Optoerottimet, jotka yhdistävät piirejä käyttäen väliaineena optisia signaaleja, ovat korkean monipuolisuutensa ja luotettavuutensa, kuten kestävyyden ja eristyksensä, ansiosta aktiivinen elementti alueilla, joilla korkea tarkkuus on välttämätöntä, kuten akustiikka, lääketiede ja teollisuus.
Mutta milloin ja missä olosuhteissa optoerotin toimii, ja mikä on sen periaate? Tai kun käytät valokytkintä omassa elektroniikkatyössäsi, et ehkä osaa valita ja käyttää sitä. Koska optoerotin sekoitetaan usein "valotransistoriin" ja "valodiodiin". Siksi tässä artikkelissa esitellään, mikä on valokytkin.
Mikä on valokytkin?
Optoerotin on elektroninen komponentti, jonka etymologia on optinen
liitin, joka tarkoittaa "kytkentää valon kanssa". Joskus tunnetaan myös nimellä optoerotin, optinen eristin, optinen eristys jne. Se koostuu valoa lähettävästä elementistä ja valoa vastaanottavasta elementistä ja yhdistää tulopuolen piirin ja lähtöpuolen piirin optisen signaalin kautta. Näiden piirien välillä ei ole sähköistä yhteyttä, toisin sanoen eristystilassa. Siksi tulon ja lähdön välinen piiriyhteys on erillinen ja vain signaali lähetetään. Liitä turvallisesti piirit, joilla on merkittävästi erilaiset tulo- ja lähtöjännitetasot, korkeajänniteeristyksellä tulon ja lähdön välillä.
Lisäksi se toimii kytkimenä lähettämällä tai estämällä tämän valosignaalin. Yksityiskohtainen periaate ja mekanismi selitetään myöhemmin, mutta valokytkimen valoa emittoiva elementti on LED (light emitting diode).
1960-luvulta 1970-luvulle, jolloin ledit keksittiin ja niiden tekninen kehitys oli merkittävää,optoelektroniikkatuli buumi. Tuolloin erilaisiaoptiset laitteetkeksittiin, ja valosähköinen liitin oli yksi niistä. Myöhemmin optoelektroniikka tunkeutui nopeasti elämäämme.
① Periaate/mekanismi
Optoerottimen periaate on, että valoa lähettävä elementti muuntaa sisääntulevan sähköisen signaalin valoksi ja valoa vastaanottava elementti lähettää valon takaisin sähköisen signaalin lähtöpuolen piiriin. Valoa säteilevä elementti ja valoa vastaanottava elementti ovat ulkoisen valolohkon sisäpuolella ja ne ovat vastakkain valon välittämiseksi.
Valoa emittoivissa elementeissä käytetty puolijohde on LED (light-emitting diode). Toisaalta valoa vastaanottavissa laitteissa käytetään monenlaisia puolijohteita käyttöympäristöstä, ulkokoosta, hinnasta jne. riippuen, mutta yleisesti ottaen yleisimmin käytetty on fototransistori.
Kun valotransistorit eivät toimi, ne kuljettavat vain vähän virtaa kuin tavalliset puolijohteet. Kun valo osuu sinne, fototransistori synnyttää valosähkövoiman P-tyypin puolijohteen ja N-tyypin puolijohteen pintaan, N-tyypin puolijohteen reiät virtaavat p-alueelle, vapaan elektronin puolijohde p-alueella virtaa. n-alueelle ja virta kulkee.
Fototransistorit eivät ole yhtä herkkiä kuin valodiodit, mutta ne myös vahvistavat ulostulon sadoista 1000 kertaa tulosignaaliin verrattuna (sisäisen sähkökentän vuoksi). Siksi ne ovat riittävän herkkiä poimimaan heikotkin signaalit, mikä on etu.
Itse asiassa näkemämme "valonesto" on elektroninen laite, jolla on sama periaate ja mekanismi.
Valonkatkaisijoita käytetään kuitenkin yleensä antureina ja ne suorittavat tehtävänsä ohjaamalla valoa estävän kohteen valoa lähettävän elementin ja valoa vastaanottavan elementin väliin. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi kolikoiden ja seteleiden havaitsemiseen myyntiautomaateissa ja pankkiautomaateissa.
② Ominaisuudet
Koska optoerotin lähettää signaaleja valon kautta, tulopuolen ja lähtöpuolen välinen eristys on tärkeä ominaisuus. Korkeaan eristykseen ei vaikuta helposti melu, mutta se estää myös vahingossa kulkevan virran vierekkäisten piirien välillä, mikä on turvallisuuden kannalta erittäin tehokasta. Ja itse rakenne on suhteellisen yksinkertainen ja kohtuullinen.
Pitkän historiansa ansiosta eri valmistajien runsas tuotevalikoima on myös optoerottimien ainutlaatuinen etu. Koska fyysistä kosketusta ei ole, osien välinen kuluminen on pientä ja käyttöikä on pidempi. Toisaalta on myös ominaisuuksia, että valotehokkuutta on helppo vaihdella, koska LED-valo heikkenee hitaasti ajan ja lämpötilan muutosten myötä.
Varsinkin kun sisäinen komponentti läpinäkyvän muovin pitkään, tulee samea, se ei voi olla kovin hyvä valo. Joka tapauksessa käyttöikä on liian pitkä verrattuna mekaanisen koskettimen kosketuskontaktiin.
Fototransistorit ovat yleensä hitaampia kuin valodiodit, joten niitä ei käytetä nopeaan tiedonsiirtoon. Tämä ei kuitenkaan ole haitta, sillä joissakin komponenteissa on ulostulopuolella vahvistuspiirit nopeuden lisäämiseksi. Itse asiassa kaikkien elektronisten piirien ei tarvitse lisätä nopeutta.
③ Käyttö
Valosähköiset liittimetkäytetään pääasiassa kytkentätoimintoihin. Piiri saa jännitteen kytkemällä kytkin päälle, mutta edellä mainittujen ominaisuuksien, erityisesti eristyksen ja pitkän käyttöiän, kannalta se sopii hyvin korkeaa luotettavuutta vaativiin skenaarioihin. Esimerkiksi melu on lääketieteellisen elektroniikan ja audiolaitteiden/viestintälaitteiden vihollinen.
Sitä käytetään myös moottorikäyttöjärjestelmissä. Moottorin syynä on se, että invertteri ohjaa nopeutta sitä ajettaessa, mutta se tuottaa kohinaa suuren tehon takia. Tämä melu ei vain aiheuta itse moottorin vikaa, vaan myös virtaa "maan" läpi vaikuttaen oheislaitteisiin. Erityisesti pitkällä johdolla varustetut laitteet sietävät helposti tätä korkeaa lähtökohinaa, joten jos se tapahtuu tehtaalla, se aiheuttaa suuria tappioita ja joskus vakavia onnettomuuksia. Käyttämällä kytkemiseen erittäin eristettyjä optoerottimia, vaikutukset muihin piireihin ja laitteisiin voidaan minimoida.
Toiseksi, kuinka valita ja käyttää optoerottimia
Kuinka käyttää oikeaa optoerotinta tuotesuunnitteluun? Seuraavat mikro-ohjainkehitysinsinöörit selittävät, kuinka optoerottimia valitaan ja käytetään.
① Aina auki ja aina kiinni
Valokytkimiä on kahta tyyppiä: tyyppi, jossa kytkin kytketään pois päältä (pois päältä), kun jännitettä ei ole kytketty, tyyppi, jossa kytkin kytketään päälle (pois päältä), kun jännite on kytketty, ja tyyppi, jossa kytkin kytketään kytkeytyy päälle, kun jännitettä ei ole. Kytke päälle ja sammuta, kun jännite on kytketty.
Ensin mainittua kutsutaan normaalisti avoimeksi ja jälkimmäistä normaalisti suljetuksi. Kuinka valita, riippuu ensin siitä, millaisen piirin tarvitset.
② Tarkista lähtövirta ja syötetty jännite
Valokytkimillä on ominaisuus vahvistaa signaalia, mutta ne eivät aina kulje jännitteen ja virran läpi haluamallaan tavalla. Tietenkin se on nimellinen, mutta tulopuolelta on syötettävä jännite halutun lähtövirran mukaan.
Jos katsomme tuoteselostetta, näemme kaavion, jossa pystyakseli on lähtövirta (kollektorivirta) ja vaaka-akseli tulojännite (kollektori-emitterijännite). Kollektorivirta vaihtelee LED-valon voimakkuuden mukaan, joten käytä jännitettä halutun lähtövirran mukaan.
Saatat kuitenkin ajatella, että tässä laskettu lähtövirta on yllättävän pieni. Tämä on virta-arvo, joka voidaan edelleen luotettavasti tulostaa, kun otetaan huomioon LED-valon huononeminen ajan myötä, joten se on pienempi kuin maksimiarvo.
Päinvastoin, on tapauksia, joissa lähtövirta ei ole suuri. Siksi, kun valitset optoerotin, tarkista huolellisesti "lähtövirta" ja valitse sitä vastaava tuote.
③ Maksimivirta
Suurin johtavuusvirta on suurin virran arvo, jonka optoerotin voi kestää johtaessaan. Meidän on jälleen kerran varmistettava, että tiedämme, kuinka paljon lähtöä projekti tarvitsee ja mikä syöttöjännite on ennen ostamista. Varmista, että maksimiarvo ja käytetty virta eivät ole rajoja, mutta että marginaalia on jonkin verran.
④ Aseta valoliitin oikein
Kun olet valinnut oikean optoerottimen, käytetään sitä todellisessa projektissa. Itse asennus on helppoa, liitä vain tulopuolen ja lähtöpuolen piiriin liitetyt liittimet. On kuitenkin varottava, ettet suuntaa väärin tulo- ja lähtöpuolta. Siksi sinun on tarkistettava myös tietotaulukon symbolit, jotta et huomaa, että valosähköinen liitinjalka on viallinen piirilevyn piirtämisen jälkeen.
Postitusaika: 29.7.2023