Ang mga optocoupler, na nagkokonekta ng mga circuit gamit ang mga optical signal bilang medium, ay isang elementong aktibo sa mga lugar kung saan ang mataas na katumpakan ay lubhang kailangan, tulad ng acoustics, medisina at industriya, dahil sa kanilang mataas na versatility at reliability, tulad ng tibay at insulation.
Ngunit kailan at sa ilalim ng anong mga sitwasyon gumagana ang optocoupler, at ano ang prinsipyo sa likod nito? O kapag aktwal mong ginagamit ang photocoupler sa iyong sariling gawaing elektroniko, maaaring hindi mo alam kung paano ito pipiliin at gagamitin. Dahil ang optocoupler ay madalas na nalilito sa "phototransistor" at "photodiode". Samakatuwid, kung ano ang isang photocoupler ay ipakikilala sa artikulong ito.
Ano ang isang photocoupler?
Ang optocoupler ay isang elektronikong bahagi na ang etimolohiya ay optikal
Ang coupler, na nangangahulugang "pagkabit sa liwanag." Minsan kilala rin bilang optocoupler, optical isolator, optical insulation, atbp. Binubuo ito ng light emitting element at light receiving element, at nagkokonekta sa input side circuit at output side circuit sa pamamagitan ng optical signal. Walang koneksyong elektrikal sa pagitan ng mga circuit na ito, sa madaling salita, sa isang estado ng insulasyon. Samakatuwid, ang koneksyon ng circuit sa pagitan ng input at output ay hiwalay at tanging ang signal lamang ang ipinapadala. Ligtas na ikonekta ang mga circuit na may makabuluhang magkakaibang antas ng boltahe ng input at output, na may mataas na boltahe na insulasyon sa pagitan ng input at output.
Bukod pa rito, sa pamamagitan ng pagpapadala o pagharang sa signal ng liwanag na ito, ito ay gumaganap bilang isang switch. Ang detalyadong prinsipyo at mekanismo ay ipapaliwanag mamaya, ngunit ang elementong naglalabas ng liwanag ng photocoupler ay isang LED (light emitting diode).
Mula dekada 1960 hanggang dekada 1970, nang naimbento ang mga LED at naging makabuluhan ang kanilang mga pagsulong sa teknolohiya,optoelektronikanaging isang malaking pag-unlad. Noong panahong iyon, iba't ibangmga aparatong optikalay naimbento, at ang photoelectric coupler ay isa na rito. Kasunod nito, mabilis na nakapasok ang optoelectronics sa ating buhay.
① Prinsipyo/mekanismo
Ang prinsipyo ng optocoupler ay ang elementong naglalabas ng liwanag ay nagko-convert ng input electrical signal tungo sa liwanag, at ang elementong tumatanggap ng liwanag ay nagpapadala ng light back electrical signal papunta sa output side circuit. Ang elementong naglalabas ng liwanag at ang elementong tumatanggap ng liwanag ay nasa loob ng panlabas na bloke ng liwanag, at ang dalawa ay magkatapat upang magpadala ng liwanag.
Ang semiconductor na ginagamit sa mga elementong naglalabas ng liwanag ay ang LED (light-emitting diode). Sa kabilang banda, maraming uri ng semiconductor ang ginagamit sa mga aparatong tumatanggap ng liwanag, depende sa kapaligiran ng paggamit, panlabas na laki, presyo, atbp., ngunit sa pangkalahatan, ang pinakakaraniwang ginagamit ay ang phototransistor.
Kapag hindi gumagana, kakaunti lang ang dinadala ng mga phototransistor na kuryente gaya ng sa mga ordinaryong semiconductor. Kapag may liwanag na dumarating doon, ang phototransistor ay lumilikha ng photoelectromotive force sa ibabaw ng P-type semiconductor at N-type semiconductor, ang mga butas sa N-type semiconductor ay dumadaloy papunta sa rehiyong p, ang free electron semiconductor sa rehiyong p ay dumadaloy papunta sa rehiyong n, at ang kuryente ay dadaloy.
Ang mga phototransistor ay hindi kasing-responsive ng mga photodiode, ngunit mayroon din silang epekto ng pagpapalakas ng output sa daan-daan hanggang 1,000 beses ng input signal (dahil sa internal electric field). Samakatuwid, sapat ang kanilang sensitibo upang makuha kahit ang mahihinang signal, na isang kalamangan.
Sa katunayan, ang "light blocker" na nakikita natin ay isang elektronikong aparato na may parehong prinsipyo at mekanismo.
Gayunpaman, ang mga light interrupter ay karaniwang ginagamit bilang mga sensor at ginagampanan ang kanilang tungkulin sa pamamagitan ng pagpasa ng isang bagay na humaharang sa liwanag sa pagitan ng elementong naglalabas ng liwanag at elementong tumatanggap ng liwanag. Halimbawa, maaari itong gamitin upang matukoy ang mga barya at perang papel sa mga vending machine at ATM.
② Mga Tampok
Dahil ang optocoupler ay nagpapadala ng mga signal sa pamamagitan ng liwanag, ang insulasyon sa pagitan ng input side at output side ay isang pangunahing katangian. Ang mataas na insulasyon ay hindi madaling maapektuhan ng ingay, ngunit pinipigilan din nito ang aksidenteng daloy ng kuryente sa pagitan ng mga katabing circuit, na lubos na epektibo sa mga tuntunin ng kaligtasan. At ang istraktura mismo ay medyo simple at makatwiran.
Dahil sa mahabang kasaysayan nito, ang mayamang hanay ng produkto ng iba't ibang tagagawa ay isa ring natatanging bentahe ng mga optocoupler. Dahil walang pisikal na kontak, maliit ang pagkasira sa pagitan ng mga bahagi, at mas mahaba ang buhay. Sa kabilang banda, mayroon ding mga katangian na ang kahusayan ng liwanag ay madaling magbago, dahil ang LED ay unti-unting nasisira sa paglipas ng panahon at pagbabago ng temperatura.
Lalo na kapag ang panloob na bahagi ng transparent na plastik ay matagal na nananatiling malabo, hindi ito maaaring magbigay ng magandang liwanag. Gayunpaman, sa anumang kaso, ang buhay nito ay masyadong mahaba kumpara sa mekanikal na kontak.
Ang mga phototransistor sa pangkalahatan ay mas mabagal kaysa sa mga photodiode, kaya hindi ito ginagamit para sa mga high-speed na komunikasyon. Gayunpaman, hindi ito isang disbentaha, dahil ang ilang mga bahagi ay may mga amplification circuit sa output side upang mapataas ang bilis. Sa katunayan, hindi lahat ng electronic circuit ay kailangang dagdagan ang bilis.
③ Paggamit
Mga photoelectric coupleray pangunahing ginagamit para sa operasyon ng switching. Ang circuit ay bibigyan ng enerhiya sa pamamagitan ng pag-on sa switch, ngunit mula sa pananaw ng mga katangiang nabanggit, lalo na ang insulasyon at mahabang buhay, ito ay angkop na angkop sa mga sitwasyong nangangailangan ng mataas na pagiging maaasahan. Halimbawa, ang ingay ay kaaway ng mga medikal na elektroniko at kagamitan sa audio/kagamitan sa komunikasyon.
Ginagamit din ito sa mga sistema ng motor drive. Ang dahilan ng paggamit ng motor ay dahil ang bilis ay kinokontrol ng inverter kapag ito ay pinapaandar, ngunit lumilikha ito ng ingay dahil sa mataas na output. Ang ingay na ito ay hindi lamang magiging sanhi ng pagkasira ng motor mismo, kundi pati na rin ang daloy sa "ground" na nakakaapekto sa mga peripheral. Sa partikular, ang mga kagamitang may mahahabang kable ay madaling makarinig ng mataas na output noise na ito, kaya kung mangyari ito sa pabrika, magdudulot ito ng malalaking pagkalugi at kung minsan ay magdudulot ng malubhang aksidente. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga highly insulated optocoupler para sa switching, maaaring mabawasan ang epekto sa iba pang mga circuit at device.
Pangalawa, kung paano pumili at gumamit ng mga optocoupler
Paano gamitin ang tamang optocoupler para sa aplikasyon sa disenyo ng produkto? Ang mga sumusunod na inhinyero sa pagbuo ng microcontroller ay magpapaliwanag kung paano pumili at gumamit ng mga optocoupler.
① Palaging bukas at laging sarado
May dalawang uri ng photocoupler: isang uri kung saan ang switch ay pinapatay (off) kapag walang boltaheng inilalapat, isang uri kung saan ang switch ay naka-on (off) kapag may boltaheng inilalapat, at isang uri kung saan ang switch ay naka-on kapag walang boltahe. Mag-apply at mamamatay kapag may boltaheng inilalapat.
Ang una ay tinatawag na normally open, at ang huli ay tinatawag na normally closed. Ang pagpili ay depende muna sa kung anong uri ng circuit ang kailangan mo.
② Suriin ang output current at ang inilapat na boltahe
Ang mga photocoupler ay may kakayahang palakasin ang signal, ngunit hindi palaging dumadaan sa boltahe at kuryente kung nais. Siyempre, ito ay may rating, ngunit ang boltahe ay kailangang ilapat mula sa input side ayon sa nais na output current.
Kung titingnan natin ang product data sheet, makikita natin ang isang tsart kung saan ang vertical axis ay ang output current (collector current) at ang horizontal axis ay ang input voltage (collector-emitter voltage). Ang collector current ay nag-iiba ayon sa intensity ng ilaw ng LED, kaya ilapat ang boltahe ayon sa nais na output current.
Gayunpaman, maaaring isipin mo na ang output current na kinalkula rito ay nakakagulat na maliit. Ito ang halaga ng kasalukuyang maaari pa ring maaasahang mailabas pagkatapos isaalang-alang ang pagkasira ng LED sa paglipas ng panahon, kaya mas mababa ito sa pinakamataas na rating.
Sa kabaligtaran, may mga pagkakataon kung saan hindi malaki ang output current. Samakatuwid, kapag pumipili ng optocoupler, siguraduhing maingat na suriin ang "output current" at piliin ang produktong tumutugma dito.
③ Pinakamataas na kasalukuyang
Ang pinakamataas na conduction current ay ang pinakamataas na halaga ng current na kayang tiisin ng optocoupler kapag nagko-conduct. Muli, kailangan nating siguraduhing alam natin kung gaano karaming output ang kailangan ng proyekto at kung ano ang input voltage bago tayo bumili. Siguraduhin na ang pinakamataas na halaga at ang current na ginamit ay hindi mga limitasyon, ngunit mayroong ilang margin.
④ Itakda nang tama ang photocoupler
Matapos mapili ang tamang optocoupler, gamitin natin ito sa isang totoong proyekto. Madali lang ang pag-install mismo, ikonekta lang ang mga terminal na konektado sa bawat input side circuit at output side circuit. Gayunpaman, dapat mag-ingat na huwag magkamali sa pag-orient ng input side at output side. Samakatuwid, dapat mo ring suriin ang mga simbolo sa data table, upang hindi mo makitang mali ang photoelectric coupler foot pagkatapos iguhit ang PCB board.
Oras ng pag-post: Hulyo 29, 2023