Оптопары, соединяющие цепи с использованием оптических сигналов в качестве среды, являются элементом, который активно используется в областях, где высокая точность является незаменимой, например, в акустике, медицине и промышленности, благодаря своей высокой универсальности и надежности, а также долговечности и изоляции.
Но когда и при каких обстоятельствах работает оптопара, и какой принцип лежит в ее основе? Или когда вы фактически используете оптопару в своей собственной работе с электроникой, вы можете не знать, как ее выбрать и использовать. Потому что оптопару часто путают с «фототранзистором» и «фотодиодом». Поэтому в этой статье будет представлено, что такое оптопара.
Что такое оптопара?
Оптопара — это электронный компонент, этимология которого — оптическая.
Соединитель, что означает «соединение со светом». Иногда также называется оптопарой, оптическим изолятором, оптической изоляцией и т. д. Он состоит из светоизлучающего элемента и светоприемного элемента и соединяет входную и выходную цепи посредством оптического сигнала. Между этими цепями нет электрического соединения, другими словами, они находятся в состоянии изоляции. Поэтому соединение цепей между входом и выходом является отдельным, и передается только сигнал. Надежно соединяет цепи с существенно разными уровнями входного и выходного напряжения с высоковольтной изоляцией между входом и выходом.
Кроме того, передавая или блокируя этот световой сигнал, он действует как переключатель. Подробный принцип и механизм будут объяснены позже, но светоизлучающим элементом оптопары является светодиод (LED).
С 1960-х по 1970-е годы, когда были изобретены светодиоды и их технологический прогресс был значительным,оптоэлектроникастал бумом. В то время различныеоптические устройствабыли изобретены, и фотоэлектрический элемент был одним из них. Впоследствии оптоэлектроника быстро проникла в нашу жизнь.
① Принцип/механизм
Принцип работы оптопары заключается в том, что светоизлучающий элемент преобразует входной электрический сигнал в свет, а светоприемный элемент передает свет обратно в выходную сторону схемы. Светоизлучающий элемент и светоприемный элемент находятся внутри блока внешнего света, и они расположены друг напротив друга для передачи света.
Полупроводник, используемый в светоизлучающих элементах, — это светодиод (LED). С другой стороны, существует много видов полупроводников, используемых в светоприемных устройствах, в зависимости от среды использования, внешнего размера, цены и т. д., но в целом наиболее часто используемым является фототранзистор.
В нерабочем состоянии фототранзисторы проводят мало тока, чем обычные полупроводники. Когда свет падает на них, фототранзистор генерирует фотоэлектродвижущую силу на поверхности полупроводника P-типа и полупроводника N-типа, дырки в полупроводнике N-типа перетекают в p-область, свободный электрон полупроводника в p-области перетекает в n-область, и ток будет течь.
Фототранзисторы не столь чувствительны, как фотодиоды, но они также усиливают выходной сигнал в сотни-тысячи раз по сравнению с входным сигналом (благодаря внутреннему электрическому полю). Поэтому они достаточно чувствительны, чтобы улавливать даже слабые сигналы, что является преимуществом.
На самом деле, «световой блокиратор», который мы видим, представляет собой электронное устройство с тем же принципом и механизмом.
Однако обычно в качестве датчиков используются световые прерыватели, которые выполняют свою роль, пропуская между светоизлучающим и светопринимающим элементами светоблокирующий объект. Например, его можно использовать для обнаружения монет и банкнот в торговых автоматах и банкоматах.
② Особенности
Поскольку оптопара передает сигналы посредством света, изоляция между входной и выходной сторонами является важной особенностью. Высокая изоляция не подвержена влиянию шума, но также предотвращает случайный ток между соседними цепями, что чрезвычайно эффективно с точки зрения безопасности. И сама структура относительно проста и разумна.
Благодаря своей долгой истории, богатый ассортимент продукции различных производителей также является уникальным преимуществом оптопар. Поскольку нет физического контакта, износ между деталями невелик, а срок службы больше. С другой стороны, есть также характеристики, что световая эффективность легко колеблется, потому что светодиод будет медленно ухудшаться с течением времени и изменением температуры.
Особенно когда внутренний компонент прозрачного пластика в течение длительного времени становится мутным, он не может быть очень хорошим светом. Однако, в любом случае, срок службы слишком велик по сравнению с контактным контактом механического контакта.
Фототранзисторы, как правило, медленнее фотодиодов, поэтому они не используются для высокоскоростной связи. Однако это не является недостатком, поскольку некоторые компоненты имеют схемы усиления на выходной стороне для увеличения скорости. На самом деле, не всем электронным схемам нужно увеличивать скорость.
③ Использование
Фотоэлектрические муфтыв основном используются для коммутационных операций. Цепь будет запитана при включении переключателя, но с точки зрения вышеуказанных характеристик, особенно изоляции и длительного срока службы, она хорошо подходит для сценариев, требующих высокой надежности. Например, шум является врагом медицинской электроники и аудиооборудования/коммуникационного оборудования.
Он также используется в системах привода двигателя. Причина в том, что скорость контролируется инвертором, когда он приводится в действие, но он генерирует шум из-за высокой выходной мощности. Этот шум не только приведет к отказу самого двигателя, но и будет протекать через «землю», влияя на периферийные устройства. В частности, оборудование с длинной проводкой легко улавливает этот высокий выходной шум, поэтому, если это произойдет на заводе, это приведет к большим потерям и иногда станет причиной серьезных аварий. Используя высокоизолированные оптопары для переключения, можно свести к минимуму воздействие на другие цепи и устройства.
Во-вторых, как выбирать и использовать оптопары
Как использовать правильный оптрон для применения в разработке продукта? Следующие инженеры-разработчики микроконтроллеров объяснят, как выбирать и использовать оптроны.
① Всегда открыто и всегда закрыто
Существует два типа оптопары: тип, в котором переключатель выключен (выключен) при отсутствии напряжения, тип, в котором переключатель включен (выключен) при подаче напряжения, и тип, в котором переключатель включен при отсутствии напряжения. Подать и выключить при подаче напряжения.
Первый называется нормально открытым, а второй называется нормально закрытым. Как выбрать, во-первых, зависит от того, какая схема вам нужна.
② Проверьте выходной ток и приложенное напряжение.
Оптопары обладают свойством усиливать сигнал, но не всегда пропускают напряжение и ток по желанию. Конечно, это номинал, но напряжение должно быть приложено со стороны входа в соответствии с желаемым выходным током.
Если мы посмотрим на паспорт продукта, то увидим диаграмму, где вертикальная ось — выходной ток (ток коллектора), а горизонтальная ось — входное напряжение (напряжение коллектор-эмиттер). Ток коллектора изменяется в зависимости от интенсивности света светодиода, поэтому подавайте напряжение в соответствии с желаемым выходным током.
Однако вы можете подумать, что рассчитанный здесь выходной ток на удивление мал. Это значение тока, которое все еще может быть надежно выведено после учета ухудшения характеристик светодиода с течением времени, поэтому оно меньше максимального номинала.
Напротив, бывают случаи, когда выходной ток невелик. Поэтому при выборе оптопары обязательно внимательно проверьте «выходной ток» и выберите изделие, которое ему соответствует.
③ Максимальный ток
Максимальный ток проводимости — это максимальное значение тока, которое оптопара может выдержать при проводимости. Опять же, нам нужно убедиться, что мы знаем, какой выход необходим проекту и каково входное напряжение, прежде чем покупать. Убедитесь, что максимальное значение и используемый ток не являются пределами, но что есть некоторый запас.
④ Правильно установите оптопару
Выбрав правильный оптрон, давайте используем его в реальном проекте. Сама установка проста, просто подключите клеммы, подключенные к каждой входной и выходной схеме. Однако следует соблюдать осторожность, чтобы не перепутать входную и выходную стороны. Поэтому вы также должны проверить символы в таблице данных, чтобы вы не обнаружили, что ножка фотоэлектрического соединителя неправильная после рисования печатной платы.
Время публикации: 29 июля 2023 г.