Optočleny, které propojují obvody využívající jako médium optické signály, jsou prvkem aktivním v oblastech, kde je nepostradatelná vysoká přesnost, jako je akustika, lékařství a průmysl, díky své vysoké všestrannosti a spolehlivosti, jako je odolnost a izolace.
Kdy a za jakých okolností ale optočlen funguje a jaký je jeho princip? Nebo když skutečně používáte fotočlen ve své vlastní elektronice, možná nebudete vědět, jak jej vybrat a používat. Protože optočlen je často zaměňován s „fototranzistorem“ a „fotodiodou“. Proto, co je fotočlen, bude představeno v tomto článku.
Co je to fotočlen?
Optočlen je elektronická součástka, jejíž etymologie je optická
spojka, což znamená „spojení se světlem“. Někdy také známý jako optočlen, optický izolátor, optická izolace atd. Skládá se z prvku emitujícího světlo a prvku pro příjem světla a propojuje obvod na vstupní a výstupní straně pomocí optického signálu. Mezi těmito obvody není žádné elektrické spojení, jinými slovy, ve stavu izolace. Proto je obvodové propojení mezi vstupem a výstupem oddělené a je přenášen pouze signál. Bezpečně propojte obvody s výrazně odlišnými vstupními a výstupními úrovněmi napětí, s vysokonapěťovou izolací mezi vstupem a výstupem.
Navíc tím, že vysílá nebo blokuje tento světelný signál, funguje jako spínač. Podrobný princip a mechanismus budou vysvětleny později, ale světlo emitujícím prvkem fotočlenu je LED (light emitting diode).
Od 60. do 70. let 20. století, kdy byly vynalezeny LED diody a jejich technologický pokrok byl významný,optoelektronikase stal boom. V té době různéoptická zařízeníbyly vynalezeny a fotoelektrický vazební člen byl jedním z nich. Následně do našich životů rychle pronikla optoelektronika.
① Princip/mechanismus
Princip optočlenu spočívá v tom, že prvek vyzařující světlo převádí vstupní elektrický signál na světlo a prvek přijímající světlo přenáší elektrický signál zpět do obvodu na výstupní straně. Prvek vyzařující světlo a prvek přijímající světlo jsou na vnitřní straně bloku vnějšího světla a oba jsou proti sobě, aby propouštěly světlo.
Polovodič používaný v prvcích vyzařujících světlo je LED (light-emitting diode). Na druhé straně existuje mnoho druhů polovodičů používaných v zařízeních pro příjem světla, v závislosti na prostředí použití, vnější velikosti, ceně atd., ale obecně se nejčastěji používá fototranzistor.
Když fototranzistory nepracují, přenášejí jen málo proudu, než běžné polovodiče. Když tam světlo dopadá, fototranzistor generuje fotoelektromotorickou sílu na povrchu polovodiče typu P a polovodiče typu N, otvory v polovodiči typu N proudí do oblasti p, volný elektronový polovodič v oblasti p proudí. do oblasti n a proud poteče.
Fototranzistory nejsou tak citlivé jako fotodiody, ale také mají za následek zesílení výstupu na stovky až 1000násobek vstupního signálu (v důsledku vnitřního elektrického pole). Proto jsou dostatečně citlivé, aby zachytily i slabé signály, což je výhoda.
Ve skutečnosti je „blokátor světla“, který vidíme, elektronické zařízení se stejným principem a mechanismem.
Přerušovače světla se však obvykle používají jako senzory a plní svou roli tak, že procházejí objektem blokujícím světlo mezi prvkem vyzařujícím světlo a prvkem přijímajícím světlo. Lze jej použít například k detekci mincí a bankovek v prodejních automatech a bankomatech.
② Funkce
Protože optočlen přenáší signály prostřednictvím světla, je izolace mezi vstupní a výstupní stranou hlavním znakem. Vysoká izolace není snadno ovlivněna hlukem, ale také zabraňuje náhodnému toku proudu mezi sousedními obvody, což je z hlediska bezpečnosti mimořádně účinné. A samotná struktura je poměrně jednoduchá a rozumná.
Jedinečnou výhodou optočlenů je vzhledem ke své dlouhé historii také bohatá produktová řada různých výrobců. Protože nedochází k žádnému fyzickému kontaktu, opotřebení mezi součástmi je malé a životnost je delší. Na druhou stranu je zde také charakteristika, že světelná účinnost se dá snadno kolísat, protože LED se bude s postupem času a teplotními změnami pomalu zhoršovat.
Zvláště když se vnitřní součást průhledného plastu po dlouhou dobu zakalí, nemůže být příliš dobré světlo. V každém případě je však životnost ve srovnání s kontaktním kontaktem mechanického kontaktu příliš dlouhá.
Fototranzistory jsou obecně pomalejší než fotodiody, takže se nepoužívají pro vysokorychlostní komunikaci. To však není nevýhoda, protože některé součástky mají na výstupní straně zesilovací obvody pro zvýšení rychlosti. Ve skutečnosti ne všechny elektronické obvody potřebují zvýšit rychlost.
③ Použití
Fotoelektrické spojkyse používají hlavně pro spínací provoz. Obvod bude napájen zapnutím vypínače, ale z hlediska výše uvedených charakteristik, zejména izolace a dlouhé životnosti, se dobře hodí pro scénáře vyžadující vysokou spolehlivost. Například hluk je nepřítelem lékařské elektroniky a audio zařízení/komunikačních zařízení.
Používá se také v motorových pohonných systémech. Důvodem motoru je to, že rychlost je řízena měničem, když je poháněn, ale kvůli vysokému výkonu generuje hluk. Tento hluk způsobí nejen selhání samotného motoru, ale také proudění přes „zem“ ovlivňující periferie. Zejména zařízení s dlouhou kabeláží snadno zachytí tento vysoký výstupní hluk, takže pokud se to stane v továrně, způsobí velké ztráty a někdy způsobí vážné nehody. Použitím vysoce izolovaných optočlenů pro spínání lze minimalizovat dopad na ostatní obvody a zařízení.
Za druhé, jak vybrat a používat optočleny
Jak použít správný optočlen pro aplikaci v produktovém designu? Následující inženýři vývoje mikrokontrolérů vysvětlí, jak vybrat a používat optočleny.
① Vždy otevřete a vždy zavřete
Existují dva typy fotočlenů: typ, u kterého se spínač vypne (vypne), když není připojeno žádné napětí, typ, u kterého se spínač zapne (vypne), když je přivedeno napětí, a typ, u kterého je spínač se zapne, když není žádné napětí. Přiložte a vypněte při připojení napětí.
První se nazývá normálně otevřený a druhý se nazývá normálně uzavřený. Jak si vybrat, nejprve závisí na tom, jaký druh obvodu potřebujete.
② Zkontrolujte výstupní proud a použité napětí
Fotočleny mají vlastnost zesilovat signál, ale ne vždy procházejí napětím a proudem podle libosti. Samozřejmě je dimenzován, ale ze vstupní strany je potřeba přivést napětí podle požadovaného výstupního proudu.
Pokud se podíváme na produktový list, můžeme vidět graf, kde svislá osa je výstupní proud (proud kolektoru) a vodorovná osa je vstupní napětí (napětí kolektor-emitor). Kolektorový proud se mění v závislosti na intenzitě světla LED, proto aplikujte napětí podle požadovaného výstupního proudu.
Můžete si však myslet, že výstupní proud vypočítaný zde je překvapivě malý. Toto je aktuální hodnota, která může být stále spolehlivě vydávána po zohlednění zhoršování stavu LED v průběhu času, takže je nižší než maximální hodnocení.
Naopak jsou případy, kdy výstupní proud není velký. Proto při výběru optočlenu pečlivě zkontrolujte „výstupní proud“ a vyberte produkt, který mu odpovídá.
③ Maximální proud
Maximální vodivý proud je maximální hodnota proudu, kterou optočlen vydrží při vedení. Opět se musíme před nákupem ujistit, že víme, jaký výkon projekt potřebuje a jaké je vstupní napětí. Ujistěte se, že maximální hodnota a použitý proud nejsou limity, ale že existuje určitá rezerva.
④ Nastavte fotočlen správně
Po výběru správného optočlenu jej použijme v reálném projektu. Samotná instalace je snadná, stačí připojit svorky připojené ke každému obvodu na vstupní a výstupní straně. Je však třeba dávat pozor, aby nedošlo ke špatné orientaci vstupní a výstupní strany. Proto musíte zkontrolovat i symboly v datové tabulce, abyste po nakreslení DPS nezjistili, že patka fotoelektrické spojky je špatně.
Čas odeslání: 29. července 2023