevő elemből áll, és optikai jellel összeköti a bemeneti oldali áramkört és a kimeneti oldali áramkört.Ezen áramkörök között nincs elektromos kapcsolat, vagyis szigetelt állapotban.Ezért a bemenet és a kimenet közötti áramköri kapcsolat különálló, és csak a jelet továbbítják.Biztonságosan csatlakoztassa a jelentősen eltérő bemeneti és kimeneti feszültségszintű áramköröket, nagyfeszültségű szigeteléssel a bemenet és a kimenet között.
Ezenkívül ennek a fényjelnek a továbbításával vagy blokkolásával kapcsolóként működik.A részletes elvet és mechanizmust a későbbiekben ismertetjük, de a fotocsatoló fénykibocsátó eleme egy LED (light emitting diode).
Az 1960-as évektől az 1970-es évekig, amikor a ledeket feltalálták, és technológiai fejlődésük jelentős volt,optoelektronikafellendülés lett.Abban az időben különféleoptikai eszközökfeltalálták, és ezek közé tartozott a fotoelektromos csatoló.Ezt követően az optoelektronika gyorsan behatolt az életünkbe.
① Alapelv/mechanizmus
Az optocsatoló elve az, hogy a fénykibocsátó elem a bemenő elektromos jelet fénnyé alakítja, a fényvevő elem pedig a fényvisszavezető elektromos jelet továbbítja a kimeneti oldali áramkörbe.A fénykibocsátó elem és a fényfogadó elem a külső fényblokk belsejében található, és a kettő egymással szemben van a fény továbbítása érdekében.
A fénykibocsátó elemekben használt félvezető a LED (light-emitting diode).Másrészt a fényfogadó eszközökben sokféle félvezetőt használnak, a felhasználási környezettől, külső mérettől, ártól stb. függően, de általában a fototranzisztor a leggyakrabban használt.
Amikor nem működnek, a fototranzisztorok kevés áramot visznek át, mint a hagyományos félvezetők.Amikor a fény oda beesik, a fototranzisztor fotoelektromotoros erőt hoz létre 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 áramlik. az n tartományba, és az áram folyik.
A fototranzisztorok nem olyan érzékenyek, mint a fotodiódák, de az a hatásuk is, hogy a kimenetet a bemeneti jel több száz-1000-szeresére erősítik (a belső elektromos tér miatt).Ezért elég érzékenyek ahhoz, hogy még a gyenge jeleket is felvegyék, ami előny.
Valójában a „fényblokkoló”, amelyet látunk, egy elektronikus eszköz, amelynek elve és mechanizmusa ugyanaz.
A fénymegszakítókat azonban általában szenzorként használják, és szerepüket úgy töltik be, hogy egy fényt blokkoló tárgyat átengednek a fénykibocsátó elem és a fényt vevő elem között.Használható például pénzérmék és bankjegyek észlelésére automatákban és ATM-ekben.
② Jellemzők
Mivel az optocsatoló fényen keresztül továbbítja a jeleket, a bemeneti és a kimeneti oldal közötti szigetelés fontos jellemzője.A magas szigetelést nem befolyásolja könnyen a zaj, de megakadályozza a véletlen áramáramlást a szomszédos áramkörök között, ami rendkívül hatékony biztonsági szempontból.Maga a szerkezet pedig viszonylag egyszerű és ésszerű.
Hosszú történetének köszönhetően a különböző gyártók gazdag termékkínálata is egyedülálló előnye az optocsatolóknak.Mivel nincs fizikai érintkezés, kicsi az alkatrészek közötti kopás, és hosszabb az élettartam.Másrészt az is jellemző, hogy a fényhatásfoka könnyen ingadozik, mert a LED az idő múlásával és a hőmérséklet változásával lassan romlik.
Különösen akkor, ha az átlátszó műanyag belső alkatrésze hosszú ideig zavarossá válik, nem lehet túl jó fény.Mindenesetre az élettartam túl hosszú a mechanikus érintkező érintkezőjéhez képest.
A fototranzisztorok általában lassabbak, mint a fotodiódák, ezért nem használják nagy sebességű kommunikációra.Ez azonban nem hátrány, mivel egyes alkatrészek kimeneti oldalán erősítő áramkörök vannak a sebesség növelésére.Valójában nem minden elektronikus áramkörnek kell sebességet növelnie.
③ Használat
Fotoelektromos csatolókfőként kapcsolási műveletekre használják.Az áramkör a kapcsoló bekapcsolásával kap feszültséget, de a fenti jellemzők, különösen a szigetelés és a hosszú élettartam szempontjából kiválóan alkalmas a nagy megbízhatóságot igénylő forgatókönyvekre.Például a zaj az orvosi elektronika és az audioberendezések/kommunikációs berendezések ellensége.
Motoros hajtásrendszerekben is használják.A motor oka, hogy a fordulatszámot hajtás közben az inverter szabályozza, de a nagy teljesítmény miatt zajt kelt.Ez a zaj nemcsak maga a motor meghibásodását okozza, hanem a perifériákat befolyásoló „földön” is átfolyik.Különösen a hosszú vezetékezésű berendezések könnyen felveszik ezt a nagy kimeneti zajt, így ha ez a gyárban történik, akkor nagy veszteségeket és esetenként súlyos baleseteket okoz.A nagy szigetelésű optocsatolókkal a kapcsoláshoz minimalizálható a más áramkörökre és eszközökre gyakorolt hatás.
Másodszor, hogyan válasszuk ki és használjuk az optocsatolókat
Hogyan kell a megfelelő optocsatolót használni a terméktervezésben?A következő mikrokontroller-fejlesztő mérnökök elmagyarázzák, hogyan kell kiválasztani és használni az optocsatolókat.
① Mindig nyitva és mindig zárva
A fotocsatolóknak két típusa van: egy olyan típus, amelyben a kapcsoló ki van kapcsolva (ki), amikor nincs feszültség, egy olyan típus, amelyben a kapcsoló be (ki) van kapcsolva, amikor feszültség van rákapcsolva, és egy olyan típus, amelyben a kapcsoló be van kapcsolva, ha nincs feszültség.Kapcsolja be és kapcsolja ki, ha feszültség van rákapcsolva.
Az előbbit normálisan nyitottnak, az utóbbit normálisan zártnak nevezzük.A választás módja először attól függ, hogy milyen áramkörre van szüksége.
② Ellenőrizze a kimeneti áramot és az alkalmazott feszültséget
A fotocsatolóknak megvan az a tulajdonsága, hogy felerősítik a jelet, de nem mindig haladnak át a feszültségen és az áramon tetszés szerint.Természetesen névleges, de a bemeneti oldalról feszültséget kell adni a kívánt kimeneti áramnak megfelelően.
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 fényintenzitásától függően változik, ezért a kívánt kimeneti áramnak megfelelő feszültséget alkalmazzon.
Azonban azt gondolhatja, hogy az itt számított kimeneti áram meglepően kicsi.Ez az az áramérték, amely a LED időbeli elhasználódását figyelembe véve még megbízhatóan kiadható, tehát kisebb, mint a maximális névleges érték.
Éppen ellenkezőleg, vannak olyan esetek, amikor a kimeneti áram nem nagy.Ezért az optocsatoló kiválasztásakor gondosan ellenőrizze a „kimeneti áramot”, és válassza ki a megfelelő terméket.
③ Maximális áramerősség
A maximális vezetési áram az a maximális áramérték, amelyet az optocsatoló képes ellenállni vezetés közben.Vásárlás előtt ismét meg kell győződnünk arról, hogy mennyi kimenetre van szüksége a projektnek, és mekkora a bemeneti feszültség.Ügyeljen arra, hogy a maximális érték és a használt áram ne legyen határérték, hanem legyen némi tartalék.
④ Állítsa be megfelelően a fénycsatolót
A megfelelő optocsatoló kiválasztása után használjuk egy valós projektben.Maga a telepítés egyszerű, csak csatlakoztassa az egyes bemeneti oldali áramkörökhöz és kimeneti oldali áramkörökhöz csatlakoztatott kapcsokat.Ügyelni kell azonban arra, hogy ne félreirányítsa a bemeneti és a kimeneti oldalt.Ezért az adattáblázatban lévő szimbólumokat is ellenőrizni kell, hogy a NYÁK kártya megrajzolása után ne tapasztalja, hogy a fotoelektromos csatolótalp hibás.
Feladás időpontja: 2023. július 29