Optroni, kas savieno ķēdes, izmantojot optiskos signālus kā vidi, ir elements, kas aktīvi darbojas jomās, kur ir nepieciešama augsta precizitāte, piemēram, akustikā, medicīnā un rūpniecībā, pateicoties to augstajai daudzpusībai un uzticamībai, piemēram, izturībai un izolācijai.
Bet kad un kādos apstākļos darbojas optrons, un kāds ir tā darbības princips? Vai arī, ja jūs faktiski izmantojat fotoronu savos elektronikas darbos, jūs, iespējams, nezināt, kā to izvēlēties un lietot. Jo optrons bieži tiek jaukts ar "fototranzistoru" un "fotodiodi". Tāpēc šajā rakstā tiks iepazīstināts ar to, kas ir fotorons.
Kas ir fotoelements?
Optoelements ir elektroniska sastāvdaļa, kuras etimoloģija ir optiska.
savienotājs, kas nozīmē “savienojums ar gaismu”. Dažreiz pazīstams arī kā optoelements, optiskais izolators, optiskā izolācija utt. Tas sastāv no gaismu izstarojoša elementa un gaismu uztveroša elementa un savieno ieejas puses ķēdi un izejas puses ķēdi, izmantojot optisko signālu. Starp šīm ķēdēm nav elektriskā savienojuma, citiem vārdiem sakot, tās atrodas izolācijas stāvoklī. Tāpēc ķēdes savienojums starp ieeju un izeju ir atdalīts, un tiek pārraidīts tikai signāls. Droši savienojiet ķēdes ar ievērojami atšķirīgiem ieejas un izejas sprieguma līmeņiem, izmantojot augstsprieguma izolāciju starp ieeju un izeju.
Turklāt, pārraidot vai bloķējot šo gaismas signālu, tas darbojas kā slēdzis. Detalizēts princips un mehānisms tiks paskaidrots vēlāk, bet fotoelementa gaismu emitējošais elements ir LED (gaismas diode).
No 20. gs. sešdesmitajiem līdz septiņdesmitajiem gadiem, kad tika izgudrotas gaismas diodes un to tehnoloģiskie sasniegumi bija ievērojami,optoelektronikakļuva par uzplaukumu. Tajā laikā dažādioptiskās ierīcestika izgudroti, un fotoelektriskais savienotājs bija viens no tiem. Pēc tam optoelektronika ātri iekļuva mūsu dzīvē.
① Princips/mehānisms
Optoelementa princips ir tāds, ka gaismu izstarojošais elements pārveido ieejas elektrisko signālu gaismā, un gaismu uztverošais elements pārraida gaismas elektrisko signālu atpakaļ uz izejas puses ķēdi. Gaismu izstarojošais elements un gaismu uztverošais elements atrodas ārējās gaismas bloka iekšpusē, un abi ir novietoti viens otram pretī, lai pārraidītu gaismu.
Gaismu emitējošos elementos izmantotais pusvadītājs ir LED (gaismas diode). Savukārt gaismu uztverošās ierīcēs tiek izmantoti daudzi pusvadītāju veidi atkarībā no lietošanas vides, ārējā izmēra, cenas utt., taču kopumā visbiežāk tiek izmantots fototranzistors.
Kad fototranzistori nedarbojas, to strāva ir mazāka par parasto pusvadītāju strāvu. Kad gaisma krīt uz tiem, fototranzistors ģenerē fotoelektrodzinējo spēku uz P tipa pusvadītāja un N tipa pusvadītāja virsmas, N tipa pusvadītāja caurumi ieplūst p apgabalā, brīvo elektronu pusvadītājs p apgabalā ieplūst n apgabalā, un strāva plūdīs.
Fototranzistori nav tik jutīgi kā fotodiodes, taču tiem piemīt arī izejas signāla pastiprināšanas efekts līdz simtiem līdz 1000 reizēm lielākam par ieejas signālu (iekšējā elektriskā lauka dēļ). Tāpēc tie ir pietiekami jutīgi, lai uztvertu pat vājus signālus, kas ir priekšrocība.
Patiesībā “gaismas bloķētājs”, ko mēs redzam, ir elektroniska ierīce ar tādu pašu principu un mehānismu.
Tomēr gaismas pārtraucējus parasti izmanto kā sensorus, un tie savu lomu pilda, novietojot gaismu bloķējošu objektu starp gaismu izstarojošo elementu un gaismu uztverošo elementu. Piemēram, tos var izmantot monētu un banknošu noteikšanai tirdzniecības automātos un bankomātos.
② Funkcijas
Tā kā optrons pārraida signālus caur gaismu, izolācija starp ieejas pusi un izejas pusi ir galvenā iezīme. Augstu izolāciju viegli neietekmē troksnis, bet tā arī novērš nejaušu strāvas plūsmu starp blakus esošajām ķēdēm, kas ir ārkārtīgi efektīvi drošības ziņā. Pati konstrukcija ir samērā vienkārša un saprātīga.
Pateicoties tā ilgajai vēsturei un plašajam produktu klāstam no dažādiem ražotājiem, optoelementiem ir arī unikāla priekšrocība. Tā kā nav fiziska kontakta, detaļu nodilums ir neliels un kalpošanas laiks ir ilgāks. No otras puses, ir arī tāda īpašība, ka gaismas efektivitāte viegli svārstās, jo LED laika gaitā un temperatūras izmaiņu ietekmē lēnām pasliktinās.
Īpaši, ja caurspīdīgās plastmasas iekšējās sastāvdaļas ilgstoši kļūst duļķainas, gaisma var nebūt īpaši laba. Tomēr jebkurā gadījumā kalpošanas laiks ir pārāk ilgs, salīdzinot ar mehāniskā kontakta kalpošanas laiku.
Fototranzistori parasti ir lēnāki nekā fotodiodes, tāpēc tos neizmanto ātrdarbīgai saziņai. Tomēr tas nav trūkums, jo dažām komponentēm izejas pusē ir pastiprināšanas shēmas, lai palielinātu ātrumu. Patiesībā ne visām elektroniskajām shēmām ir jāpalielina ātrums.
③ Lietošana
Fotoelektriskie savienotājigalvenokārt tiek izmantoti komutācijas darbībai. Ķēde tiks aktivizēta, ieslēdzot slēdzi, taču no iepriekš minēto īpašību, īpaši izolācijas un ilgā kalpošanas laika, viedokļa tā ir labi piemērota situācijām, kurās nepieciešama augsta uzticamība. Piemēram, troksnis ir medicīniskās elektronikas un audioiekārtu/sakaru iekārtu ienaidnieks.
To izmanto arī motora piedziņas sistēmās. Motora darbības iemesls ir tāds, ka invertors regulē ātrumu, kad tas tiek darbināts, taču tas rada troksni augstās izejas jaudas dēļ. Šis troksnis ne tikai izraisīs paša motora atteici, bet arī plūsmu caur "zemi", ietekmējot perifērijas ierīces. Jo īpaši iekārtas ar garu vadu viegli uztver šo augsto izejas troksni, tāpēc, ja tas notiek rūpnīcā, tas radīs lielus zaudējumus un dažreiz nopietnus negadījumus. Izmantojot ļoti izolētus optoelementus komutācijai, var samazināt ietekmi uz citām ķēdēm un ierīcēm.
Otrkārt, kā izvēlēties un lietot optoelementus
Kā produktu dizainā izmantot pareizo optoelementu? Šie mikrokontrolleru izstrādes inženieri paskaidros, kā izvēlēties un lietot optoelementus.
① Vienmēr atvērt un vienmēr aizvērt
Ir divu veidu fotoelementi: tips, kurā slēdzis tiek izslēgts (izslēgts), ja netiek pielikts spriegums, tips, kurā slēdzis tiek ieslēgts (izslēgts), kad tiek pielikts spriegums, un tips, kurā slēdzis tiek ieslēgts, kad nav sprieguma. Ieslēdzas un izslēdzas, kad tiek pielikts spriegums.
Pirmo sauc par parasti atvērtu, bet otro - par parasti aizvērtu. Izvēle vispirms ir atkarīga no nepieciešamās ķēdes veida.
② Pārbaudiet izejas strāvu un pielietoto spriegumu
Fotoelementiem piemīt signāla pastiprināšanas īpašība, taču tie ne vienmēr pēc vēlēšanās pārraida spriegumu un strāvu. Protams, tie ir nomināli, taču no ieejas puses ir jāpievada spriegums atbilstoši vēlamajai izejas strāvai.
Ja aplūkojam produkta datu lapu, varam redzēt diagrammu, kur vertikālā ass ir izejas strāva (kolektora strāva), bet horizontālā ass ir ieejas spriegums (kolektora-emitera spriegums). Kolektora strāva mainās atkarībā no LED gaismas intensitātes, tāpēc pielietojiet spriegumu atbilstoši vēlamajai izejas strāvai.
Tomēr jums varētu šķist, ka šeit aprēķinātā izejas strāva ir pārsteidzoši maza. Šī ir strāvas vērtība, ko joprojām var droši izvadīt, ņemot vērā gaismas diodes nolietošanos laika gaitā, tāpēc tā ir mazāka par maksimālo nominālo vērtību.
Gluži pretēji, ir gadījumi, kad izejas strāva nav liela. Tāpēc, izvēloties optronu, noteikti rūpīgi pārbaudiet "izejas strāvu" un izvēlieties tai atbilstošu produktu.
③ Maksimālā strāva
Maksimālā vadīšanas strāva ir maksimālā strāvas vērtība, ko optrons var izturēt vadīšanas laikā. Atkal mums jāpārliecinās, ka pirms pirkšanas zinām, cik liela izejas jauda ir nepieciešama projektam un kāds ir ieejas spriegums. Pārliecinieties, ka maksimālā vērtība un izmantotā strāva nav ierobežojumi, bet gan zināma rezerve.
④ Pareizi iestatiet fotoelementu
Kad esat izvēlējies pareizo optronu, izmantosim to reālā projektā. Pati uzstādīšana ir vienkārša, vienkārši pievienojiet spailes, kas savienotas ar katru ieejas puses ķēdi un izejas puses ķēdi. Tomēr jāuzmanās, lai ieejas puse un izejas puse netiktu nepareizi orientētas. Tāpēc ir jāpārbauda arī simboli datu tabulā, lai pēc PCB plates zīmēšanas nerastos nepareiza fotoelektriskā savienotāja pamatne.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 29. jūlijs