Optični sklopniki, ki povezujejo vezja z uporabo optičnih signalov kot medija, so zaradi svoje vsestranskosti in zanesljivosti, kot sta vzdržljivost in izolacija, element, ki je aktiven na področjih, kjer je visoka natančnost nepogrešljiva, kot so akustika, medicina in industrija.
Toda kdaj in v kakšnih okoliščinah deluje optični sklopnik in kakšen je princip za njim? Ali ko dejansko uporabljate fotospojnik pri lastnem delu z elektroniko, morda ne veste, kako ga izbrati in uporabljati. Ker se optični sklopnik pogosto zamenjuje s "fototranzistorjem" in "fotodiodo". Zato bomo v tem članku predstavili, kaj je fotospojnik.
Kaj je fotospojnik?
Optični sklopnik je elektronska komponenta, katere etimologija je optična
spojnik, kar pomeni »spoj s svetlobo«. Včasih znan tudi kot optični sklopnik, optični izolator, optična izolacija itd. Sestavljen je iz elementa, ki oddaja svetlobo, in elementa za sprejem svetlobe ter povezuje vhodno in izhodno stransko vezje prek optičnega signala. Med temi vezji ni električne povezave, z drugimi besedami, v stanju izolacije. Zato je povezava vezja med vhodom in izhodom ločena in prenaša se le 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. Podroben princip in mehanizem bosta pojasnjena kasneje, vendar je svetlobni element fotospojnika LED (svetleča dioda).
Od šestdesetih do sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko so bile izumljene LED diode in je bil njihov tehnološki napredek pomemben,optoelektronikapostal bum. Takrat različneoptične napraveso bili izumljeni in fotoelektrični spojnik je bil eden izmed njih. Kasneje je optoelektronika hitro prodrla v naša življenja.
① Načelo/mehanizem
Načelo optičnega sklopnika je, da svetlobni element pretvori vhodni električni signal v svetlobo, svetlobni sprejemni element pa oddaja svetlobni povratni električni signal na izhodno stransko vezje. Element, ki oddaja svetlobo, in element, ki sprejema svetlobo, sta na notranji strani zunanjega svetlobnega bloka in sta si nasproti drugega, da prepuščata 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 sprejem svetlobe, odvisno od okolja uporabe, zunanje velikosti, cene itd., vendar je na splošno najpogosteje uporabljen fototranzistor.
Ko ne delujejo, fototranzistorji prenašajo malo toka kot navadni polprevodniki. Ko tam vpade svetloba, fototranzistor ustvari fotoelektromotorno silo na površini polprevodnika tipa P in polprevodnika tipa N, luknje v polprevodniku tipa N tečejo v območje p, polprevodnik prostih elektronov v območju p teče v območje n in tok bo stekel.
Fototranzistorji niso tako odzivni kot fotodiode, vendar imajo tudi učinek ojačanja izhoda na sto do 1000-kratnik vhodnega signala (zaradi notranjega električnega polja). Zato so dovolj občutljivi, da ujamejo tudi šibke signale, kar je prednost.
Pravzaprav je "blokator svetlobe", ki ga vidimo, elektronska naprava z enakim principom in mehanizmom.
Vendar pa se prekinjevalci svetlobe običajno uporabljajo kot senzorji in opravljajo svojo vlogo tako, da predmet, ki blokira svetlobo, spustijo med element, ki oddaja svetlobo, in element, ki sprejema svetlobo. Uporablja se lahko na primer za zaznavanje kovancev in bankovcev v prodajnih avtomatih in bankomatih.
② Lastnosti
Ker optični sklopnik prenaša signale skozi svetlobo, je izolacija med vhodno in izhodno stranjo glavna značilnost. Visoka izolacija ni zlahka izpostavljena hrupu, hkrati pa preprečuje naključne tokove med sosednjimi tokokrogi, kar je izjemno učinkovito z vidika varnosti. In sama struktura je relativno preprosta in razumna.
Zaradi svoje dolge zgodovine je edinstvena prednost optičnih sklopnikov tudi bogata ponudba različnih proizvajalcev. Ker ni fizičnega stika, je obraba med deli majhna, življenjska doba pa daljša. Po drugi strani pa obstajajo tudi značilnosti, da lahko svetlobni izkoristek zlahka niha, ker se bo LED počasi slabšala s časom in temperaturnimi spremembami.
Še posebej, ko notranja komponenta prozorne plastike dlje časa postane motna, ne more biti zelo dobra svetloba. Vendar pa je v vsakem primeru življenjska doba predolga v primerjavi s kontaktnim stikom mehanskega kontakta.
Fototranzistorji so na splošno počasnejši od fotodiod, zato se ne uporabljajo za hitre komunikacije. Vendar to ni slabost, saj imajo nekatere komponente na izhodni strani ojačevalna vezja za povečanje hitrosti. Pravzaprav vsem elektronskim vezjem ni treba povečati hitrosti.
③ Uporaba
Fotoelektrične spojkese uporabljajo predvsem za preklopno delovanje. Tokokrog se napaja z vklopom stikala, vendar je z vidika zgornjih lastnosti, zlasti izolacije in dolge življenjske dobe, zelo primeren za scenarije, ki zahtevajo visoko zanesljivost. Na primer, hrup je sovražnik medicinske elektronike in avdio opreme/komunikacijske opreme.
Uporablja se tudi v motornih pogonskih sistemih. Razlog za motor je, da hitrost nadzira pretvornik, ko se poganja, vendar povzroča hrup zaradi visoke moči. Ta hrup ne bo povzročil samo okvare samega motorja, ampak bo tudi prehajal skozi "tla", kar bo vplivalo na periferne naprave. Zlasti oprema z dolgim ožičenjem zlahka zazna ta visok izhodni hrup, tako da bo, če se to zgodi v tovarni, povzročilo velike izgube in včasih povzročilo resne nesreče. Z uporabo visoko izoliranih optičnih sklopnikov za preklapljanje je mogoče zmanjšati vpliv na druga vezja in naprave.
Drugič, kako izbrati in uporabljati optične spojnike
Kako uporabiti pravi optični sklopnik za uporabo pri načrtovanju izdelkov? Naslednji inženirji za razvoj mikrokrmilnikov bodo razložili, kako izbrati in uporabljati optične spojnike.
① Vedno odprto in vedno zaprto
Obstajata dve vrsti fotospojnikov: vrsta, pri kateri je stikalo izklopljeno (off), ko ni napetosti, vrsta, pri kateri je stikalo vklopljeno (izklopljeno), ko je napetost, in vrsta, pri kateri je stikalo se vklopi, ko ni napetosti. Nanesite in izklopite, ko je napetost.
Prvi se imenuje normalno odprt, drugi pa normalno zaprt. Kako izbrati, je najprej odvisno od tega, kakšno vezje potrebujete.
② Preverite izhodni tok in uporabljeno napetost
Fotosparniki imajo lastnost ojačanja signala, vendar ne prehajajo vedno skozi napetost in tok po volji. Seveda je nazivna, vendar je treba na vhodni strani uporabiti napetost glede na želeni izhodni tok.
Če pogledamo podatkovni list izdelka, lahko vidimo diagram, kjer je navpična os izhodni tok (kolektorski tok), vodoravna os pa vhodna napetost (napetost kolektor-emiter). Kolektorski tok se spreminja glede na jakost LED svetlobe, zato uporabite napetost glede na želeni izhodni tok.
Vendar se vam morda zdi, da je tukaj izračunani izhodni tok presenetljivo majhen. To je trenutna vrednost, ki jo je še vedno mogoče zanesljivo izpisati po upoštevanju poslabšanja LED skozi čas, zato je nižja od največje ocene.
Nasprotno, obstajajo primeri, ko izhodni tok ni velik. Zato pri izbiri optičnega sklopnika skrbno preverite "izhodni tok" in izberite izdelek, ki mu ustreza.
③ Največji tok
Največji prevodni tok je največja vrednost toka, ki jo optični sklopnik prenese pri prevodu. Še enkrat, pred nakupom se moramo prepričati, koliko izhoda potrebuje projekt in kakšna je vhodna napetost. Prepričajte se, da največja vrednost in uporabljeni tok nista omejitvi, ampak da obstaja nekaj rezerve.
④ Pravilno nastavite fotospojnik
Ko smo izbrali pravi optični sklopnik, ga uporabimo v resničnem projektu. Sama namestitev je enostavna, samo povežite sponke, ki so priključene na vsako vezje na vhodni strani in vezje na izhodni strani. Vendar je treba paziti, da ne napačno usmerite vhodno in izhodno stran. Zato morate preveriti tudi simbole v podatkovni tabeli, da po risanju tiskanega vezja ne boste ugotovili, da je noga fotoelektrične spojke napačna.
Čas objave: 29. julij 2023