Optosklopniki, ki povezujejo vezja z optičnimi signali kot medijem, so zaradi svoje visoke vsestranskosti in zanesljivosti, kot sta vzdržljivost in izolacija, aktivni element na področjih, kjer je visoka natančnost nepogrešljiva, kot so akustika, medicina in industrija.
Kdaj in pod kakšnimi pogoji pa deluje optosklopnik in kakšno je načelo njegovega delovanja? Ali pa, ko dejansko uporabljate optosklopnik v svojem elektronskem delu, morda ne veste, kako ga izbrati in uporabiti. Ker optosklopnik pogosto zamenjujejo s "fototranzistorjem" in "fotodiodo". Zato bo v tem članku predstavljeno, kaj je optosklopnik.
Kaj je fotosklopnik?
Optospojnik je elektronska komponenta, katere etimologija je optična
sklopnik, kar pomeni »sklop s svetlobo«. Včasih znan tudi kot optosponik, optični izolator, optična izolacija itd. Sestavljen je iz elementa, ki oddaja svetlobo, in elementa, ki sprejema svetlobo, ter povezuje vhodno in izhodno vezje prek optičnega signala. Med tema vezjema ni električne povezave, z drugimi besedami, sta v stanju izolacije. Zato je povezava vezja med vhodom in izhodom ločena in prenaša se samo signal. Varno povežite vezja z bistveno različnimi nivoji vhodne in izhodne napetosti z visokonapetostno izolacijo med vhodom in izhodom.
Poleg tega s prenosom ali blokiranjem tega svetlobnega signala deluje kot stikalo. Podrobno načelo in mehanizem bosta pojasnjena kasneje, vendar je svetleči element fotosklopnika LED (svetleča dioda).
Od šestdesetih do sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko so izumili LED diode in je bil njihov tehnološki napredek pomemben,optoelektronikapostal razcvet. Takrat so različneoptične napraveso bili izumljeni, fotoelektrični sklopnik pa je bil eden izmed njih. Posledično je optoelektronika hitro prodrla v naša življenja.
① Načelo/mehanizem
Načelo optosklopnika je, da element, ki oddaja svetlobo, pretvori vhodni električni signal v svetlobo, element, ki sprejema svetlobo, pa oddaja svetlobo nazaj na izhodno vezje. Element, ki oddaja svetlobo, in element, ki sprejema svetlobo, sta nameščena drug nasproti drugemu, da oddajata svetlobo.
Polprevodnik, ki se uporablja v svetlečih elementih, je LED (svetleča dioda). Po drugi strani pa obstaja veliko vrst polprevodnikov, ki se uporabljajo v napravah za sprejemanje svetlobe, odvisno od okolja uporabe, zunanje velikosti, cene itd., vendar se na splošno najpogosteje uporablja fototranzistor.
Ko fototranzistorji ne delujejo, prevajajo le malo toka kot navadni polprevodniki. Ko svetloba pade nanje, fototranzistor ustvari fotoelektromotorno silo na površini polprevodnika tipa P in polprevodnika tipa N, luknje v polprevodniku tipa N stečejo v območje p, prosti elektroni v polprevodniku tipa p pa stečejo v območje n in tok teče.
Fototranzistorji niso tako odzivni kot fotodiode, vendar pa zaradi notranjega električnega polja ojačajo izhodni signal za več sto do tisočkratnik vhodnega signala. Zato so dovolj občutljivi, da zaznajo tudi šibke signale, kar je prednost.
Pravzaprav je "blokator svetlobe", ki ga vidimo, elektronska naprava z enakim načelom in mehanizmom.
Vendar pa se svetlobni prekinjevalci običajno uporabljajo kot senzorji in svojo vlogo opravljajo tako, da med elementom, ki oddaja svetlobo, in elementom, ki sprejema svetlobo, vstavijo predmet, ki blokira svetlobo. Uporabljajo se lahko na primer za zaznavanje kovancev in bankovcev v prodajnih avtomatih in bankomatih.
② Značilnosti
Ker optospojnik prenaša signale s svetlobo, je izolacija med vhodno in izhodno stranjo pomembna značilnost. Visoka izolacija ni tako izpostavljena šumu, hkrati pa preprečuje nenamerni pretok toka med sosednjimi vezji, kar je izjemno učinkovito z vidika varnosti. Sama struktura je relativno preprosta in razumna.
Zaradi dolge zgodovine je bogata ponudba izdelkov različnih proizvajalcev edinstvena prednost optospojnikov. Ker ni fizičnega stika, je obraba med deli majhna in življenjska doba daljša. Po drugi strani pa obstajajo tudi značilnosti, da svetlobni izkoristek zlahka niha, saj se LED s časom in temperaturnimi spremembami počasi slabša.
Še posebej, če notranja komponenta prozorne plastike dlje časa postane motna, ne more dobro osvetljevati. Vendar pa je v vsakem primeru življenjska doba kontakta predolga v primerjavi z mehanskim kontaktom.
Fototranzistorji so običajno počasnejši od fotodiod, zato se ne uporabljajo za visokohitrostno komunikacijo. Vendar to ni pomanjkljivost, saj imajo nekatere komponente na izhodni strani ojačevalna vezja za povečanje hitrosti. Pravzaprav ni treba, da vsa elektronska vezja povečajo hitrost.
③ Uporaba
Fotoelektrični sklopnikise uporabljajo predvsem za preklopno delovanje. Vezje se bo napajalo z vklopom stikala, vendar je z vidika zgoraj navedenih lastnosti, zlasti izolacije in dolge življenjske dobe, zelo primerno za scenarije, ki zahtevajo visoko zanesljivost. Na primer, hrup je sovražnik medicinske elektronike in avdio opreme/komunikacijske opreme.
Uporablja se tudi v sistemih za motorne pogone. Razlog za motor je v tem, da hitrost krmili pretvornik, ko je pogonski, vendar zaradi visoke izhodne moči ustvarja hrup. Ta hrup ne bo povzročil le okvare samega motorja, temveč bo tudi pretok skozi "zemljitev", kar bo vplivalo na periferne naprave. Zlasti oprema z dolgim ožičenjem zlahka zazna ta hrup z visoko izhodno močjo, zato bo, če se to zgodi v tovarni, povzročilo velike izgube in včasih resne nesreče. Z uporabo visoko izoliranih optospojnikov za preklop je mogoče zmanjšati vpliv na druga vezja in naprave.
Drugič, kako izbrati in uporabljati optospojnike
Kako uporabiti pravi optosklopnik za uporabo pri načrtovanju izdelkov? Naslednji inženirji za razvoj mikrokrmilnikov bodo razložili, kako izbrati in uporabljati optosklopnike.
① Vedno odpri in vedno zapri
Obstajata dve vrsti fotosklopnikov: tip, pri katerem se stikalo izklopi, ko ni napetosti, tip, pri katerem se stikalo vklopi, ko je napetost prisotna, in tip, pri katerem se stikalo vklopi, ko ni napetosti. Optosklopniki se priključijo in izklopijo, ko je napetost prisotna.
Prvi se imenuje normalno odprt, drugi pa normalno zaprt. Izbira je najprej odvisna od vrste vezja, ki ga potrebujete.
② Preverite izhodni tok in priključeno napetost
Optosklopniki imajo lastnost ojačanja signala, vendar ne prepuščajo vedno napetosti in toka po želji. Seveda je nazivna napetost, vendar je treba na vhodni strani dovesti napetost glede na želeni izhodni tok.
Če pogledamo podatkovni list izdelka, lahko vidimo tabelo, kjer je navpična os izhodni tok (kolektorski tok), vodoravna os pa vhodna napetost (napetost kolektor-emiter). Kolektorski tok se spreminja glede na intenzivnost svetlobe LED, zato napetost uporabite glede na želeni izhodni tok.
Vendar pa se vam morda zdi, da je tukaj izračunani izhodni tok presenetljivo majhen. To je tok, ki ga je še vedno mogoče zanesljivo oddati, če upoštevamo obrabo LED diode skozi čas, zato je manjši od največje nazivne moči.
Nasprotno pa obstajajo primeri, ko izhodni tok ni velik. Zato pri izbiri optospojnika natančno preverite »izhodni tok« in izberite izdelek, ki mu ustreza.
③ Največji tok
Največji prevodni tok je največja vrednost toka, ki jo optospojnik lahko prenese med prevajanjem. Pred nakupom se moramo prepričati, koliko izhoda projekt potrebuje in kakšna je vhodna napetost. Prepričajte se, da največja vrednost in uporabljeni tok nista omejitev, vendar da obstaja nekaj rezerve.
④ Pravilno nastavite fotosklopnik
Ko smo izbrali pravi optosklopnik, ga uporabimo v resničnem projektu. Sama namestitev je preprosta, le priključite priključke, priključene na vsako vhodno in izhodno vezje. Vendar pa je treba paziti, da ne zamešate vhodne in izhodne strani. Zato morate preveriti tudi simbole v podatkovni tabeli, da po risanju tiskanega vezja ne boste ugotovili, da je podnožje fotoelektričnega sklopnika napačno.
Čas objave: 29. julij 2023