Οι οπτικοί συζεύκτες, οι οποίοι συνδέουν κυκλώματα χρησιμοποιώντας οπτικά σήματα ως μέσο, είναι ένα στοιχείο ενεργό σε τομείς όπου η υψηλή ακρίβεια είναι απαραίτητη, όπως η ακουστική, η ιατρική και η βιομηχανία, λόγω της υψηλής ευελιξίας και αξιοπιστίας τους, όπως η αντοχή και η μόνωση.
Αλλά πότε και υπό ποιες συνθήκες λειτουργεί ο οπτικός συζευκτήρας και ποια είναι η αρχή πίσω από αυτό; Ή όταν χρησιμοποιείτε πραγματικά τον φωτοζεύκτη στη δική σας εργασία ηλεκτρονικών, μπορεί να μην ξέρετε πώς να τον επιλέξετε και να τον χρησιμοποιήσετε. Επειδή ο οπτικός συζευκτήρας συχνά συγχέεται με το "φωτοτρανζίστορ" και τη "φωτοδίοδο". Επομένως, τι είναι ένας φωτοζεύκτης θα εισαχθεί σε αυτό το άρθρο.
Τι είναι ο φωτοζεύκτης;
Ο οπτικός συζευκτήρας είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα του οποίου η ετυμολογία είναι οπτική
ζεύκτη, που σημαίνει «σύζευξη με φως». Μερικές φορές είναι επίσης γνωστό ως οπτικός συζευκτήρας, οπτικός απομονωτής, οπτική μόνωση κ.λπ. Αποτελείται από στοιχείο εκπομπής φωτός και στοιχείο λήψης φωτός και συνδέει το πλευρικό κύκλωμα εισόδου και το πλευρικό κύκλωμα εξόδου μέσω οπτικού σήματος. Δεν υπάρχει ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ αυτών των κυκλωμάτων, με άλλα λόγια, σε κατάσταση μόνωσης. Επομένως, η σύνδεση του κυκλώματος μεταξύ της εισόδου και της εξόδου είναι ξεχωριστή και μεταδίδεται μόνο το σήμα. Συνδέστε με ασφάλεια κυκλώματα με σημαντικά διαφορετικά επίπεδα τάσης εισόδου και εξόδου, με μόνωση υψηλής τάσης μεταξύ εισόδου και εξόδου.
Επιπλέον, μεταδίδοντας ή μπλοκάροντας αυτό το φωτεινό σήμα, λειτουργεί ως διακόπτης. Η λεπτομερής αρχή και ο μηχανισμός θα εξηγηθούν αργότερα, αλλά το στοιχείο εκπομπής φωτός του φωτοζεύκτη είναι ένα LED (light emitting diode).
Από τη δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 1970, όταν εφευρέθηκαν τα led και οι τεχνολογικές τους εξελίξεις ήταν σημαντικές,οπτοηλεκτρονικήέγινε μπουμ. Εκείνη την εποχή διάφοραοπτικές συσκευέςεφευρέθηκαν και ο φωτοηλεκτρικός συζεύκτης ήταν ένας από αυτούς. Στη συνέχεια, η οπτοηλεκτρονική διείσδυσε γρήγορα στη ζωή μας.
① Αρχή/μηχανισμός
Η αρχή του οπτικού συζεύκτη είναι ότι το στοιχείο εκπομπής φωτός μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα εισόδου σε φως και το στοιχείο λήψης φωτός μεταδίδει το ηλεκτρικό σήμα πίσω φωτός στο πλευρικό κύκλωμα εξόδου. Το στοιχείο εκπομπής φωτός και το στοιχείο λήψης φωτός βρίσκονται στο εσωτερικό του μπλοκ εξωτερικού φωτός και τα δύο βρίσκονται το ένα απέναντι από το άλλο για να μεταδίδουν φως.
Ο ημιαγωγός που χρησιμοποιείται σε στοιχεία εκπομπής φωτός είναι το LED (light-emitting diode). Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν πολλά είδη ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται σε συσκευές λήψης φωτός, ανάλογα με το περιβάλλον χρήσης, το εξωτερικό μέγεθος, την τιμή κ.λπ., αλλά γενικά, το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο είναι το φωτοτρανζίστορ.
Όταν δεν λειτουργούν, τα φωτοτρανζίστορ μεταφέρουν λίγο από το ρεύμα που κάνουν οι συνηθισμένοι ημιαγωγοί. Όταν το φως προσπίπτει εκεί, το φωτοτρανζίστορ δημιουργεί μια φωτοηλεκτροκινητική δύναμη στην επιφάνεια του ημιαγωγού τύπου P και του ημιαγωγού τύπου Ν, οι οπές στον ημιαγωγό τύπου Ν ρέουν στην περιοχή p, ο ημιαγωγός ελεύθερου ηλεκτρονίου στην περιοχή p ρέει στην περιοχή n και το ρεύμα θα ρέει.
Τα φωτοτρανζίστορ δεν αποκρίνονται τόσο όσο οι φωτοδίοδοι, αλλά έχουν επίσης ως αποτέλεσμα να ενισχύουν την έξοδο εκατοντάδες έως 1.000 φορές το σήμα εισόδου (λόγω του εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου). Ως εκ τούτου, είναι αρκετά ευαίσθητα ώστε να λαμβάνουν ακόμη και αδύναμα σήματα, κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα.
Στην πραγματικότητα, το «light blocker» που βλέπουμε είναι μια ηλεκτρονική συσκευή με την ίδια αρχή και μηχανισμό.
Ωστόσο, οι διακόπτες φωτός συνήθως χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες και εκτελούν το ρόλο τους περνώντας ένα αντικείμενο που εμποδίζει το φως μεταξύ του στοιχείου εκπομπής φωτός και του στοιχείου λήψης φωτός. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση κερμάτων και τραπεζογραμματίων σε μηχανήματα αυτόματης πώλησης και ΑΤΜ.
② Χαρακτηριστικά
Δεδομένου ότι ο οπτικός συζευκτήρας μεταδίδει σήματα μέσω του φωτός, η μόνωση μεταξύ της πλευράς εισόδου και της πλευράς εξόδου είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό. Η υψηλή μόνωση δεν επηρεάζεται εύκολα από τον θόρυβο, αλλά επίσης αποτρέπει την τυχαία ροή ρεύματος μεταξύ γειτονικών κυκλωμάτων, κάτι που είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό από άποψη ασφάλειας. Και η ίδια η δομή είναι σχετικά απλή και λογική.
Λόγω της μακράς ιστορίας του, η πλούσια γκάμα προϊόντων διαφόρων κατασκευαστών είναι επίσης ένα μοναδικό πλεονέκτημα των οπτικών συζευκτών. Επειδή δεν υπάρχει φυσική επαφή, η φθορά μεταξύ των εξαρτημάτων είναι μικρή και η διάρκεια ζωής είναι μεγαλύτερη. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν επίσης χαρακτηριστικά ότι η φωτεινή απόδοση είναι εύκολο να αυξομειωθεί, επειδή το LED θα φθείρεται αργά με το πέρασμα του χρόνου και των αλλαγών θερμοκρασίας.
Ειδικά όταν το εσωτερικό στοιχείο του διαφανούς πλαστικού για μεγάλο χρονικό διάστημα, γίνει θολό, δεν μπορεί να είναι πολύ καλό φως. Ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, η διάρκεια ζωής είναι πολύ μεγάλη σε σύγκριση με την επαφή επαφής της μηχανικής επαφής.
Τα φωτοτρανζίστορ είναι γενικά πιο αργά από τις φωτοδίοδοι, επομένως δεν χρησιμοποιούνται για επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, αυτό δεν αποτελεί μειονέκτημα, καθώς ορισμένα εξαρτήματα έχουν κυκλώματα ενίσχυσης στην πλευρά εξόδου για αύξηση της ταχύτητας. Στην πραγματικότητα, δεν χρειάζεται όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα να αυξάνουν την ταχύτητα.
③ Χρήση
Φωτοηλεκτρικοί ζεύκτεςχρησιμοποιούνται κυρίως για λειτουργία μεταγωγής. Το κύκλωμα θα ενεργοποιείται με την ενεργοποίηση του διακόπτη, αλλά από την άποψη των παραπάνω χαρακτηριστικών, ιδιαίτερα της μόνωσης και της μεγάλης διάρκειας ζωής, είναι κατάλληλο για σενάρια που απαιτούν υψηλή αξιοπιστία. Για παράδειγμα, ο θόρυβος είναι ο εχθρός των ιατρικών ηλεκτρονικών ειδών και του εξοπλισμού ήχου/επικοινωνιακού εξοπλισμού.
Χρησιμοποιείται επίσης σε συστήματα κίνησης κινητήρα. Ο λόγος για τον κινητήρα είναι ότι η ταχύτητα ελέγχεται από τον μετατροπέα όταν κινείται, αλλά παράγει θόρυβο λόγω της υψηλής απόδοσης. Αυτός ο θόρυβος όχι μόνο θα προκαλέσει την αστοχία του ίδιου του κινητήρα, αλλά και θα ρέει μέσα από το «έδαφος» επηρεάζοντας τα περιφερειακά. Ειδικότερα, ο εξοπλισμός με μεγάλη καλωδίωση είναι εύκολο να συλλάβει αυτόν τον υψηλό θόρυβο εξόδου, επομένως, εάν συμβεί στο εργοστάσιο, θα προκαλέσει μεγάλες απώλειες και μερικές φορές θα προκαλέσει σοβαρά ατυχήματα. Χρησιμοποιώντας οπτοζεύκτες υψηλής μόνωσης για μεταγωγή, μπορεί να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση σε άλλα κυκλώματα και συσκευές.
Δεύτερον, πώς να επιλέξετε και να χρησιμοποιήσετε οπτικούς συζεύκτες
Πώς να χρησιμοποιήσετε τον σωστό οπτικό συζευκτήρα για εφαρμογή στο σχεδιασμό προϊόντων; Οι ακόλουθοι μηχανικοί ανάπτυξης μικροελεγκτών θα εξηγήσουν πώς να επιλέξετε και να χρησιμοποιήσετε οπτικούς συζεύκτες.
① Πάντα ανοιχτό και πάντα κλειστό
Υπάρχουν δύο τύποι φωτοζεύκτες: ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης απενεργοποιείται (off) όταν δεν εφαρμόζεται τάση, ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος (off) όταν εφαρμόζεται τάση και ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης ενεργοποιείται όταν δεν υπάρχει τάση. Εφαρμόστε και απενεργοποιήστε όταν εφαρμόζεται τάση.
Το πρώτο ονομάζεται κανονικά ανοιχτό και το δεύτερο ονομάζεται κανονικά κλειστό. Πώς να επιλέξετε, πρώτα εξαρτάται από το είδος του κυκλώματος που χρειάζεστε.
② Ελέγξτε το ρεύμα εξόδου και την εφαρμοζόμενη τάση
Οι φωτοζεύκτες έχουν την ιδιότητα να ενισχύουν το σήμα, αλλά δεν περνούν πάντα από τάση και ρεύμα κατά βούληση. Φυσικά, είναι ονομαστική, αλλά χρειάζεται να εφαρμοστεί μια τάση από την πλευρά εισόδου σύμφωνα με το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Αν κοιτάξουμε το φύλλο δεδομένων προϊόντος, μπορούμε να δούμε ένα γράφημα όπου ο κατακόρυφος άξονας είναι το ρεύμα εξόδου (ρεύμα συλλέκτη) και ο οριζόντιος άξονας η τάση εισόδου (τάση συλλέκτη-εκπομπού). Το ρεύμα του συλλέκτη ποικίλλει ανάλογα με την ένταση του φωτός LED, επομένως εφαρμόστε την τάση σύμφωνα με το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Ωστόσο, μπορεί να πιστεύετε ότι το ρεύμα εξόδου που υπολογίζεται εδώ είναι εκπληκτικά μικρό. Αυτή είναι η τρέχουσα τιμή που εξακολουθεί να μπορεί να εξαχθεί αξιόπιστα αφού ληφθεί υπόψη η φθορά του LED με την πάροδο του χρόνου, επομένως είναι μικρότερη από τη μέγιστη βαθμολογία.
Αντίθετα, υπάρχουν περιπτώσεις που το ρεύμα εξόδου δεν είναι μεγάλο. Επομένως, όταν επιλέγετε τον οπτικό συζευκτήρα, φροντίστε να ελέγξετε προσεκτικά το «ρεύμα εξόδου» και να επιλέξετε το προϊόν που ταιριάζει με αυτό.
③ Μέγιστο ρεύμα
Το μέγιστο ρεύμα αγωγιμότητας είναι η μέγιστη τιμή ρεύματος που μπορεί να αντέξει ο οπτικός συζευκτήρας κατά τη διάρκεια της αγωγής. Και πάλι, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι γνωρίζουμε πόση έξοδο χρειάζεται το έργο και ποια είναι η τάση εισόδου πριν αγοράσουμε. Βεβαιωθείτε ότι η μέγιστη τιμή και το ρεύμα που χρησιμοποιείται δεν είναι όρια, αλλά ότι υπάρχει κάποιο περιθώριο.
④ Ρυθμίστε σωστά τον φωτοζεύκτη
Έχοντας επιλέξει τον σωστό οπτικό συζευκτήρα, ας τον χρησιμοποιήσουμε σε ένα πραγματικό έργο. Η ίδια η εγκατάσταση είναι εύκολη, απλώς συνδέστε τους ακροδέκτες που είναι συνδεδεμένοι σε κάθε πλευρικό κύκλωμα εισόδου και πλευρικό κύκλωμα εξόδου. Ωστόσο, πρέπει να προσέχετε να μην προσανατολίζετε εσφαλμένα την πλευρά εισόδου και την πλευρά εξόδου. Επομένως, πρέπει επίσης να ελέγξετε τα σύμβολα στον πίνακα δεδομένων, ώστε να μην διαπιστώσετε ότι το πόδι του φωτοηλεκτρικού συζεύκτη είναι λάθος μετά τη σχεδίαση της πλακέτας PCB.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-29-2023