Optocoupler, yang menyambungkan litar menggunakan isyarat optik sebagai medium, merupakan elemen aktif dalam bidang di mana ketepatan tinggi sangat diperlukan, seperti akustik, perubatan dan industri, disebabkan oleh fleksibiliti dan kebolehpercayaannya yang tinggi, seperti ketahanan dan penebat.
Tetapi bila dan dalam keadaan apakah optocoupler berfungsi, dan apakah prinsip di sebaliknya? Atau apabila anda benar-benar menggunakan fotocoupler dalam kerja elektronik anda sendiri, anda mungkin tidak tahu cara memilih dan menggunakannya. Kerana optocoupler sering dikelirukan dengan "fototransistor" dan "fotodiod". Oleh itu, apakah itu fotocoupler akan diperkenalkan dalam artikel ini.
Apakah itu pengganding foto?
Optocoupler ialah komponen elektronik yang etimologinya adalah optik
pengganding, yang bermaksud "gandingan dengan cahaya." Kadangkala juga dikenali sebagai optocoupler, pengasing optik, penebat optik, dan sebagainya. Ia terdiri daripada elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya, dan menghubungkan litar sisi input dan litar sisi output melalui isyarat optik. Tiada sambungan elektrik antara litar ini, dalam erti kata lain, dalam keadaan penebat. Oleh itu, sambungan litar antara input dan output adalah berasingan dan hanya isyarat yang dihantar. Sambungkan litar dengan selamat dengan tahap voltan input dan output yang berbeza dengan ketara, dengan penebat voltan tinggi antara input dan output.
Di samping itu, dengan menghantar atau menyekat isyarat cahaya ini, ia bertindak sebagai suis. Prinsip dan mekanisme terperinci akan dijelaskan kemudian, tetapi elemen pemancar cahaya bagi pengganding foto ialah LED (diod pemancar cahaya).
Dari tahun 1960-an hingga 1970-an, apabila lampu LED dicipta dan kemajuan teknologinya ketara,optoelektronikmenjadi satu ledakan besar. Pada masa itu, pelbagaiperanti optiktelah dicipta, dan pengganding fotoelektrik adalah salah satunya. Seterusnya, optoelektronik dengan pantas meresap ke dalam kehidupan kita.
① Prinsip/mekanisme
Prinsip optocoupler ialah elemen pemancar cahaya menukar isyarat elektrik input kepada cahaya, dan elemen penerima cahaya menghantar isyarat elektrik cahaya kembali ke litar sisi output. Elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya berada di bahagian dalam blok cahaya luaran, dan kedua-duanya bertentangan antara satu sama lain untuk menghantar cahaya.
Semikonduktor yang digunakan dalam elemen pemancar cahaya ialah LED (diod pemancar cahaya). Sebaliknya, terdapat banyak jenis semikonduktor yang digunakan dalam peranti penerima cahaya, bergantung pada persekitaran penggunaan, saiz luaran, harga, dan sebagainya, tetapi secara amnya, yang paling biasa digunakan ialah fototransistor.
Apabila tidak berfungsi, fototransistor membawa sedikit arus seperti semikonduktor biasa. Apabila cahaya sampai ke sana, fototransistor menghasilkan daya fotoelektromotif pada permukaan semikonduktor jenis-P dan semikonduktor jenis-N, lubang-lubang dalam semikonduktor jenis-N mengalir ke kawasan p, semikonduktor elektron bebas di kawasan p mengalir ke kawasan n, dan arus akan mengalir.
Fototransistor tidaklah seresponsif fotodiod, tetapi ia juga mempunyai kesan menguatkan output kepada ratusan hingga 1,000 kali ganda isyarat input (disebabkan oleh medan elektrik dalaman). Oleh itu, ia cukup sensitif untuk menangkap isyarat yang lemah, yang merupakan satu kelebihan.
Malah, "penyekat cahaya" yang kita lihat ialah peranti elektronik dengan prinsip dan mekanisme yang sama.
Walau bagaimanapun, pemisah cahaya biasanya digunakan sebagai sensor dan melaksanakan peranannya dengan menghantar objek penghalang cahaya antara elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya. Contohnya, ia boleh digunakan untuk mengesan syiling dan wang kertas dalam mesin layan diri dan ATM.
② Ciri-ciri
Oleh kerana optocoupler menghantar isyarat melalui cahaya, penebat antara bahagian input dan bahagian output merupakan ciri utama. Penebat yang tinggi tidak mudah terjejas oleh bunyi bising, tetapi juga menghalang aliran arus tidak sengaja antara litar bersebelahan, yang sangat berkesan dari segi keselamatan. Dan strukturnya sendiri agak mudah dan munasabah.
Disebabkan sejarahnya yang panjang, rangkaian produk yang kaya daripada pelbagai pengeluar juga merupakan kelebihan unik optocoupler. Oleh kerana tiada sentuhan fizikal, haus antara bahagian adalah kecil, dan jangka hayatnya lebih lama. Sebaliknya, terdapat juga ciri-ciri bahawa kecekapan bercahaya mudah berubah-ubah, kerana LED akan perlahan-lahan merosot dengan peredaran masa dan perubahan suhu.
Terutamanya apabila komponen dalaman plastik lutsinar menjadi keruh untuk jangka masa yang lama, ia tidak boleh menjadi cahaya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, dalam apa jua keadaan, jangka hayatnya terlalu panjang berbanding sentuhan sentuhan mekanikal.
Fototransistor pada amnya lebih perlahan daripada fotodiod, jadi ia tidak digunakan untuk komunikasi berkelajuan tinggi. Walau bagaimanapun, ini bukanlah satu kelemahan, kerana sesetengah komponen mempunyai litar amplifikasi pada bahagian output untuk meningkatkan kelajuan. Malah, tidak semua litar elektronik perlu meningkatkan kelajuan.
③ Penggunaan
Pengganding fotoelektrikterutamanya digunakan untuk operasi pensuisan. Litar akan ditenagakan dengan menghidupkan suis, tetapi dari sudut pandangan ciri-ciri di atas, terutamanya penebat dan jangka hayat yang panjang, ia sangat sesuai untuk senario yang memerlukan kebolehpercayaan yang tinggi. Contohnya, hingar adalah musuh elektronik perubatan dan peralatan audio/peralatan komunikasi.
Ia juga digunakan dalam sistem pemacu motor. Sebab motor ini adalah kerana kelajuan dikawal oleh penyongsang apabila ia dipacu, tetapi ia menghasilkan bunyi bising disebabkan oleh output yang tinggi. Bunyi bising ini bukan sahaja akan menyebabkan motor itu sendiri gagal, tetapi juga mengalir melalui "tanah" yang menjejaskan peranti persisian. Khususnya, peralatan dengan pendawaian panjang mudah mengesan bunyi bising output tinggi ini, jadi jika ia berlaku di kilang, ia akan menyebabkan kerugian yang besar dan kadangkala menyebabkan kemalangan serius. Dengan menggunakan optocoupler berpenebat tinggi untuk pensuisan, kesannya terhadap litar dan peranti lain dapat diminimumkan.
Kedua, cara memilih dan menggunakan optocoupler
Bagaimanakah cara menggunakan optocoupler yang betul untuk aplikasi dalam reka bentuk produk? Jurutera pembangunan mikropengawal berikut akan menerangkan cara memilih dan menggunakan optocoupler.
① Sentiasa buka dan sentiasa tutup
Terdapat dua jenis pengganding foto: jenis di mana suis dimatikan (mati) apabila tiada voltan dikenakan, jenis di mana suis dihidupkan (mati) apabila voltan dikenakan, dan jenis di mana suis dihidupkan apabila tiada voltan. Gunakan dan matikan apabila voltan dikenakan.
Yang pertama dipanggil normally open, dan yang kedua dipanggil normally close. Cara memilih, pertama sekali bergantung pada jenis litar yang anda perlukan.
② Periksa arus keluaran dan voltan yang dikenakan
Pengganding foto mempunyai sifat menguatkan isyarat, tetapi tidak selalunya melalui voltan dan arus sesuka hati. Sudah tentu, ia dinilai, tetapi voltan perlu dikenakan dari bahagian input mengikut arus output yang dikehendaki.
Jika kita melihat helaian data produk, kita dapat melihat carta di mana paksi menegak ialah arus keluaran (arus pengumpul) dan paksi mendatar ialah voltan input (voltan pengumpul-pemancar). Arus pengumpul berbeza-beza mengikut keamatan cahaya LED, jadi gunakan voltan mengikut arus keluaran yang dikehendaki.
Walau bagaimanapun, anda mungkin berpendapat bahawa arus keluaran yang dikira di sini adalah sangat kecil. Ini adalah nilai arus yang masih boleh dikeluarkan dengan andal selepas mengambil kira kemerosotan LED dari semasa ke semasa, jadi ia kurang daripada penarafan maksimum.
Sebaliknya, terdapat kes di mana arus keluaran tidak besar. Oleh itu, apabila memilih optocoupler, pastikan anda menyemak dengan teliti "arus keluaran" dan pilih produk yang sepadan dengannya.
③ Arus maksimum
Arus konduksi maksimum ialah nilai arus maksimum yang boleh ditahan oleh optocoupler semasa mengalirkan arus. Sekali lagi, kita perlu memastikan kita mengetahui berapa banyak output yang diperlukan oleh projek dan voltan input sebelum kita membeli. Pastikan nilai maksimum dan arus yang digunakan bukanlah had, tetapi terdapat sedikit margin.
④ Tetapkan pengganding foto dengan betul
Setelah memilih optocoupler yang betul, mari kita gunakannya dalam projek sebenar. Pemasangannya sendiri mudah, hanya sambungkan terminal yang disambungkan ke setiap litar sisi input dan litar sisi output. Walau bagaimanapun, berhati-hati agar tidak tersasar dari sisi input dan sisi output. Oleh itu, anda juga mesti menyemak simbol dalam jadual data, supaya anda tidak mendapati kaki pengganding fotoelektrik salah selepas melukis papan PCB.
Masa siaran: 29 Julai 2023