Optocuplele, care conectează circuite folosind semnale optice ca mediu, sunt un element activ în domenii în care precizia înaltă este indispensabilă, cum ar fi acustica, medicină și industrie, datorită versatilității și fiabilității lor ridicate, precum durabilitatea și izolația.
Dar când și în ce circumstanțe funcționează optocuplerul și care este principiul din spatele lui?Sau atunci când utilizați efectiv fotocuplerul în propria activitate electronică, este posibil să nu știți cum să-l alegeți și să îl utilizați.Deoarece optocuplerul este adesea confundat cu „fototranzistor” și „fotodiodă”.Prin urmare, ce este un fotocupler va fi introdus în acest articol.
Ce este un fotocupler?
Optocuplerul este o componentă electronică a cărei etimologie este optică
cuplaj, care înseamnă „cuplare cu lumină”.Uneori, cunoscut și sub denumirea de optocupler, izolator optic, izolație optică etc. Este format din element emițător de lumină și element de recepție a luminii și conectează circuitul lateral de intrare și circuitul lateral de ieșire prin semnal optic.Nu există nicio legătură electrică între aceste circuite, cu alte cuvinte, în stare de izolare.Prin urmare, conexiunea circuitului dintre intrare și ieșire este separată și numai semnalul este transmis.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 fotocuplerului este un LED (diodă emițătoare de lumină).
Din anii 1960 până în anii 1970, când au fost inventate leduri și progresele lor tehnologice au fost semnificative,optoelectronicăa devenit un boom.Pe vremea aceea, diversedispozitive opticeau fost inventate, iar cuplajul fotoelectric a fost unul dintre ele.Ulterior, optoelectronica a pătruns rapid în viețile noastre.
① Principiu/mecanism
Principiul optocuplerului este că elementul emițător de lumină transformă semnalul electric de intrare în lumină, iar elementul de recepție a luminii transmite semnalul electric înapoi la circuitul de ieșire.Elementul emițător de lumină și elementul receptor de lumină se află în interiorul blocului de lumină externă, iar cele două sunt opuse unul altuia pentru a transmite lumina.
Semiconductorul folosit în elementele emițătoare de lumină este LED-ul (dioda 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, prețul etc., dar, în general, cel mai des folosit este fototranzistorul.
Când nu funcționează, fototranzistoarele transportă puțin din curentul pe care îl fac semiconductorii obișnuiți.Când lumina incidentă acolo, fototranzistorul generează o forță fotoelectromotoare pe suprafața semiconductorului de tip P și a semiconductorului de tip N, găurile din semiconductorul de tip N curg în regiunea p, semiconductorul cu electroni liberi din regiunea p curge. în regiunea n, iar curentul va curge.
Fototranzistoarele nu sunt la fel de receptive ca fotodiodele, dar au și efectul de a amplifica ieșirea de sute până la 1.000 de ori semnalul de intrare (datorită câmpului electric intern).Prin urmare, sunt suficient de sensibili pentru a capta chiar și semnale slabe, ceea ce este un avantaj.
De fapt, „blocatorul de lumină” pe care îl vedem este un dispozitiv electronic cu același principiu și mecanism.
Cu toate acestea, întreruptoarele de lumină sunt utilizate de obicei ca senzori și își îndeplinesc rolul prin trecerea unui obiect care blochează lumina între elementul emițător de lumină și elementul care primește lumină.De exemplu, poate fi folosit pentru a detecta monede și bancnote în automate și bancomate.
② Caracteristici
Deoarece optocuplerul transmite semnale prin lumină, izolarea dintre partea de intrare și partea de ieșire este o caracteristică majoră.Izolarea 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.Și structura în sine este relativ simplă și rezonabilă.
Datorită istoriei sale lungi, gama bogată de produse a diverșilor producători este, de asemenea, un avantaj unic al optocuplelor.Deoarece nu există contact fizic, uzura dintre părți este mică, iar durata de viață este mai lungă.Pe de altă parte, există și caracteristici că eficiența luminoasă este ușor de fluctuat, deoarece LED-ul se va deteriora încet odată cu trecerea timpului și a schimbărilor de temperatură.
Mai ales atunci când componenta internă a plasticului transparent pentru o lungă perioadă de timp, devine tulbure, nu poate fi lumină foarte bună.Cu toate acestea, în orice caz, durata de viață este prea lungă în comparație cu contactul de contact al contactului mecanic.
Fototranzistoarele sunt în general mai lente decât fotodiodele, deci nu sunt utilizate pentru comunicații de mare viteză.Cu toate acestea, acesta 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 mărească viteza.
③ Utilizare
Cuplaje fotoelectricesunt utilizate în principal pentru operarea de comutare.Circuitul va fi alimentat prin pornirea comutatorului, dar din punct de vedere al caracteristicilor de mai sus, în special al izolației și al duratei de viață lungă, este potrivit pentru scenariile care necesită o fiabilitate ridicată.De exemplu, zgomotul este inamicul electronicelor medicale și al echipamentelor audio/echipamentelor de comunicații.
Este, de asemenea, utilizat în sistemele de acționare cu motor.Motivul pentru motor este că viteza este controlată de invertor atunci când este condus, dar generează zgomot datorită puterii mari.Acest zgomot nu numai că va duce la defectarea motorului în sine, ci va curge și prin „solul” care afectează perifericele.În special, echipamentele cu cablaje lungi sunt ușor de preluat acest zgomot de ieșire mare, așa că, dacă se întâmplă în fabrică, va provoca pierderi mari și uneori va provoca accidente grave.Prin utilizarea optocuplelor foarte izolate pentru comutare, impactul asupra altor circuite și dispozitive poate fi minimizat.
În al doilea rând, cum să alegeți și să utilizați optocuplele
Cum să utilizați optocuplerul potrivit pentru aplicarea în proiectarea produsului?Următorii ingineri de dezvoltare a microcontrolerelor vor explica cum să selectați și să utilizați optocuplere.
① Întotdeauna deschis și întotdeauna închis
Există două tipuri de fotocuple: un tip în care întrerupătorul este oprit (oprit) atunci când nu este aplicată tensiune, un tip în care întrerupătorul este pornit (oprit) atunci când este aplicată o tensiune și un tip în care comutatorul este pornit atunci când nu există tensiune.Aplicați și opriți când se aplică tensiune.
Primul se numește normal deschis, iar cel de-al doilea se numește normal închis.Cum să alegeți, mai întâi depinde de ce tip de circuit aveți nevoie.
② Verificați curentul de ieșire și tensiunea aplicată
Fotocuplele au proprietatea de a amplifica semnalul, dar nu trec întotdeauna prin tensiune și curent după bunul plac.Desigur, este evaluat, dar trebuie aplicată o tensiune din partea de intrare în funcție de curentul de ieșire dorit.
Dacă ne uităm la fișa tehnică a produsului, putem vedea o diagramă în care axa verticală este curentul de ieșire (curent colector) și axa orizontală este tensiunea de intrare (tensiunea colector-emițător).Curentul colectorului variază în funcție de intensitatea luminii LED-ului, așa că aplicați tensiunea în funcție de curentul de ieșire dorit.
Cu toate acestea, ați putea crede că curentul de ieșire calculat aici este surprinzător de mic.Aceasta este valoarea curentă care poate fi scoasă în continuare în mod fiabil după ce se ține cont de deteriorarea 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 optocuplerul, asigurați-vă că verificați cu atenție „curentul de ieșire” și alegeți produsul care se potrivește cu acesta.
③ Curent maxim
Curentul maxim de conducție este valoarea maximă a curentului pe care optocuplerul o poate rezista la conducere.Din nou, trebuie să ne asigurăm că știm de câtă 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, ci că există o anumită marjă.
④ Setați corect fotocuplorul
După ce am ales optocuplerul potrivit, să-l folosim într-un proiect real.Instalarea în sine este ușoară, doar conectați bornele conectate la fiecare circuit de intrare și circuit de ieșire.Cu toate acestea, trebuie avut grijă să nu orientați greșit partea de intrare și partea de ieșire.Prin urmare, trebuie să verificați și simbolurile din tabelul de date, astfel încât să nu găsiți că piciorul de cuplare fotoelectric este greșit după desenarea plăcii PCB.
Ora postării: Iul-29-2023