Optokopplare, som kopplar samman kretsar med optiska signaler som medium, är ett element som är aktivt i områden där hög precision är oumbärlig, såsom akustik, medicin och industri, på grund av deras höga mångsidighet och tillförlitlighet, såsom hållbarhet och isolering.
Men när och under vilka omständigheter fungerar optokopplaren, och vad är principen bakom?Eller när du faktiskt använder fotokopplaren i ditt eget elektronikarbete kanske du inte vet hur du ska välja och använda den.Eftersom optokopplare ofta förväxlas med "fototransistor" och "fotodiod".Därför kommer vad som är en fotokopplare att introduceras i den här artikeln.
Vad är en fotokopplare?
Optokopplaren är en elektronisk komponent vars etymologi är optisk
kopplare, vilket betyder "koppling med ljus".Ibland även känd som optokopplare, optisk isolator, optisk isolering, etc. Den består av ljusemitterande element och ljusmottagande element, och ansluter ingångskretsen och utgångssidans krets genom optisk signal.Det finns ingen elektrisk koppling mellan dessa kretsar, med andra ord i ett tillstånd av isolering.Därför är kretskopplingen mellan ingång och utgång separat och endast signalen sänds.Anslut säkert kretsar med väsentligt olika in- och utspänningsnivåer, med högspänningsisolering mellan ingång och utgång.
Dessutom, genom att sända eller blockera denna ljussignal, fungerar den som en omkopplare.Den detaljerade principen och mekanismen kommer att förklaras senare, men det ljusemitterande elementet i fotokopplaren är en LED (ljusemitterande diod).
Från 1960-talet till 1970-talet, när lysdioder uppfanns och deras tekniska framsteg var betydande,optoelektronikblev en boom.På den tiden olikaoptiska enheteruppfanns, och den fotoelektriska kopplaren var en av dem.Därefter trängde optoelektroniken snabbt in i våra liv.
① Princip/mekanism
Principen för optokopplaren är att det ljusemitterande elementet omvandlar den elektriska insignalen till ljus, och det ljusmottagande elementet överför den elektriska tillbakaljussignalen till utgångssidans krets.Det ljusemitterande elementet och det ljusmottagande elementet finns på insidan av blocket av externt ljus, och de två är motsatta varandra för att sända ljus.
Halvledaren som används i ljusemitterande element är LED (ljusemitterande diod).Å andra sidan finns det många typer av halvledare som används i ljusmottagande enheter, beroende på användningsmiljö, extern storlek, pris etc., men generellt sett är den vanligaste fototransistorn.
När de inte fungerar bär fototransistorer lite av den ström som vanliga halvledare gör.När ljuset faller in där genererar fototransistorn en fotoelektromotorisk kraft på ytan av halvledaren av P-typ och halvledaren av N-typ, hålen i halvledaren av N-typ strömmar in i p-regionen, den fria elektronhalvledaren i p-regionen flyter in i n-området, och strömmen kommer att flyta.
Fototransistorer är inte lika känsliga som fotodioder, men de har också effekten att förstärka utsignalen till hundratals till 1 000 gånger ingångssignalen (på grund av det interna elektriska fältet).Därför är de tillräckligt känsliga för att fånga upp även svaga signaler, vilket är en fördel.
Faktum är att den "ljusblockerare" vi ser är en elektronisk enhet med samma princip och mekanism.
Ljusbrytare används dock vanligtvis som sensorer och utför sin roll genom att föra ett ljusblockerande föremål mellan det ljusemitterande elementet och det ljusmottagande elementet.Den kan till exempel användas för att upptäcka mynt och sedlar i varuautomater och bankomater.
② Funktioner
Eftersom optokopplaren sänder signaler genom ljus är isoleringen mellan ingångssidan och utgångssidan en viktig egenskap.Hög isolering påverkas inte lätt av buller, men förhindrar också oavsiktligt strömflöde mellan intilliggande kretsar, vilket är extremt effektivt vad gäller säkerhet.Och själva strukturen är relativt enkel och rimlig.
På grund av sin långa historia är det rika produktsortimentet från olika tillverkare också en unik fördel med optokopplare.Eftersom det inte finns någon fysisk kontakt är slitaget mellan delarna litet och livslängden längre.Å andra sidan finns det också egenskaper att ljuseffektiviteten är lätt att fluktuera, eftersom lysdioden sakta försämras med tiden och temperaturförändringarna.
Speciellt när den inre komponenten av den genomskinliga plasten under en lång tid blir grumlig, kan det inte vara särskilt bra ljus.Men i alla fall är livslängden för lång jämfört med den mekaniska kontaktens kontaktkontakt.
Fototransistorer är i allmänhet långsammare än fotodioder, så de används inte för höghastighetskommunikation.Detta är dock ingen nackdel, eftersom vissa komponenter har förstärkningskretsar på utgångssidan för att öka hastigheten.Faktum är att inte alla elektroniska kretsar behöver öka hastigheten.
③ Användning
Fotoelektriska kopplingaranvänds främst för växlingsdrift.Kretsen kommer att aktiveras genom att slå på strömbrytaren, men ur ovanstående egenskaper, särskilt isolering och lång livslängd, är den väl lämpad för scenarier som kräver hög tillförlitlighet.Till exempel är buller fienden till medicinsk elektronik och ljudutrustning/kommunikationsutrustning.
Det används också i motordrivsystem.Anledningen till motorn är att varvtalet styrs av växelriktaren när den drivs, men den genererar brus på grund av den höga effekten.Detta ljud kommer inte bara att orsaka att själva motorn går sönder, utan också att strömma genom "marken" som påverkar kringutrustning.Speciellt utrustning med långa ledningar är lätta att ta upp detta höga utgående ljud, så om det händer i fabriken kommer det att orsaka stora förluster och ibland orsaka allvarliga olyckor.Genom att använda högisolerade optokopplare för omkoppling kan påverkan på andra kretsar och enheter minimeras.
För det andra, hur man väljer och använder optokopplare
Hur använder man rätt optokopplare för tillämpning i produktdesign?Följande utvecklingsingenjörer för mikrokontroller kommer att förklara hur man väljer och använder optokopplare.
① Öppna alltid och stäng alltid
Det finns två typer av fotokopplare: en typ där omkopplaren är avstängd (av) när ingen spänning är pålagd, en typ där omkopplaren slås på (av) när en spänning påläggs, och en typ där omkopplaren slås på när det inte finns någon spänning.Applicera och stäng av när spänning läggs på.
Den förra kallas normalt öppen och den senare kallas normalt stängd.Hur man väljer beror först på vilken typ av krets du behöver.
② Kontrollera utströmmen och pålagd spänning
Fotokopplare har egenskapen att förstärka signalen, men passerar inte alltid genom spänning och ström efter behag.Naturligtvis är det klassificerat, men en spänning måste appliceras från ingångssidan enligt den önskade utströmmen.
Om vi tittar på produktdatabladet kan vi se ett diagram där den vertikala axeln är utströmmen (kollektorström) och den horisontella axeln är ingångsspänningen (kollektor-emitterspänning).Kollektorströmmen varierar beroende på LED-ljusintensiteten, så applicera spänningen enligt önskad utström.
Du kan dock tycka att utströmmen som beräknas här är förvånansvärt liten.Detta är det aktuella värdet som fortfarande kan matas ut på ett tillförlitligt sätt efter att ha tagit hänsyn till försämringen av lysdioden över tid, så det är mindre än den maximala graderingen.
Tvärtom finns det fall där utströmmen inte är stor.Var därför noga med att kontrollera "utgångsströmmen" när du väljer optokopplare och välj den produkt som matchar den.
③ Maximal ström
Den maximala ledningsströmmen är det maximala strömvärdet som optokopplaren kan motstå när den leder.Återigen måste vi se till att vi vet hur mycket uteffekt projektet behöver och vad inspänningen är innan vi köper.Se till att maxvärdet och den använda strömmen inte är gränser, utan att det finns en viss marginal.
④ Ställ in fotokopplaren korrekt
Efter att ha valt rätt optokopplare, låt oss använda den i ett riktigt projekt.Installationen i sig är enkel, anslut bara terminalerna som är anslutna till varje ingångskrets och utgångssida.Man bör dock se till att inte felorientera ingångssidan och utgångssidan.Därför måste du också kontrollera symbolerna i datatabellen, så att du inte upptäcker att den fotoelektriska kopplingsfoten är fel efter att ha ritat kretskortskortet.
Posttid: 2023-jul-29