Optokoblere, der forbinder kredsløb ved hjælp af optiske signaler som medium, er et aktivt element inden for områder, hvor høj præcision er uundværlig, såsom akustik, medicin og industri, på grund af deres store alsidighed og pålidelighed, såsom holdbarhed og isolering.
Men hvornår og under hvilke omstændigheder fungerer optokobleren, og hvad er princippet bag den? Eller når du rent faktisk bruger fotokobleren i dit eget elektronikarbejde, ved du måske ikke, hvordan du skal vælge og bruge den. Fordi optokobler ofte forveksles med "fototransistor" og "fotodiode". Derfor vil jeg i denne artikel introducere, hvad en fotokobler er.
Hvad er en fotokobler?
En optokobler er en elektronisk komponent, hvis etymologi er optisk
Kobler, som betyder "kobling med lys". Nogle gange også kendt som optokobler, optisk isolator, optisk isolering osv. Den består af et lysudsendende element og et lysmodtagende element og forbinder indgangskredsløbet og udgangskredsløbet gennem et optisk signal. Der er ingen elektrisk forbindelse mellem disse kredsløb, med andre ord, de er i en isoleret tilstand. Derfor er kredsløbsforbindelsen mellem indgang og udgang separat, og kun signalet transmitteres. Forbind kredsløb med væsentligt forskellige indgangs- og udgangsspændingsniveauer sikkert med højspændingsisolering mellem indgang og udgang.
Derudover fungerer den som en afbryder ved at transmittere eller blokere dette lyssignal. Det detaljerede princip og mekanismen vil blive forklaret senere, men fotokoblerens lysudsenderelement er en LED (lysdiode).
Fra 1960'erne til 1970'erne, hvor LED'er blev opfundet, og deres teknologiske fremskridt var betydelige,optoelektronikblev et boom. På det tidspunkt, forskelligeoptiske enhederblev opfundet, og den fotoelektriske kobler var en af dem. Efterfølgende trængte optoelektronik hurtigt ind i vores liv.
① Princip/mekanisme
Princippet bag optokobleren er, at det lysudstrålende element omdanner det elektriske indgangssignal til lys, og det lysmodtagende element sender det elektriske lyssignal tilbage til udgangskredsløbet. Det lysudstrålende element og det lysmodtagende element er placeret på indersiden af den eksterne lysblok, og de to er placeret over for hinanden for at transmittere lys.
Den halvleder, der anvendes i lysudstrålende elementer, er LED (lysdiode). På den anden side findes der mange slags halvledere, der anvendes i lysmodtagende enheder, afhængigt af brugsmiljøet, den eksterne størrelse, prisen osv., men generelt er den mest almindeligt anvendte fototransistoren.
Når fototransistorer ikke fungerer, fører de kun lidt af den strøm, som almindelige halvledere gør. Når lyset rammer dem, genererer fototransistoren en fotoelektromotorisk kraft på overfladen af P-type halvlederen og N-type halvlederen. Hullerne i N-type halvlederen strømmer ind i p-området, mens de frie elektroner i p-området strømmer ind i n-området, og strømmen vil flyde.
Fototransistorer reagerer ikke lige så hurtigt som fotodioder, men de har også den effekt, at de forstærker udgangssignalet til hundredvis til 1.000 gange indgangssignalet (på grund af det interne elektriske felt). Derfor er de følsomme nok til at opfange selv svage signaler, hvilket er en fordel.
Faktisk er den "lysblokerer", vi ser, en elektronisk enhed med samme princip og mekanisme.
Lysafbrydere bruges dog normalt som sensorer og udfører deres rolle ved at føre et lysblokerende objekt mellem det lysudsendende element og det lysmodtagende element. For eksempel kan de bruges til at detektere mønter og pengesedler i automater og hæveautomater.
② Funktioner
Da optokobleren transmitterer signaler gennem lys, er isoleringen mellem input-siden og output-siden en vigtig egenskab. Høj isolering påvirkes ikke let af støj, men forhindrer også utilsigtet strømning mellem tilstødende kredsløb, hvilket er ekstremt effektivt med hensyn til sikkerhed. Og selve strukturen er relativt enkel og fornuftig.
På grund af sin lange historie er det rige produktsortiment fra forskellige producenter også en unik fordel ved optokoblere. Fordi der ikke er nogen fysisk kontakt, er sliddet mellem delene lille, og levetiden er længere. På den anden side er der også karakteristika, hvor lysudbyttet let svinger, fordi LED'en langsomt forringes med tiden og temperaturændringer.
Især når de indre komponenter i den gennemsigtige plastik bliver uklare i lang tid, kan lyset ikke være særlig godt. Men under alle omstændigheder er levetiden for lang sammenlignet med den mekaniske kontakts kontakt.
Fototransistorer er generelt langsommere end fotodioder, så de bruges ikke til højhastighedskommunikation. Dette er dog ikke en ulempe, da nogle komponenter har forstærkningskredsløb på udgangssiden for at øge hastigheden. Faktisk behøver ikke alle elektroniske kredsløb at øge hastigheden.
③ Brug
Fotoelektriske koblerebruges primært til afbryderdrift. Kredsløbet vil blive aktiveret ved at tænde for afbryderen, men set fra ovenstående egenskaber, især isolering og lang levetid, er det velegnet til scenarier, der kræver høj pålidelighed. For eksempel er støj en fjende for medicinsk elektronik og lydudstyr/kommunikationsudstyr.
Det bruges også i motordrevne systemer. Motorens hastighed styres af inverteren, når den drives, men den genererer støj på grund af den høje effekt. Denne støj vil ikke kun forårsage, at selve motoren svigter, men også strømme gennem "jorden", hvilket påvirker periferiudstyr. Især udstyr med lange ledninger er let at opfange denne høje outputstøj, så hvis det sker på fabrikken, vil det forårsage store tab og nogle gange alvorlige ulykker. Ved at bruge højisolerede optokoblere til switching kan påvirkningen af andre kredsløb og enheder minimeres.
For det andet, hvordan man vælger og bruger optokoblere
Hvordan bruger man den rigtige optokobler til anvendelse i produktdesign? Følgende mikrocontroller-udviklingsingeniører vil forklare, hvordan man vælger og bruger optokoblere.
① Altid åben og altid luk
Der findes to typer fotokoblere: en type, hvor kontakten er slukket (off), når der ikke er spænding, en type, hvor kontakten er tændt (off), når der er spænding, og en type, hvor kontakten er tændt, når der ikke er spænding. Tænd og sluk, når der er spænding.
Førstnævnte kaldes normalt åben, og sidstnævnte kaldes normalt lukket. Hvordan man vælger, afhænger først og fremmest af, hvilken type kredsløb man har brug for.
② Kontroller udgangsstrømmen og den påførte spænding
Fotokoblere har den egenskab at forstærke signalet, men de sender ikke altid spænding og strøm igennem efter behov. Det er selvfølgelig normeret, men der skal påføres en spænding fra indgangssiden i henhold til den ønskede udgangsstrøm.
Hvis vi ser på produktdatabladet, kan vi se et diagram, hvor den lodrette akse er udgangsstrømmen (kollektorstrømmen), og den vandrette akse er indgangsspændingen (kollektor-emitterspændingen). Kollektorstrømmen varierer afhængigt af LED-lysintensiteten, så påfør spændingen i henhold til den ønskede udgangsstrøm.
Du kan dog mene, at den udgangsstrøm, der beregnes her, er overraskende lille. Dette er den strømværdi, der stadig kan udsendes pålideligt efter at have taget højde for LED'ens forringelse over tid, så den er mindre end den maksimale belastning.
Tværtimod er der tilfælde, hvor udgangsstrømmen ikke er stor. Sørg derfor for omhyggeligt at kontrollere "udgangsstrømmen" og vælge det produkt, der matcher den, når du vælger optokobleren.
③ Maksimal strøm
Den maksimale ledningsstrøm er den maksimale strømværdi, som optokobleren kan modstå, når den leder. Igen skal vi sikre os, at vi ved, hvor meget output projektet har brug for, og hvad indgangsspændingen er, før vi køber. Sørg for, at den maksimale værdi og den anvendte strøm ikke er grænser, men at der er en vis margen.
④ Indstil fotokobleren korrekt
Når vi har valgt den rigtige optokobler, lad os bruge den i et rigtigt projekt. Selve installationen er nem, du skal blot tilslutte terminalerne, der er forbundet til hvert indgangssidekredsløb og udgangssidekredsløb. Man skal dog være forsigtig med ikke at vende indgangssiden og udgangssiden forkert. Derfor skal du også kontrollere symbolerne i datatabellen, så du ikke opdager, at den fotoelektriske koblerfod er forkert efter at have tegnet printkortet.
Opslagstidspunkt: 29. juli 2023