Optocuploarele, care conectează circuite folosind semnale optice ca mediu, sunt un element activ în domenii în care precizia ridicată este indispensabilă, cum ar fi acustica, medicina și industria, datorită versatilității și fiabilității lor ridicate, cum ar fi durabilitatea și izolația.
Dar când și în ce circumstanțe funcționează optocuplorul și care este principiul din spatele său? Sau, atunci când utilizați efectiv fotocuplorul în propriile lucrări electronice, este posibil să nu știți cum să îl alegeți și să îl utilizați. Deoarece optocuplorul este adesea confundat cu „fototranzistor” și „fotodiodă”. Prin urmare, în acest articol vom prezenta ce este un fotocuplor.
Ce este un fotocuplor?
Optocuplorul este o componentă electronică a cărei etimologie este optică.
cuplor, care înseamnă „cuplare cu lumina”. Uneori cunoscut și sub denumirea de optocuplor, izolator optic, izolație optică etc. Acesta constă dintr-un element emițător de lumină și un element receptor de lumină și conectează circuitul de intrare și circuitul de ieșire prin semnal optic. Nu există nicio conexiune electrică între aceste circuite, cu alte cuvinte, se află într-o stare de izolație. Prin urmare, conexiunea circuitului dintre intrare și ieșire este separată și se transmite doar semnalul. Conectați în siguranță circuite cu niveluri de tensiune de intrare și ieșire semnificativ diferite, cu izolație de înaltă tensiune între intrare și ieșire.
În plus, prin transmiterea sau blocarea acestui semnal luminos, acesta acționează ca un comutator. Principiul și mecanismul detaliat vor fi explicate mai târziu, dar elementul emițător de lumină al fotocuplorului este un LED (diodă emițătoare de lumină).
Din anii 1960 până în anii 1970, când au fost inventate LED-urile și progresele lor tehnologice au fost semnificative,optoelectronicăa devenit un boom. La acea vreme, diversedispozitive opticeau fost inventate, iar cuplajul fotoelectric a fost unul dintre ele. Ulterior, optoelectronica a pătruns rapid în viața noastră.
① Principiu/mecanism
Principiul optocuplorului este acela că elementul emițător de lumină convertește semnalul electric de intrare în lumină, iar elementul receptor de lumină transmite semnalul electric de lumină înapoi către circuitul de ieșire. Elementul emițător de lumină și elementul receptor de lumină se află în interiorul blocului de lumină externă și sunt opuse unul față de celălalt pentru a transmite lumina.
Semiconductorul utilizat în elementele emițătoare de lumină este LED-ul (diodă emițătoare de lumină). Pe de altă parte, există multe tipuri de semiconductori utilizați în dispozitivele de recepție a luminii, în funcție de mediul de utilizare, dimensiunea externă, preț etc., dar, în general, cel mai frecvent utilizat este fototranzistorul.
Când nu funcționează, fototranzistoarele transportă o cantitate mai mică din curentul semiconductorilor obișnuiți. Când lumina incide asupra lor, fototranzistorul generează o forță fotoelectromotoare pe suprafața semiconductorului de tip P și a semiconductorului de tip N, golurile din semiconductorul de tip N curg în regiunea p, electronii liberi din semiconductorul de tip p curg în regiunea n, iar curentul va circula.
Fototranzistoarele nu sunt la fel de sensibile ca fotodiodele, dar au și efectul de amplificare a semnalului de ieșire de sute până la 1.000 de ori față de semnalul de intrare (datorită câmpului electric intern). Prin urmare, sunt suficient de sensibile pentru a capta chiar și semnale slabe, ceea ce reprezintă un avantaj.
De fapt, „blocatorul de lumină” pe care îl vedem este un dispozitiv electronic cu același principiu și mecanism.
Totuși, întrerupătoarele de lumină sunt de obicei utilizate ca senzori și își îndeplinesc rolul prin trecerea unui obiect care blochează lumina între elementul emițător de lumină și elementul receptor de lumină. De exemplu, acestea pot fi utilizate pentru a detecta monede și bancnote în automatele de vânzare și bancomate.
② Caracteristici
Întrucât optocuplorul transmite semnale prin lumină, izolația dintre intrare și ieșire este o caracteristică majoră. Izolația ridicată nu este ușor afectată de zgomot, dar previne și fluxul accidental de curent între circuitele adiacente, ceea ce este extrem de eficient din punct de vedere al siguranței. Iar structura în sine este relativ simplă și rezonabilă.
Datorită istoriei sale îndelungate, gama bogată de produse oferite de diverși producători reprezintă, de asemenea, un avantaj unic al optocuplorelor. Deoarece nu există contact fizic, uzura dintre piese este mică, iar durata de viață este mai lungă. Pe de altă parte, există și caracteristici precum că eficiența luminoasă poate fluctua ușor, deoarece LED-ul se va deteriora lent odată cu trecerea timpului și cu schimbările de temperatură.
Mai ales când componenta internă a plasticului transparent devine tulbure pentru o perioadă lungă de timp, nu poate fi expusă la lumină. Cu toate acestea, în orice caz, durata de viață este prea lungă în comparație cu contactul mecanic.
Fototranzistoarele sunt în general mai lente decât fotodiodele, așa că nu sunt utilizate pentru comunicații de mare viteză. Totuși, acest lucru nu este un dezavantaj, deoarece unele componente au circuite de amplificare pe partea de ieșire pentru a crește viteza. De fapt, nu toate circuitele electronice trebuie să crească viteza.
③ Utilizare
Cuple fotoelectricesunt utilizate în principal pentru operarea în comutare. Circuitul va fi alimentat prin pornirea comutatorului, dar din punctul de vedere al caracteristicilor de mai sus, în special al izolației și al duratei lungi de viață, este potrivit pentru scenarii care necesită fiabilitate ridicată. De exemplu, zgomotul este inamicul electronicii medicale și al echipamentelor audio/echipamentelor de comunicații.
Este utilizat și în sistemele de acționare a motoarelor. Motivul pentru care există un motor este că viteza este controlată de invertor atunci când este acționat, dar generează zgomot din cauza puterii mari. Acest zgomot nu numai că va cauza defectarea motorului în sine, dar va afecta și fluxul prin „masă”, afectând perifericele. În special, echipamentele cu cabluri lungi pot prelua cu ușurință acest zgomot de ieșire ridicat, așa că, dacă se întâmplă în fabrică, va provoca pierderi mari și uneori accidente grave. Prin utilizarea optocuplorelor cu izolație ridicată pentru comutare, impactul asupra altor circuite și dispozitive poate fi redus la minimum.
În al doilea rând, cum să alegeți și să utilizați optocuploarele
Cum se utilizează optocuplorul potrivit pentru aplicații în proiectarea de produse? Următorii ingineri de dezvoltare a microcontrolerelor vor explica cum se selectează și se utilizează optocuploarele.
① Întotdeauna deschis și întotdeauna închis
Există două tipuri de fotocuploare: un tip în care comutatorul este oprit (oprit) când nu se aplică tensiune, un tip în care comutatorul este pornit (oprit) când se aplică o tensiune și un tip în care comutatorul este pornit când nu există tensiune. Se aplică și se oprește când se aplică tensiune.
Primul se numește normal deschis, iar cel de-al doilea se numește normal închis. Modul de alegere depinde, în primul rând, de tipul de circuit de care aveți nevoie.
② Verificați curentul de ieșire și tensiunea aplicată
Fotocuploarele au proprietatea de a amplifica semnalul, dar nu permit întotdeauna trecerea tensiunii și curentului după bunul plac. Desigur, este o tensiune nominală, dar trebuie aplicată o tensiune de la intrare în funcție de curentul de ieșire dorit.
Dacă ne uităm la fișa tehnică a produsului, putem vedea o diagramă în care axa verticală reprezintă curentul de ieșire (curentul de colector), iar axa orizontală reprezintă tensiunea de intrare (tensiunea colector-emitor). Curentul de colector variază în funcție de intensitatea luminii LED-ului, așadar se aplică tensiunea în funcție de curentul de ieșire dorit.
Totuși, ați putea crede că curentul de ieșire calculat aici este surprinzător de mic. Aceasta este valoarea curentului care poate fi încă emisă în mod fiabil după luarea în considerare a deteriorării LED-ului în timp, deci este mai mică decât valoarea maximă.
Dimpotrivă, există cazuri în care curentul de ieșire nu este mare. Prin urmare, atunci când alegeți optocuplorul, asigurați-vă că verificați cu atenție „curentul de ieșire” și alegeți produsul care se potrivește.
③ Curent maxim
Curentul maxim de conducție este valoarea maximă a curentului pe care optocuplorul îl poate suporta în timpul conducerii. Din nou, trebuie să ne asigurăm că știm de câtă tensiune de ieșire are nevoie proiectul și care este tensiunea de intrare înainte de a cumpăra. Asigurați-vă că valoarea maximă și curentul utilizat nu sunt limite, dar că există o oarecare marjă.
④ Setați corect fotocuplorul
După ce am ales optocuplorul potrivit, haideți să îl folosim într-un proiect real. Instalarea în sine este ușoară, trebuie doar să conectați terminalele conectate la fiecare circuit de intrare și la circuitul de ieșire. Cu toate acestea, trebuie avut grijă să nu dezorientați partea de intrare și partea de ieșire. Prin urmare, trebuie să verificați și simbolurile din tabelul de date, astfel încât să nu constatați că piciorul cuplorului fotoelectric este greșit după desenarea plăcii PCB.
Data publicării: 29 iulie 2023