Kio estas fotokuplilo, kiel elekti kaj uzi fotokuplilon?

Optokupliloj, kiuj konektas cirkvitojn uzante optikajn signalojn kiel medion, estas elemento aktiva en areoj kie alta precizeco estas nemalhavebla, kiel ekzemple akustiko, medicino kaj industrio, pro sia alta versatileco kaj fidindeco, kiel ekzemple daŭripovo kaj izolado.

Sed kiam kaj sub kiaj cirkonstancoj funkcias la optokuplilo, kaj kia estas la principo malantaŭ ĝi? Aŭ kiam vi efektive uzas la fotokuplilon en via propra elektronika laboro, vi eble ne scias kiel elekti kaj uzi ĝin. Ĉar optokuplilo ofte konfuziĝas kun "fototransistoro" kaj "fotodiodo". Tial, kio estas fotokuplilo estos prezentita en ĉi tiu artikolo.
Kio estas fotokuplilo?

La optokuplilo estas elektronika komponanto kies etimologio estas optika.

kuplilo, kiu signifas "kuplado kun lumo". Iafoje ankaŭ konata kiel optokuplilo, optika izolilo, optika izolado, ktp. Ĝi konsistas el lumelsendanta elemento kaj lumricevanta elemento, kaj konektas la enigan flankan cirkviton kaj la eligan flankan cirkviton per optika signalo. Ne ekzistas elektra konekto inter ĉi tiuj cirkvitoj, alivorte, en stato de izolado. Tial, la cirkvitkonekto inter la enigo kaj eligo estas aparta kaj nur la signalo estas transdonita. Sekure konektu cirkvitojn kun signife malsamaj enigaj kaj eligaj tensiaj niveloj, kun alta tensia izolado inter enigo kaj eligo.

Krome, per elsendo aŭ blokado de tiu ĉi lumsignalo, ĝi agas kiel ŝaltilo. La detala principo kaj mekanismo estos klarigitaj poste, sed la lumelsendanta elemento de la fotokuplilo estas LED (lumelsendanta diodo).

De la 1960-aj jaroj ĝis la 1970-aj jaroj, kiam LED-oj estis inventitaj kaj iliaj teknologiaj progresoj estis signifaj,optoelektronikofariĝis ekprospero. Tiutempe, diversajoptikaj aparatojestis inventitaj, kaj la fotoelektra kuplilo estis unu el ili. Poste, optoelektroniko rapide penetris niajn vivojn.

① Principo/mekanismo

La principo de la optokuplilo estas, ke la lumelsendanta elemento konvertas la enigan elektran signalon en lumon, kaj la lumricevanta elemento transsendas la revenan elektran signalon al la elira cirkvito. La lumelsendanta elemento kaj la lumricevanta elemento troviĝas interne de la ekstera lumbloko, kaj ambaŭ estas kontraŭaj unu al la alia por transdoni lumon.

La duonkonduktaĵo uzata en lum-elsendantaj elementoj estas la LED (lum-elsendanta diodo). Aliflanke, ekzistas multaj specoj de duonkonduktaĵoj uzataj en lum-ricevaj aparatoj, depende de la uzmedio, ekstera grandeco, prezo, ktp., sed ĝenerale, la plej ofte uzata estas la fototransistoro.

Kiam ili ne funkcias, fototransistoroj portas malmulte da la kurento, kiun portas ordinaraj duonkonduktaĵoj. Kiam lumo eniras la surfacon, la fototransistoro generas fotoelektromovan forton sur la surfaco de la P-tipa duonkonduktaĵo kaj N-tipa duonkonduktaĵo. La truoj en la N-tipa duonkonduktaĵo fluas en la p-regionon, la libera elektrona duonkonduktaĵo en la p-regiono fluas en la n-regionon, kaj la kurento fluos.

Fototransistoroj ne estas tiel respondemaj kiel fotodiodoj, sed ili ankaŭ havas la efikon amplifi la eligan signalon ĝis centoj ĝis 1000-oble la enira signalo (pro la interna elektra kampo). Tial, ili estas sufiĉe sentemaj por kapti eĉ malfortajn signalojn, kio estas avantaĝo.

Fakte, la "lumblokilo", kiun ni vidas, estas elektronika aparato kun la sama principo kaj mekanismo.

Tamen, lumŝaltiloj kutime uziĝas kiel sensiloj kaj plenumas sian rolon pasante lum-blokantan objekton inter la lum-elsendanta elemento kaj la lum-ricevanta elemento. Ekzemple, ili povas esti uzataj por detekti monerojn kaj bankbiletojn en vendmaŝinoj kaj bankomatoj.

② Trajtoj

Ĉar la optokuplilo transsendas signalojn per lumo, la izolado inter la enira flanko kaj la elira flanko estas grava trajto. Alta izolado ne estas facile influata de bruo, sed ankaŭ malhelpas hazardan kurentfluon inter apudaj cirkvitoj, kio estas ekstreme efika rilate al sekureco. Kaj la strukturo mem estas relative simpla kaj racia.

Pro ĝia longa historio, la riĉa produkta gamo de diversaj fabrikantoj estas ankaŭ unika avantaĝo de optokupliloj. Ĉar ne ekzistas fizika kontakto, la eluziĝo inter la partoj estas malgranda, kaj la vivdaŭro estas pli longa. Aliflanke, estas ankaŭ karakterizaĵoj, ke la lumefikeco facile fluktuas, ĉar la LED malrapide difektiĝas kun la paso de la tempo kaj temperaturŝanĝiĝoj.

Precipe kiam la interna komponanto de la travidebla plasto dum longa tempo fariĝas malklara, ĝi povas ne esti tre bona lumigo. Tamen, ĉiukaze, la vivo estas tro longa kompare kun la mekanika kontakto.

Fototransistoroj ĝenerale estas pli malrapidaj ol fotodiodoj, do ili ne estas uzataj por altrapidaj komunikadoj. Tamen, tio ne estas malavantaĝo, ĉar iuj komponantoj havas plifortigajn cirkvitojn ĉe la elira flanko por pliigi rapidon. Fakte, ne ĉiuj elektronikaj cirkvitoj bezonas pliigi rapidon.

③ Uzado

Fotoelektraj kuplilojestas ĉefe uzataj por ŝaltado. La cirkvito estos aktivigita per ŝaltado de la ŝaltilo, sed laŭ la supre menciitaj karakterizaĵoj, precipe izolado kaj longa vivdaŭro, ĝi bone taŭgas por scenaroj postulantaj altan fidindecon. Ekzemple, bruo estas la malamiko de medicina elektroniko kaj son-ekipaĵo/komunikada ekipaĵo.

Ĝi ankaŭ estas uzata en motoraj transmisiaj sistemoj. La kialo de la motoro estas, ke la rapido estas kontrolata de la invertilo dum ĝi estas movata, sed ĝi generas bruon pro la alta eligo. Ĉi tiu bruo ne nur kaŭzos paneon de la motoro mem, sed ankaŭ fluos tra la "tero" influante flankaparatojn. Aparte, ekipaĵoj kun longaj kabloj facile kaptas ĉi tiun altan eligan bruon, do se ĝi okazas en la fabriko, ĝi kaŭzos grandajn perdojn kaj foje kaŭzos gravajn akcidentojn. Uzante alt-izolitajn optokuplilojn por ŝaltado, la efiko sur aliajn cirkvitojn kaj aparatojn povas esti minimumigita.

Due, kiel elekti kaj uzi optokuplilojn

Kiel uzi la ĝustan optokuplilon por apliko en produkta dezajno? La jenaj mikroregilaj evoluigaj inĝenieroj klarigos kiel elekti kaj uzi optokuplilojn.

① Ĉiam malfermu kaj ĉiam fermu

Ekzistas du tipoj de fotokupliloj: tipo en kiu la ŝaltilo estas malŝaltita (malŝaltita) kiam neniu tensio estas aplikata, tipo en kiu la ŝaltilo estas ŝaltita (malŝaltita) kiam tensio estas aplikata, kaj tipo en kiu la ŝaltilo estas ŝaltita kiam ne estas tensio. Apliku kaj malŝaltu kiam tensio estas aplikata.

La unua nomiĝas normale malfermita, kaj la dua nomiĝas normale fermita. Kiel elekti, unue dependas de kia cirkvito vi bezonas.

② Kontrolu la eliran kurenton kaj aplikitan tension

Fotokupliloj havas la econ amplifiki la signalon, sed ne ĉiam trapasas tension kaj kurenton laŭvole. Kompreneble, ĝi estas taksita, sed tensio devas esti aplikita de la enira flanko laŭ la dezirata elira kurento.

Se ni rigardas la produktan datenfolion, ni povas vidi diagramon kie la vertikala akso estas la elira kurento (kolektora kurento) kaj la horizontala akso estas la enira tensio (kolektora-emitora tensio). La kolektora kurento varias laŭ la lumintenseco de la LED, do apliku la tension laŭ la dezirata elira kurento.

Tamen, vi eble pensos, ke la ĉi tie kalkulita elira kurento estas surprize malgranda. Ĉi tiu estas la kurentvaloro, kiu ankoraŭ povas esti fidinde eligata post konsidero de la difektiĝo de la LED laŭlonge de la tempo, do ĝi estas malpli ol la maksimuma takso.

Male, ekzistas kazoj kie la elira kurento ne estas granda. Tial, elektante la optokuplilon, certiĝu zorge kontroli la "eliran kurenton" kaj elekti la produkton, kiu kongruas kun ĝi.

③ Maksimuma kurento

La maksimuma kondukta kurento estas la maksimuma kurentvaloro, kiun la optokuplilo povas elteni dum konduktado. Denove, ni devas certigi, ke ni scias kiom da eligo la projekto bezonas kaj kia estas la eniga tensio antaŭ ol ni aĉetas. Certigu, ke la maksimuma valoro kaj la uzata kurento ne estas limoj, sed ke ekzistas ia marĝeno.

④ Agordu la fotokuplilon ĝuste

Elektinte la ĝustan optokuplilon, ni uzu ĝin en reala projekto. La instalado mem estas facila, nur konektu la terminalojn konektitajn al ĉiu enira flanko kaj elira flanko. Tamen, oni devas zorgi ne misorienti la eniran flankon kaj la eliran flankon. Tial, vi devas ankaŭ kontroli la simbolojn en la datumbazo, por ke vi ne trovu, ke la piedo de la fotoelektra kuplilo estas malĝusta post desegnado de la PCB-plato.