Els optoacobladors, que connecten circuits utilitzant senyals òptics com a mitjà, són un element actiu en àrees on l'alta precisió és indispensable, com l'acústica, la medicina i la indústria, a causa de la seva alta versatilitat i fiabilitat, com ara la durabilitat i l'aïllament.
Però quan i sota quines circumstàncies funciona l'optoacoplador, i quin és el principi que hi ha al darrere? O quan realment utilitzeu el fotoacoplador en el vostre propi treball electrònic, és possible que no sàpigueu com triar-lo i utilitzar-lo. Perquè l'optoacoplador sovint es confon amb "fototransistor" i "fotodíode". Per tant, en aquest article s'introduirà què és un fotoacoplador.
Què és un fotoacoblador?
L'optoacoplador és un component electrònic l'etimologia del qual és òptica
acoblador, que significa "acoblament amb llum". De vegades també conegut com a optoacoblador, aïllant òptic, aïllament òptic, etc. Consta d'un element emissor de llum i un element receptor de llum, i connecta el circuit del costat d'entrada i el circuit del costat de sortida mitjançant un senyal òptic. No hi ha cap connexió elèctrica entre aquests circuits, és a dir, en un estat d'aïllament. Per tant, la connexió del circuit entre l'entrada i la sortida és separada i només es transmet el senyal. Connecteu de manera segura circuits amb nivells de voltatge d'entrada i sortida significativament diferents, amb un aïllament d'alt voltatge entre l'entrada i la sortida.
A més, en transmetre o bloquejar aquest senyal lluminós, actua com un interruptor. El principi i el mecanisme detallats s'explicaran més endavant, però l'element emissor de llum del fotoacoblador és un LED (díode emissor de llum).
Des dels anys seixanta fins als setanta, quan es van inventar els LED i els seus avenços tecnològics van ser significatius,optoelectrònicaes va convertir en un boom. En aquell moment, diversosdispositius òpticses van inventar, i l'acoblador fotoelèctric va ser un d'ells. Posteriorment, l'optoelectrònica va penetrar ràpidament a les nostres vides.
① Principi/mecanisme
El principi de l'optoacoplador és que l'element emissor de llum converteix el senyal elèctric d'entrada en llum, i l'element receptor de llum transmet el senyal elèctric de retorn de la llum al circuit del costat de sortida. L'element emissor de llum i l'element receptor de llum es troben a l'interior del bloc de llum externa, i els dos estan oposats entre si per tal de transmetre la llum.
El semiconductor utilitzat en els elements emissors de llum és el LED (díode emissor de llum). D'altra banda, hi ha molts tipus de semiconductors utilitzats en dispositius receptors de llum, depenent de l'entorn d'ús, la mida externa, el preu, etc., però en general, el més utilitzat és el fototransistor.
Quan no funcionen, els fototransistors transporten una mica del corrent que transporten els semiconductors ordinaris. Quan la llum incideix allà, el fototransistor genera una força fotoelectromotriu a la superfície del semiconductor de tipus P i del semiconductor de tipus N, els forats del semiconductor de tipus N flueixen cap a la regió p, el semiconductor d'electrons lliures de la regió p flueix cap a la regió n i el corrent fluirà.
Els fototransistors no responen tan bé com els fotodíodes, però també tenen l'efecte d'amplificar la sortida fins a centenars o 1.000 vegades el senyal d'entrada (a causa del camp elèctric intern). Per tant, són prou sensibles per captar fins i tot senyals febles, cosa que és un avantatge.
De fet, el "bloquejador de llum" que veiem és un dispositiu electrònic amb el mateix principi i mecanisme.
Tanmateix, els interruptors de llum se solen utilitzar com a sensors i fan la seva funció passant un objecte que bloqueja la llum entre l'element emissor de llum i l'element receptor de llum. Per exemple, es poden utilitzar per detectar monedes i bitllets en màquines expenedores i caixers automàtics.
② Característiques
Com que l'optoacoplador transmet senyals a través de la llum, l'aïllament entre el costat d'entrada i el costat de sortida és una característica important. L'alt aïllament no es veu afectat fàcilment pel soroll, però també evita el flux de corrent accidental entre circuits adjacents, cosa que és extremadament eficaç en termes de seguretat. I l'estructura en si és relativament senzilla i raonable.
A causa de la seva llarga història, la rica gamma de productes de diversos fabricants també és un avantatge únic dels optoacopladors. Com que no hi ha contacte físic, el desgast entre les peces és petit i la vida útil és més llarga. D'altra banda, també hi ha característiques que fan que l'eficiència lluminosa sigui fàcil de fluctuar, ja que el LED es deteriorarà lentament amb el pas del temps i els canvis de temperatura.
Especialment quan el component intern del plàstic transparent es torna tèrbol durant molt de temps, no pot rebre gaire bona llum. Tanmateix, en qualsevol cas, la vida útil és massa llarga en comparació amb el contacte mecànic.
Els fototransistors són generalment més lents que els fotodíodes, per la qual cosa no s'utilitzen per a comunicacions d'alta velocitat. Tanmateix, això no és un desavantatge, ja que alguns components tenen circuits d'amplificació al costat de sortida per augmentar la velocitat. De fet, no tots els circuits electrònics necessiten augmentar la velocitat.
③ Ús
Acobladors fotoelèctricss'utilitzen principalment per a l'operació de commutació. El circuit s'energitzarà en encendre l'interruptor, però des del punt de vista de les característiques anteriors, especialment l'aïllament i la llarga vida útil, és molt adequat per a escenaris que requereixen una alta fiabilitat. Per exemple, el soroll és l'enemic de l'electrònica mèdica i els equips d'àudio/comunicacions.
També s'utilitza en sistemes d'accionament de motors. La raó d'aquest motor és que la velocitat la controla l'inversor quan s'acciona, però genera soroll a causa de l'alta potència. Aquest soroll no només farà que el motor en si falli, sinó que també flueixi a través de la "terra" afectant els perifèrics. En particular, els equips amb cablejat llarg són fàcils de captar aquest soroll d'alta sortida, de manera que si passa a la fàbrica, causarà grans pèrdues i de vegades accidents greus. Mitjançant l'ús d'optoacobladors altament aïllats per a la commutació, es pot minimitzar l'impacte en altres circuits i dispositius.
En segon lloc, com triar i utilitzar optoacopladors
Com utilitzar l'optoacoblador adequat per a l'aplicació en el disseny de productes? Els següents enginyers de desenvolupament de microcontroladors explicaran com seleccionar i utilitzar optoacobladors.
① Sempre obert i sempre tancat
Hi ha dos tipus de fotoacobladors: un tipus en què l'interruptor s'apaga (s'apaga) quan no s'aplica cap voltatge, un tipus en què l'interruptor s'encén (s'apaga) quan s'aplica un voltatge i un tipus en què l'interruptor s'encén quan no hi ha voltatge. S'apliquen i s'apaguen quan s'aplica voltatge.
El primer s'anomena normalment obert i el segon normalment tancat. La manera de triar-lo depèn primer del tipus de circuit que necessiteu.
② Comproveu el corrent de sortida i la tensió aplicada
Els fotoacobladors tenen la propietat d'amplificar el senyal, però no sempre deixen passar el voltatge i el corrent a voluntat. Per descomptat, està classificat, però cal aplicar un voltatge des del costat d'entrada segons el corrent de sortida desitjat.
Si mirem la fitxa tècnica del producte, podem veure un gràfic on l'eix vertical és el corrent de sortida (corrent de col·lector) i l'eix horitzontal és el voltatge d'entrada (voltatge col·lector-emissor). El corrent de col·lector varia segons la intensitat de la llum del LED, per tant, cal aplicar el voltatge segons el corrent de sortida desitjat.
Tanmateix, podríeu pensar que el corrent de sortida calculat aquí és sorprenentment petit. Aquest és el valor de corrent que encara es pot generar de manera fiable després de tenir en compte el deteriorament del LED al llarg del temps, per la qual cosa és inferior a la potència màxima.
Al contrari, hi ha casos en què el corrent de sortida no és gran. Per tant, a l'hora d'escollir l'optoacoplador, assegureu-vos de comprovar acuradament el "corrent de sortida" i triar el producte que hi coincideixi.
③ Corrent màxim
El corrent de conducció màxim és el valor màxim de corrent que l'optoacoplador pot suportar quan condueix. De nou, hem d'assegurar-nos que sabem quanta sortida necessita el projecte i quin és el voltatge d'entrada abans de comprar. Assegureu-vos que el valor màxim i el corrent utilitzat no siguin límits, però que hi hagi un cert marge.
④ Configureu el fotoacoblador correctament
Un cop triat l'optoacoblador correcte, utilitzem-lo en un projecte real. La instal·lació en si és fàcil, només cal connectar els terminals connectats a cada circuit d'entrada i al circuit de sortida. Tanmateix, cal anar amb compte de no desorientar el costat d'entrada i el costat de sortida. Per tant, també cal comprovar els símbols de la taula de dades, per tal que no trobeu que el peu de l'acoblador fotoelèctric està incorrecte després de dibuixar la placa PCB.
Data de publicació: 29 de juliol de 2023