Οι οπτικοί ζεύκτες, οι οποίοι συνδέουν κυκλώματα χρησιμοποιώντας οπτικά σήματα ως μέσο, είναι ένα στοιχείο που δραστηριοποιείται 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 ανθεκτικότητα και η μόνωση.
Αλλά πότε και υπό ποιες συνθήκες λειτουργεί ο οπτικός ζεύκτης και ποια είναι η αρχή πίσω από αυτόν; Ή όταν χρησιμοποιείτε τον φωτοζεύκτη στις δικές σας ηλεκτρονικές εργασίες, μπορεί να μην γνωρίζετε πώς να τον επιλέξετε και να τον χρησιμοποιήσετε. Επειδή ο οπτικός ζεύκτης συχνά συγχέεται με το «φωτοτρανζίστορ» και τη «φωτοδίοδο». Επομένως, σε αυτό το άρθρο θα παρουσιαστεί τι είναι ένας φωτοζεύκτης.
Τι είναι ένας φωτοσυζεύκτης;
Ο οπτικός συζεύκτης είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα του οποίου η ετυμολογία είναι οπτική.
ζεύκτης, που σημαίνει «σύζευξη με φως». Μερικές φορές είναι επίσης γνωστός ως οπτοζεύκτης, οπτικός μονωτής, οπτική μόνωση, κ.λπ. Αποτελείται από στοιχείο εκπομπής φωτός και στοιχείο λήψης φωτός και συνδέει το κύκλωμα εισόδου και το κύκλωμα εξόδου μέσω οπτικού σήματος. Δεν υπάρχει ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ αυτών των κυκλωμάτων, με άλλα λόγια, σε κατάσταση μόνωσης. Επομένως, η σύνδεση κυκλώματος μεταξύ εισόδου και 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 μια LED (δίοδος εκπομπής φωτός).
Από τη δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 1970, όταν εφευρέθηκαν τα LED και οι τεχνολογικές τους πρόοδοι ήταν σημαντικές,οπτοηλεκτρονικήέγινε άνθηση. Εκείνη την εποχή, διάφοραοπτικές συσκευέςεφευρέθηκαν και ο φωτοηλεκτρικός ζεύκτης ήταν ένας από αυτούς. Στη συνέχεια, η οπτοηλεκτρονική διείσδυσε γρήγορα στη ζωή μας.
① Αρχή/μηχανισμός
Η αρχή λειτουργίας 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 φωτός πίσω στο κύκλωμα εξόδου. Το στοιχείο εκπομπής φωτός και το στοιχείο λήψης φωτός βρίσκονται στο εσωτερικό του μπλοκ εξωτερικού φωτός και τα δύο είναι απέναντι το ένα από το άλλο για να μεταδίδουν φως.
Ο ημιαγωγός που χρησιμοποιείται στα στοιχεία εκπομπής φωτός είναι η LED (δίοδος εκπομπής φωτός). 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, ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος είναι ο φωτοτρανζίστορ.
Όταν δεν λειτουργούν, τα φωτοτρανζίστορ μεταφέρουν λίγο από το ρεύμα που μεταφέρουν οι συνηθισμένοι ημιαγωγοί. Όταν το φως προσπίπτει εκεί, το φωτοτρανζίστορ παράγει μια φωτοηλεκτρεγερτική δύναμη στην επιφάνεια του ημιαγωγού τύπου P και του ημιαγωγού τύπου N, οι οπές στον ημιαγωγό τύπου N ρέουν στην περιοχή p, ο ημιαγωγός ελεύθερων ηλεκτρονίων στην περιοχή p ρέει στην περιοχή n και το ρεύμα θα ρέει.
Τα φωτοτρανζίστορ δεν είναι τόσο ευαίσθητα όσο οι φωτοδίοδοι, αλλά έχουν επίσης ως αποτέλεσμα την ενίσχυση της εξόδου από εκατοντάδες έως 1.000 φορές το σήμα εισόδου (λόγω του εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου). Επομένως, είναι αρκετά ευαίσθητα ώστε να λαμβάνουν ακόμη και ασθενή σήματα, κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα.
Στην πραγματικότητα, το «αποκλειστικό φωτός» που βλέπουμε είναι μια ηλεκτρονική συσκευή με την ίδια αρχή και μηχανισμό.
Ωστόσο, οι διακόπτες φωτός χρησιμοποιούνται συνήθως ως αισθητήρες και εκτελούν τον ρόλο τους περνώντας ένα αντικείμενο που εμποδίζει το φως μεταξύ του στοιχείου εκπομπής φωτός και του στοιχείου λήψης φωτός. Για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση κερμάτων και χαρτονομισμάτων σε αυτόματα μηχανήματα πώλησης και ΑΤΜ.
② Χαρακτηριστικά
Δεδομένου ότι ο οπτικός συζεύκτης μεταδίδει σήματα μέσω 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 αποτρέπει επίσης 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 τους, η πλούσια γκάμα προϊόντων διαφόρων κατασκευαστών αποτελεί επίσης ένα μοναδικό πλεονέκτημα των οπτικών ζεύξεων. 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 που δείχνουν ότι η φωτεινή απόδοση είναι εύκολο να διακυμανθεί, επειδή το LED θα επιδεινωθεί αργά με την πάροδο του χρόνου και τις αλλαγές θερμοκρασίας.
Ειδικά όταν το εσωτερικό εξάρτημα του διαφανούς πλαστικού θολώνει για μεγάλο χρονικό διάστημα, 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 φωτοδιόδους, επομένως δεν χρησιμοποιούνται για επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, αυτό δεν αποτελεί μειονέκτημα, καθώς ορισμένα εξαρτήματα διαθέτουν κυκλώματα ενίσχυσης στην πλευρά εξόδου για την 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 ενεργοποιηθεί με την ενεργοποίηση του διακόπτη, αλλά από την άποψη των παραπάνω χαρακτηριστικών, ιδίως 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 και του ηχητικού εξοπλισμού/εξοπλισμού επικοινωνίας.
Χρησιμοποιείται επίσης σε συστήματα κίνησης κινητήρα. Ο λόγος για τον κινητήρα είναι ότι η ταχύτητα ελέγχεται από τον μετατροπέα κατά την κίνησή του, αλλά παράγει θόρυβο λόγω της υψηλής εξόδου. Αυτός ο θόρυβος όχι μόνο θα προκαλέσει βλάβη στον ίδιο τον κινητήρα, αλλά θα ρέει και μέσω της «γείωσης» επηρεάζοντας τα περιφερειακά. Συγκεκριμένα, ο εξοπλισμός με μακριά καλωδίωση είναι εύκολο να ανιχνεύσει αυτόν τον θόρυβο υψηλής εξόδου, επομένως, εάν συμβεί στο εργοστάσιο, θα προκαλέσει μεγάλες απώλειες και μερικές φορές σοβαρά ατυχήματα. Χρησιμοποιώντας οπτικούς ζεύκτες με υψηλή μόνωση 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 συζεύκτη 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 φωτοσυζευκτών: ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης απενεργοποιείται (off) όταν δεν εφαρμόζεται τάση, ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης ενεργοποιείται (off) όταν εφαρμόζεται τάση και ένας τύπος στον οποίο ο διακόπτης ενεργοποιείται (on) όταν δεν υπάρχει τάση. Εφαρμόζουν και απενεργοποιούν όταν εφαρμόζεται τάση.
Το πρώτο ονομάζεται κανονικά ανοιχτό και το δεύτερο ονομάζεται κανονικά κλειστό. Το πώς να επιλέξετε, εξαρτάται πρώτα 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 τάση και ρεύμα κατά βούληση. Φυσικά, είναι ονομαστική, αλλά πρέπει να εφαρμοστεί τάση από την πλευρά εισόδου ανάλογα με το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Αν κοιτάξουμε το φύλλο δεδομένων του προϊόντος, μπορούμε να δούμε ένα διάγραμμα όπου ο κάθετος άξονας είναι το ρεύμα εξόδου (ρεύμα συλλέκτη) και ο οριζόντιος άξονας είναι η τάση εισόδου (τάση συλλέκτη-εκπομπού). Το ρεύμα συλλέκτη ποικίλλει ανάλογα με την ένταση του φωτός LED, επομένως εφαρμόστε την τάση σύμφωνα με το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Ωστόσο, ίσως να πιστεύετε ότι το ρεύμα εξόδου που υπολογίζεται εδώ είναι εκπληκτικά μικρό. Αυτή είναι η τιμή ρεύματος που μπορεί να εξαχθεί αξιόπιστα αφού ληφθεί υπόψη η φθορά του LED με την πάροδο του χρόνου, επομένως είναι μικρότερη από τη μέγιστη ονομαστική τιμή.
Αντιθέτως, υπάρχουν περιπτώσεις όπου το ρεύμα εξόδου δεν είναι μεγάλο. Επομένως, όταν επιλέγετε τον οπτικό συζεύκτη, φροντίστε να ελέγξετε προσεκτικά το «ρεύμα εξόδου» και να επιλέξετε το προϊόν που ταιριάζει.
③ Μέγιστο ρεύμα
Το μέγιστο ρεύμα αγωγιμότητας είναι η μέγιστη τιμή ρεύματος που μπορεί να αντέξει ο οπτικός συζεύκτης κατά την αγωγιμότητα. Και πάλι, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι γνωρίζουμε πόση έξοδο χρειάζεται το έργο και ποια είναι η τάση εισόδου πριν από την αγορά. Βεβαιωθείτε ότι η μέγιστη τιμή και το ρεύμα που χρησιμοποιείται δεν αποτελούν όρια, αλλά ότι υπάρχει κάποιο περιθώριο.
④ Τοποθετήστε σωστά τον φωτοζεύκτη
Έχοντας επιλέξει τον σωστό οπτικό συζεύκτη, ας τον χρησιμοποιήσουμε σε ένα πραγματικό έργο. Η ίδια η εγκατάσταση είναι εύκολη, απλώς συνδέστε τους ακροδέκτες που είναι συνδεδεμένοι σε κάθε κύκλωμα εισόδου και εξόδου. Ωστόσο, πρέπει να προσέξετε να μην υπάρχει λανθασμένος προσανατολισμός μεταξύ της εισόδου και της εξόδου. Επομένως, πρέπει επίσης να ελέγξετε τα σύμβολα στον πίνακα δεδομένων, ώστε να μην διαπιστώσετε ότι το πόδι του φωτοηλεκτρικού συζεύκτη είναι λάθος αφού σχεδιάσετε την πλακέτα PCB.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Ιουλίου 2023