Optokoblere, som forbinder kredsløb med optiske signaler som medium, er et element, der er aktivt i områder, hvor høj præcision er uundværlig, såsom akustik, medicin og industri, på grund af deres høje alsidighed og pålidelighed, såsom holdbarhed og isolering.
Men hvornår og under hvilke omstændigheder virker optokobleren, og hvad er princippet bag? Eller når du rent faktisk bruger fotokobleren i dit eget elektronikarbejde, ved du måske ikke, hvordan du vælger og bruger den. Fordi optokobler ofte forveksles med "fototransistor" og "fotodiode". Derfor vil hvad der er en fotokobler blive introduceret i denne artikel.
Hvad er en fotokobler?
Optokobleren er en elektronisk komponent, hvis etymologi er optisk
kobling, hvilket betyder "kobling med lys". Nogle gange også kendt som optokobler, optisk isolator, optisk isolering osv. Den består af lysemitterende element og lysmodtagende element og forbinder input-sidekredsløb og outputsidekredsløb gennem optisk signal. Der er ingen elektrisk forbindelse mellem disse kredsløb, med andre ord i en tilstand af isolering. Derfor er kredsløbsforbindelsen mellem input og output adskilt, og kun signalet transmitteres. Sikker tilslutning af kredsløb med væsentligt forskellige input- og outputspændingsniveauer med højspændingsisolering mellem input og output.
Ved at transmittere eller blokere dette lyssignal fungerer det desuden som en kontakt. Det detaljerede princip og mekanisme vil blive forklaret senere, men det lysemitterende element i fotokobleren er en LED (lysemitterende diode).
Fra 1960'erne til 1970'erne, da lysdioder blev opfundet og deres teknologiske fremskridt var betydelige,optoelektronikblev et boom. Dengang var der forskelligeoptiske enhederblev opfundet, og den fotoelektriske kobling var en af dem. Efterfølgende trængte optoelektronikken hurtigt ind i vores liv.
① Princip/mekanisme
Princippet for optokobleren er, at det lysemitterende element konverterer det elektriske inputsignal til lys, og det lysmodtagende element transmitterer det elektriske lys tilbage til outputsidekredsløbet. Det lysemitterende element og det lysmodtagende element er på indersiden af blokken af eksternt lys, og de to er modsat hinanden for at transmittere lys.
Halvlederen, der bruges i lysemitterende elementer, er LED'en (lysemitterende diode). På den anden side er der mange slags halvledere, der bruges i lysmodtagende enheder, afhængigt af brugsmiljøet, ekstern størrelse, pris osv., men generelt er den mest brugte fototransistoren.
Når de ikke virker, bærer fototransistorer lidt af den strøm, som almindelige halvledere gør. Når lyset falder ind der, genererer fototransistoren en fotoelektromotorisk kraft på overfladen af P-type halvleder og N-type halvleder, hullerne i N-type halvleder strømmer ind i p-regionen, den frie elektronhalvleder i p-regionen flyder ind i n-området, og strømmen vil flyde.
Fototransistorer er ikke så lydhøre som fotodioder, men de har også den effekt, at de forstærker outputtet til hundreder til 1.000 gange inputsignalet (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 "lysblokker", vi ser, en elektronisk enhed med samme princip og mekanisme.
Imidlertid bruges lysafbrydere normalt som sensorer og udfører deres rolle ved at føre en lysblokerende genstand mellem det lysemitterende element og det lysmodtagende element. Det kan for eksempel bruges til at opdage mønter og pengesedler i automater og pengeautomater.
② Funktioner
Da optokobleren transmitterer signaler gennem lys, er isoleringen mellem indgangssiden og udgangssiden en vigtig funktion. Høj isolering påvirkes ikke let af støj, men forhindrer også utilsigtet strømafgang mellem tilstødende kredsløb, hvilket er ekstremt effektivt med hensyn til sikkerhed. Og selve strukturen er forholdsvis enkel og rimelig.
På grund af sin lange historie er det rige produktsortiment fra forskellige producenter også en unik fordel ved optokoblere. Fordi der ikke er fysisk kontakt, er sliddet mellem delene lille, og levetiden er længere. På den anden side er der også kendetegn ved, at lyseffektiviteten er let at svinge, fordi LED'en langsomt forringes med tiden og temperaturændringer.
Især når den indre komponent af den gennemsigtige plastik i lang tid bliver uklar, kan det ikke være særlig godt lys. Men under alle omstændigheder er levetiden for lang i forhold til den mekaniske kontakts kontaktkontakt.
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 koblingerbruges hovedsageligt til omskifterdrift. Kredsløbet vil blive aktiveret ved at tænde for kontakten, men set fra ovenstående egenskaber, især isolering og lang levetid, er det velegnet til scenarier, der kræver høj pålidelighed. For eksempel er støj fjenden af medicinsk elektronik og lydudstyr/kommunikationsudstyr.
Det bruges også i motordrivsystemer. Grunden til motoren er, at hastigheden styres af inverteren, når den er drevet, men den genererer støj på grund af det høje output. Denne støj vil ikke kun få selve motoren til at svigte, men også strømme gennem "jorden", der påvirker periferiudstyr. Især udstyr med lange ledninger er let at opfange denne høje udgangsstøj, så hvis det sker på fabrikken, vil det forårsage store tab og nogle gange forårsage alvorlige ulykker. Ved at bruge højisolerede optokoblere til omskiftning kan påvirkningen på 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 mikrocontrollerudviklingsingeniører vil forklare, hvordan man vælger og bruger optokoblere.
① Åbn altid og luk altid
Der er to typer fotokoblere: en type, hvor kontakten er slukket (slukket), når der ikke er spænding på, en type, hvor kontakten er tændt (slukket), når en spænding påføres, og en type, hvor kontakten er tændt, når der ikke er spænding. Påfør og sluk, når der er spænding på.
Førstnævnte kaldes normalt åben, og sidstnævnte kaldes normalt lukket. Hvordan man vælger, afhænger først af, hvilken slags kredsløb du har brug for.
② Kontroller udgangsstrømmen og påført spænding
Fotokoblere har den egenskab, at de forstærker signalet, men passerer ikke altid gennem spænding og strøm efter ønske. Selvfølgelig er det klassificeret, 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 i henhold til LED-lysintensiteten, så påfør spændingen i henhold til den ønskede udgangsstrøm.
Du tror dog måske, at udgangsstrømmen beregnet her er overraskende lille. Dette er den aktuelle værdi, der stadig kan udlæses pålideligt efter at have taget hensyn til LED'ens forringelse over tid, så den er mindre end den maksimale rating.
Tværtimod er der tilfælde, hvor udgangsstrømmen ikke er stor. Derfor skal du, når du vælger optokobleren, omhyggeligt kontrollere "udgangsstrømmen" og vælge det produkt, der passer til det.
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 margin.
④ Indstil fotokobleren korrekt
Efter at have valgt den rigtige optokobler, lad os bruge den i et rigtigt projekt. Selve installationen er nem, bare tilslut terminalerne, der er forbundet til hvert inputsidekredsløb og outputsidekredsløb. Man skal dog passe på ikke at fejlorientere input- og output-siden. Derfor skal du også tjekke symbolerne i datatabellen, så du ikke opdager, at den fotoelektriske koblingsfod er forkert efter at have tegnet printkortet.
Indlægstid: 29-jul-2023