Optočleny, ktoré spájajú obvody využívajúce optické signály ako médium, sú prvkom aktívnym v oblastiach, kde je nevyhnutná vysoká presnosť, ako je akustika, medicína a priemysel, vďaka svojej vysokej všestrannosti a spoľahlivosti, ako je odolnosť a izolácia.
Kedy a za akých okolností však optočlen funguje a aký je jeho princíp? Alebo keď skutočne používate fotočlen vo svojej vlastnej práci s elektronikou, možno nebudete vedieť, ako si ho vybrať a používať. Pretože optočlen sa často zamieňa s „fototranzistorom“ a „fotodiódou“. Preto v tomto článku predstavíme, čo je fotočlen.
Čo je to fotospojka?
Optočlen je elektronická súčiastka, ktorej etymológia je optická
spojka, čo znamená „spojenie so svetlom“. Niekedy tiež známy ako optočlen, optický izolátor, optická izolácia atď. Pozostáva z prvku vyžarujúceho svetlo a prvku na prijímanie svetla a spája obvod vstupnej a výstupnej strany prostredníctvom optického signálu. Medzi týmito obvodmi nie je žiadne elektrické spojenie, inými slovami, v stave izolácie. Preto je obvodové prepojenie medzi vstupom a výstupom oddelené a prenáša sa iba signál. Bezpečne pripojte obvody s výrazne odlišnými úrovňami vstupného a výstupného napätia, s vysokonapäťovou izoláciou medzi vstupom a výstupom.
Navyše vysielaním alebo blokovaním tohto svetelného signálu funguje ako spínač. Podrobný princíp a mechanizmus budú vysvetlené neskôr, ale svetlo vyžarujúci prvok fotočlena je LED (light emitting diode).
Od 60. do 70. rokov 20. storočia, keď boli vynájdené LED diódy a ich technologický pokrok bol významný,optoelektronikasa stal boom. V tej dobe rôzneoptické zariadeniaboli vynájdené a fotoelektrická spojka bola jedným z nich. Následne do našich životov rýchlo prenikla optoelektronika.
① Princíp/mechanizmus
Princíp optočlena spočíva v tom, že prvok vyžarujúci svetlo premieňa vstupný elektrický signál na svetlo a prvok prijímajúci svetlo prenáša elektrický signál späť do obvodu výstupnej strany. Prvok vyžarujúci svetlo a prvok prijímajúci svetlo sú na vnútornej strane bloku vonkajšieho svetla a oba sú oproti sebe, aby prepúšťali svetlo.
Polovodič používaný v prvkoch vyžarujúcich svetlo je LED (light-emitting diode). Na druhej strane existuje mnoho druhov polovodičov používaných v zariadeniach na príjem svetla v závislosti od prostredia použitia, vonkajšej veľkosti, ceny atď., ale vo všeobecnosti sa najčastejšie používa fototranzistor.
Keď fototranzistory nepracujú, prenášajú málo prúdu ako bežné polovodiče. Keď tam svetlo dopadne, fototranzistor generuje fotoelektromotorickú silu na povrchu polovodiča typu P a polovodiča typu N, otvory v polovodiči typu N prúdia do oblasti p, voľný elektrónový polovodič v oblasti p prúdi. do oblasti n a prúd potečie.
Fototranzistory nie sú tak citlivé ako fotodiódy, ale majú tiež za následok zosilnenie výstupu na stovky až 1000-násobok vstupného signálu (v dôsledku vnútorného elektrického poľa). Preto sú dostatočne citlivé na to, aby zachytili aj slabé signály, čo je výhoda.
V skutočnosti je „blokátor svetla“, ktorý vidíme, elektronické zariadenie s rovnakým princípom a mechanizmom.
Prerušovače svetla sa však zvyčajne používajú ako senzory a plnia svoju úlohu tak, že prechádzajú objektom blokujúcim svetlo medzi prvkom vyžarujúcim svetlo a prvkom prijímajúcim svetlo. Dá sa použiť napríklad na detekciu mincí a bankoviek v automatoch a bankomatoch.
② Funkcie
Pretože optočlen prenáša signály cez svetlo, izolácia medzi vstupnou a výstupnou stranou je hlavnou vlastnosťou. Vysoká izolácia nie je ľahko ovplyvnená hlukom, ale tiež zabraňuje náhodnému toku prúdu medzi susednými obvodmi, čo je mimoriadne efektívne z hľadiska bezpečnosti. A samotná štruktúra je pomerne jednoduchá a rozumná.
Jedinečnou výhodou optočlenov je vďaka svojej dlhej histórii aj bohatá produktová ponuka rôznych výrobcov. Pretože nedochádza k fyzickému kontaktu, opotrebenie medzi časťami je malé a životnosť je dlhšia. Na druhej strane je tu tiež charakteristika, že svetelná účinnosť sa dá ľahko kolísať, pretože LED sa s plynutím času a teplotnými zmenami pomaly zhoršuje.
Najmä keď sa vnútorná zložka priehľadného plastu na dlhú dobu zakalí, nemôže byť veľmi dobré svetlo. V každom prípade je však životnosť v porovnaní s kontaktným kontaktom mechanického kontaktu príliš dlhá.
Fototranzistory sú vo všeobecnosti pomalšie ako fotodiódy, takže sa nepoužívajú na vysokorýchlostnú komunikáciu. Nie je to však nevýhoda, pretože niektoré komponenty majú na výstupnej strane zosilňovacie obvody pre zvýšenie rýchlosti. V skutočnosti nie všetky elektronické obvody musia zvyšovať rýchlosť.
③ Použitie
Fotoelektrické spojkysa používajú hlavne na spínaciu prevádzku. Obvod bude napájaný zapnutím vypínača, ale z hľadiska vyššie uvedených charakteristík, najmä izolácie a dlhej životnosti, sa dobre hodí do scenárov vyžadujúcich vysokú spoľahlivosť. Napríklad hluk je nepriateľom lekárskej elektroniky a audio zariadení/komunikačných zariadení.
Používa sa aj v motorových pohonných systémoch. Dôvodom pre motor je, že rýchlosť je riadená meničom, keď je poháňaný, ale vytvára hluk kvôli vysokému výkonu. Tento hluk spôsobí nielen zlyhanie samotného motora, ale aj prúdenie cez „zem“ ovplyvňujúce periférne zariadenia. Najmä zariadenia s dlhou kabelážou ľahko zachytia tento vysoký výstupný hluk, takže ak sa to stane v továrni, spôsobí to veľké straty a niekedy spôsobí vážne nehody. Použitím vysoko izolovaných optočlenov na spínanie je možné minimalizovať vplyv na iné obvody a zariadenia.
Po druhé, ako si vybrať a používať optočleny
Ako použiť správny optočlen pre aplikáciu v dizajne produktov? Nasledujúci inžinieri vývoja mikrokontrolérov vysvetlia, ako vybrať a používať optočleny.
① Vždy otvorte a vždy zatvorte
Existujú dva typy fotočlenov: typ, pri ktorom je spínač vypnutý (vypnutý), keď nie je privedené napätie, typ, pri ktorom je spínač zapnutý (vypnutý), keď je privedené napätie, a typ, v ktorom je spínač sa zapne, keď nie je žiadne napätie. Použite a vypnite, keď je priložené napätie.
Prvý sa nazýva normálne otvorený a druhý sa nazýva normálne zatvorený. Ako si vybrať, najprv závisí od toho, aký typ obvodu potrebujete.
② Skontrolujte výstupný prúd a použité napätie
Fotočleny majú vlastnosť zosilňovať signál, ale nie vždy prechádzajú napätím a prúdom podľa vlastného uváženia. Samozrejme, je dimenzovaný, ale zo vstupnej strany je potrebné priviesť napätie podľa požadovaného výstupného prúdu.
Ak sa pozrieme na produktový list, môžeme vidieť tabuľku, kde zvislá os je výstupný prúd (kolektorový prúd) a vodorovná os je vstupné napätie (napätie kolektor-emitor). Kolektorový prúd sa mení podľa intenzity svetla LED, preto aplikujte napätie podľa požadovaného výstupného prúdu.
Možno si však myslíte, že tu vypočítaný výstupný prúd je prekvapivo malý. Toto je aktuálna hodnota, ktorá môže byť stále spoľahlivo výstupná po zohľadnení zhoršovania stavu LED v priebehu času, takže je nižšia ako maximálne hodnotenie.
Naopak, existujú prípady, kedy výstupný prúd nie je veľký. Preto pri výbere optočlena pozorne skontrolujte „výstupný prúd“ a vyberte produkt, ktorý mu vyhovuje.
③ Maximálny prúd
Maximálny vodivý prúd je maximálna hodnota prúdu, ktorú môže optočlen vydržať pri vedení. Opäť sa musíme pred nákupom uistiť, že vieme, koľko výstupu projekt potrebuje a aké je vstupné napätie. Uistite sa, že maximálna hodnota a použitý prúd nie sú limity, ale že existuje určitá rezerva.
④ Správne nastavte fotospojku
Po výbere správneho optočlena ho použite v reálnom projekte. Samotná inštalácia je jednoduchá, stačí pripojiť svorky pripojené ku každému obvodu vstupnej a výstupnej strany. Treba však dávať pozor, aby nedošlo k nesprávnej orientácii vstupnej a výstupnej strany. Preto musíte skontrolovať aj symboly v tabuľke údajov, aby ste po nakreslení dosky plošných spojov nezistili, že pätka fotoelektrickej spojky je chybná.
Čas odoslania: 29. júla 2023