Optokoppelaars, dy't circuits ferbine mei optyske sinjalen as medium, binne in elemint dat aktyf is yn gebieten dêr't hege presyzje ûnmisber is, lykas akoestyk, medisinen en yndustry, fanwegen har hege alsidichheid en betrouberens, lykas duorsumens en isolaasje.
Mar wannear en ûnder hokker omstannichheden wurket de optokoppelaar, en wat is it prinsipe derachter? Of as jo de fotokoppelaar eins brûke yn jo eigen elektroanikawurk, witte jo miskien net hoe't jo it kieze en brûke moatte. Omdat in optokoppelaar faak betize wurdt mei "fototransistor" en "fotodiode". Dêrom sil yn dit artikel yntrodusearre wurde wat in fotokoppelaar is.
Wat is in fotokoppelaar?
De optokoppelaar is in elektroanysk ûnderdiel waans etymology optysk is
koppelaar, wat "koppeling mei ljocht" betsjut. Soms ek wol bekend as optokoppelaar, optyske isolator, optyske isolaasje, ensfh. It bestiet út in ljochtútstjoerend elemint en in ljochtûntfangend elemint, en ferbynt de ynfierside-sirkwy en de útfierside-sirkwy fia in optysk sinjaal. Der is gjin elektryske ferbining tusken dizze sirkwy's, mei oare wurden, yn in steat fan isolaasje. Dêrom is de sirkwyferbining tusken de ynfier en útfier apart en wurdt allinich it sinjaal oerdroegen. Ferbine sirkwy's mei signifikant ferskillende ynfier- en útfierspanningsnivo's feilich, mei hege spanningsisolaasje tusken ynfier en útfier.
Derneist, troch it oerdragen of blokkearjen fan dit ljochtsignaal, fungearret it as in skeakel. It detaillearre prinsipe en meganisme wurde letter útlein, mar it ljochtútstjittende elemint fan 'e fotokoppelaar is in LED (ljochtútstjittende diode).
Fan 'e jierren 1960 oant de jierren 1970, doe't leds útfûn waarden en har technologyske foarútgong signifikant wie,opto-elektronikawaard in boom. Yn dy tiid, ferskateoptyske apparatenwaarden útfûn, en de fotoelektryske koppeling wie ien fan harren. Dêrnei dringt opto-elektroanika fluch yn ús libben troch.
① Prinsipe/meganisme
It prinsipe fan 'e optokoppelaar is dat it ljochtútstjittende elemint it elektryske ynfiersignaal yn ljocht omset, en it ljochtûntfangende elemint it elektryske ljochtsignaal weromstjoert nei it útfiersirkwy. It ljochtútstjittende elemint en it ljochtûntfangende elemint binne oan 'e binnenkant fan it blok eksterne ljocht, en de twa binne tsjinoer elkoar om ljocht troch te stjoeren.
De healgeleider dy't brûkt wurdt yn ljochtútstjittende eleminten is de LED (ljochtútstjittende diode). Oan 'e oare kant binne der in soad soarten healgeleiders dy't brûkt wurde yn ljochtûntfangende apparaten, ôfhinklik fan 'e gebrûksomjouwing, eksterne grutte, priis, ensfh., mar yn 't algemien is de fototransistor de meast brûkte.
As se net wurkje, drage fototransistors mar in bytsje fan 'e stroom dy't gewoane healgelieders drage. As it ljocht dêr ynfalt, genereart de fototransistor in fotoelektromotoryske krêft op it oerflak fan 'e P-type healgelieder en N-type healgelieder, wêrtroch't de gatten yn 'e N-type healgelieder yn it p-gebiet streame, de frije elektronen healgelieder yn it p-gebiet streame yn it n-gebiet, en de stroom sil streame.
Fototransistors binne net sa gefoelich as fotodiodes, mar se hawwe ek it effekt dat se de útfier fersterkje oant hûnderten oant 1.000 kear it ynfiersignaal (fanwegen it ynterne elektryske fjild). Dêrom binne se gefoelich genôch om sels swakke sinjalen op te fangen, wat in foardiel is.
Eins is de "ljochtblokker" dy't wy sjogge in elektroanysk apparaat mei itselde prinsipe en meganisme.
Ljochtûnderbrekkers wurde lykwols meastentiids brûkt as sensoren en ferfolje har rol troch in ljochtblokkearjend objekt tusken it ljochtútstjoerende elemint en it ljochtûntfangende elemint troch te jaan. It kin bygelyks brûkt wurde om munten en bankbiljetten te detektearjen yn automaten en pinautomaten.
② Funksjes
Omdat de optokoppelaar sinjalen troch ljocht trochstjoert, is de isolaasje tusken de ynfierkant en de útfierkant in wichtich skaaimerk. Hege isolaasje wurdt net maklik beynfloede troch lûd, mar foarkomt ek tafallige stroomstream tusken oanswettende circuits, wat ekstreem effektyf is op it mêd fan feiligens. En de struktuer sels is relatyf ienfâldich en ridlik.
Troch syn lange skiednis is it rike produktassortiment fan ferskate fabrikanten ek in unyk foardiel fan optokoppelaars. Omdat der gjin fysyk kontakt is, is de slijtage tusken de ûnderdielen lyts, en is de libbensdoer langer. Oan 'e oare kant binne der ek skaaimerken dat de ljochteffisjinsje maklik fluktuearret, om't de LED stadichoan minder wurdt mei it ferrin fan tiid en temperatuerferoaringen.
Benammen as de ynterne komponint fan it transparante plestik foar in lange tiid bewolkt wurdt, kin it net sa goed ljocht jaan. Yn alle gefallen is de libbensdoer lykwols te lang yn ferliking mei it kontakt fan it meganyske kontakt.
Fototransistors binne oer it algemien stadiger as fotodiodes, dus se wurde net brûkt foar hege-snelheidskommunikaasje. Dit is lykwols gjin neidiel, om't guon komponinten fersterkingssirkwy's oan 'e útfierkant hawwe om de snelheid te ferheegjen. Eins hoege net alle elektroanyske sirkwy's de snelheid te ferheegjen.
③ Gebrûk
Fotoelektryske koppelingenwurde benammen brûkt foar skeakeloperaasje. It sirkwy wurdt stroom jûn troch de skeakel oan te setten, mar fanút it eachpunt fan 'e boppesteande skaaimerken, benammen isolaasje en lange libbensdoer, is it tige geskikt foar senario's dy't hege betrouberens fereaskje. Bygelyks, lûd is de fijân fan medyske elektroanika en audio-apparatuer/kommunikaasjeapparatuer.
It wurdt ek brûkt yn motoroandriuwingssystemen. De reden foar de motor is dat de snelheid regele wurdt troch de omvormer as er oandreaun wurdt, mar it genereart lûd fanwegen de hege útfier. Dit lûd sil net allinich de motor sels útfalle litte, mar ek troch de "grûn" streame, wat ynfloed hat op perifeare apparaten. Benammen apparatuer mei lange bedrading kin dit hege útfierlûd maklik opfange, dus as it yn 'e fabryk bart, sil it grutte ferliezen feroarsaakje en soms serieuze ûngemakken feroarsaakje. Troch it brûken fan heech isolearre optokoppelaars foar it skeakeljen, kin de ynfloed op oare circuits en apparaten minimalisearre wurde.
Twadde, hoe kinne jo optokoppelaars kieze en brûke
Hoe kinne jo de juste optokoppelaar brûke foar tapassing yn produktûntwerp? De folgjende mikrokontrollerûntwikkelingsyngenieurs sille útlizze hoe't jo optokoppelaars selektearje en brûke kinne.
① Altyd iepen en altyd ticht
Der binne twa soarten fotokoppelaars: in type wêrby't de skeakel útskeakele wurdt (út) as der gjin spanning op stiet, in type wêrby't de skeakel oanskeakele wurdt (út) as der in spanning op stiet, en in type wêrby't de skeakel oanskeakele wurdt as der gjin spanning op stiet. Oansette en útskeakelje as der spanning op stiet.
De earste wurdt normaal iepen neamd, en de lêste wurdt normaal sletten neamd. Hoe te kiezen, hinget earst ôf fan hokker soart sirkwy jo nedich binne.
② Kontrolearje de útgongsstroom en tapaste spanning
Fotokoppelaars hawwe de eigenskip om it sinjaal te fersterkjen, mar litte net altyd spanning en stroom nei wille troch. Fansels is it beoardiele, mar in spanning moat fan 'e ynfierkant tapast wurde neffens de winske útfierstroom.
As wy nei it produktdatablêd sjogge, kinne wy in tabel sjen wêrby't de fertikale as de útgongsstroom (kollektorstroom) is en de horizontale as de yngongsspanning (kollektor-emitterspanning). De kollektorstroom fariëarret neffens de ljochtintensiteit fan 'e LED, dus tapasse de spanning neffens de winske útgongsstroom.
Jo kinne lykwols tinke dat de hjir berekkene útfierstroom ferrassend lyts is. Dit is de stroomwearde dy't noch betrouber útfierd wurde kin nei't rekken holden is mei de ferswakking fan 'e LED yn 'e rin fan' e tiid, dus it is minder as de maksimale wurdearring.
Krektoarsom, der binne gefallen wêr't de útfierstroom net grut is. Dêrom, by it kiezen fan 'e optokoppelaar, soargje derfoar dat jo de "útfierstroom" sekuer kontrolearje en it produkt kieze dat dêrby past.
③ Maksimale stroom
De maksimale geliedingsstroom is de maksimale stroomwearde dy't de optokoppelaar ferneare kin by it gelieden. Nochmaals, wy moatte der wis fan wêze dat wy witte hoefolle útfier it projekt nedich hat en wat de yngongsspanning is foardat wy keapje. Soargje derfoar dat de maksimale wearde en de brûkte stroom gjin beheiningen binne, mar dat der in marge is.
④ Stel de fotokoppelaar goed yn
Nei't wy de juste optokoppelaar keazen hawwe, litte wy it brûke yn in echt projekt. De ynstallaasje sels is ienfâldich, ferbine gewoan de terminals dy't ferbûn binne mei elk ynfierside-sirkwy en útfierside-sirkwy. Wês lykwols foarsichtich dat de ynfier- en útfierside net ferkeard oriïntearre wurde. Dêrom moatte jo ek de symboalen yn 'e gegevenstabel kontrolearje, sadat jo net fine dat de foet fan 'e fotoelektryske koppelaar ferkeard is nei it tekenjen fan 'e PCB-kaart.
Pleatsingstiid: 29 july 2023