Optik sinyalleri ortam olarak kullanarak devreleri birbirine bağlayan optokuplörler, dayanıklılık ve yalıtım gibi yüksek çok yönlülük ve güvenilirlikleri nedeniyle akustik, tıp ve endüstri gibi yüksek hassasiyetin vazgeçilmez olduğu alanlarda aktif olarak kullanılan bir elemandır.
Peki optocoupler ne zaman ve hangi koşullar altında çalışır ve arkasındaki prensip nedir? Ya da fotocoupleri kendi elektronik işlerinizde kullandığınızda, nasıl seçeceğinizi ve kullanacağınızı bilemeyebilirsiniz. Çünkü optocoupler sıklıkla “fototransistör” ve “fotodiyot” ile karıştırılır. Bu nedenle, bu makalede fotocouplerin ne olduğu tanıtılacaktır.
Fotokuplör nedir?
Optokuplör, etimolojisi optik olan elektronik bir bileşendir.
"Işıkla birleştirme" anlamına gelen kuplör. Bazen optocoupler, optik izolatör, optik yalıtım vb. olarak da bilinir. Işık yayan eleman ve ışık alan elemandan oluşur ve giriş tarafı devresini ve çıkış tarafı devresini optik sinyal yoluyla birbirine bağlar. Bu devreler arasında elektriksel bir bağlantı yoktur, yani yalıtım durumundadır. Bu nedenle, giriş ve çıkış arasındaki devre bağlantısı ayrıdır ve yalnızca sinyal iletilir. Giriş ve çıkış arasında yüksek voltaj yalıtımı olan, önemli ölçüde farklı giriş ve çıkış voltaj seviyelerine sahip devreleri güvenli bir şekilde bağlayın.
Ayrıca bu ışık sinyalini ileterek veya bloke ederek bir anahtar görevi görür. Ayrıntılı prensip ve mekanizma daha sonra açıklanacaktır, ancak fotokuplörün ışık yayan elemanı bir LED'dir (ışık yayan diyot).
1960'lardan 1970'lere kadar, LED'lerin icat edildiği ve teknolojik ilerlemelerinin önemli olduğu dönemde,optoelektronikbir patlama oldu. O zamanlar, çeşitlioptik cihazlaricat edildi ve fotoelektrik kuplör bunlardan biriydi. Daha sonra, optoelektronik hızla hayatımıza girdi.
① İlke/mekanizma
Optokuplörün prensibi, ışık yayan elemanın giriş elektrik sinyalini ışığa dönüştürmesi ve ışık alan elemanın ışık geri elektrik sinyalini çıkış tarafı devresine iletmesidir. Işık yayan eleman ve ışık alan eleman, dış ışık bloğunun iç tarafındadır ve ikisi ışığı iletmek için birbirinin karşısındadır.
Işık yayan elemanlarda kullanılan yarı iletken LED'dir (ışık yayan diyot). Öte yandan, ışık alan cihazlarda kullanılan yarı iletkenlerin birçok çeşidi vardır, kullanım ortamına, dış boyuta, fiyata vb. bağlı olarak değişir, ancak genel olarak en yaygın kullanılanı fototransistördür.
Fototransistörler çalışmadığında, sıradan yarı iletkenlerin taşıdığı akımın çok azını taşır. Işık oraya düştüğünde, fototransistör P tipi yarı iletken ve N tipi yarı iletkenin yüzeyinde bir fotoelektromotor kuvveti oluşturur, N tipi yarı iletkendeki delikler p bölgesine akar, p bölgesindeki serbest elektron yarı iletkeni n bölgesine akar ve akım akar.
Fototransistörler fotodiyotlar kadar duyarlı değildir, ancak aynı zamanda çıkışı giriş sinyalinin yüzlerce ila 1.000 katına yükseltme etkisine sahiptirler (iç elektrik alanı nedeniyle). Bu nedenle, zayıf sinyalleri bile alabilecek kadar hassastırlar, bu da bir avantajdır.
Aslında gördüğümüz “ışık engelleyici” de aynı prensip ve mekanizmaya sahip elektronik bir cihazdır.
Ancak, ışık kesiciler genellikle sensör olarak kullanılır ve ışık yayan eleman ile ışık alan eleman arasında ışık engelleyici bir nesne geçirerek görevlerini yerine getirirler. Örneğin, otomatlarda ve ATM'lerde bozuk para ve banknotları tespit etmek için kullanılabilir.
② Özellikler
Optocoupler sinyalleri ışık yoluyla ilettiğinden, giriş tarafı ile çıkış tarafı arasındaki yalıtım önemli bir özelliktir. Yüksek yalıtım gürültüden kolayca etkilenmez, aynı zamanda bitişik devreler arasında kazara akım akışını da önler, bu da güvenlik açısından son derece etkilidir. Ve yapının kendisi nispeten basit ve makuldür.
Uzun geçmişi nedeniyle, çeşitli üreticilerin zengin ürün yelpazesi de optocoupler'ların benzersiz bir avantajıdır. Fiziksel temas olmadığından, parçalar arasındaki aşınma azdır ve ömür daha uzundur. Öte yandan, ışık verimliliğinin dalgalanmasının kolay olması gibi özellikler de vardır, çünkü LED zamanın geçmesi ve sıcaklık değişiklikleriyle yavaş yavaş bozulacaktır.
Özellikle şeffaf plastiğin iç bileşeni uzun süre bulanıklaştığında çok iyi ışık veremez. Ancak her durumda mekanik temasın temas temasına kıyasla ömrü çok uzundur.
Fototransistörler genellikle fotodiyotlardan daha yavaştır, bu nedenle yüksek hızlı iletişimler için kullanılmazlar. Ancak bu bir dezavantaj değildir, çünkü bazı bileşenler hızı artırmak için çıkış tarafında amplifikasyon devrelerine sahiptir. Aslında, tüm elektronik devrelerin hızı artırması gerekmez.
③ Kullanım
Fotoelektrik kuplörleresas olarak anahtarlama işlemi için kullanılır. Devre, anahtarın açılmasıyla enerjilendirilecektir, ancak yukarıdaki özellikler, özellikle yalıtım ve uzun ömür açısından, yüksek güvenilirlik gerektiren senaryolar için oldukça uygundur. Örneğin, gürültü tıbbi elektronik ve ses ekipmanı/iletişim ekipmanının düşmanıdır.
Motor tahrik sistemlerinde de kullanılır. Motorun sebebi, sürüldüğünde hızının invertör tarafından kontrol edilmesidir, ancak yüksek çıkış nedeniyle gürültü üretir. Bu gürültü yalnızca motorun kendisinin arızalanmasına neden olmaz, aynı zamanda "toprak" üzerinden akarak çevre birimlerini etkiler. Özellikle, uzun kablolamaya sahip ekipmanlar bu yüksek çıkış gürültüsünü kolayca alabilir, bu nedenle fabrikada gerçekleşirse büyük kayıplara ve bazen ciddi kazalara neden olur. Anahtarlama için yüksek yalıtımlı optocouplerler kullanılarak, diğer devreler ve cihazlar üzerindeki etki en aza indirilebilir.
İkincisi, optocoupler'lar nasıl seçilir ve kullanılır?
Ürün tasarımında uygulama için doğru optocoupler nasıl kullanılır? Aşağıdaki mikrodenetleyici geliştirme mühendisleri optocoupler'ların nasıl seçileceğini ve kullanılacağını açıklayacaktır.
① Her zaman açık ve her zaman kapalı
Fotokuplörlerin iki türü vardır: voltaj uygulanmadığında anahtarın kapalı (off) olduğu tip, voltaj uygulandığında anahtarın açık (off) olduğu tip ve voltaj olmadığında anahtarın açık olduğu tip. Voltaj uygulandığında uygula ve kapat.
Birincisine normalde açık, ikincisine ise normalde kapalı denir. Nasıl seçeceğiniz, öncelikle ne tür bir devreye ihtiyacınız olduğuna bağlıdır.
② Çıkış akımını ve uygulanan voltajı kontrol edin
Fotokuplörler sinyali yükseltme özelliğine sahiptir, ancak her zaman isteğe göre voltaj ve akım geçirmezler. Elbette derecelendirilmiştir, ancak istenen çıkış akımına göre giriş tarafından bir voltaj uygulanması gerekir.
Ürün veri sayfasına bakarsak, dikey eksenin çıkış akımı (toplayıcı akımı) ve yatay eksenin giriş voltajı (toplayıcı-emitör voltajı) olduğu bir grafik görebiliriz. Toplayıcı akımı LED ışık yoğunluğuna göre değişir, bu nedenle voltajı istenen çıkış akımına göre uygulayın.
Ancak burada hesaplanan çıkış akımının şaşırtıcı derecede küçük olduğunu düşünebilirsiniz. Bu, LED'in zamanla bozulması hesaba katıldığında hala güvenilir bir şekilde çıkış verilebilen akım değeridir, bu nedenle maksimum değerden daha azdır.
Aksine, çıkış akımının büyük olmadığı durumlar da vardır. Bu nedenle, optocoupler seçerken, “çıkış akımını” dikkatlice kontrol ettiğinizden ve buna uygun ürünü seçtiğinizden emin olun.
③ Maksimum akım
Maksimum iletim akımı, optocoupler'ın iletim sırasında dayanabileceği maksimum akım değeridir. Tekrar, satın almadan önce projenin ne kadar çıkışa ihtiyacı olduğunu ve giriş voltajının ne olduğunu bildiğimizden emin olmalıyız. Maksimum değerin ve kullanılan akımın sınır olmadığından, ancak bir miktar marj olduğundan emin olun.
④ Fotokuplörü doğru şekilde ayarlayın
Doğru optocoupler'ı seçtikten sonra, onu gerçek bir projede kullanalım. Kurulumun kendisi kolaydır, sadece her giriş tarafı devresine ve çıkış tarafı devresine bağlı terminalleri bağlayın. Ancak, giriş tarafını ve çıkış tarafını yanlış yönlendirmemeye dikkat edilmelidir. Bu nedenle, PCB kartını çizdikten sonra fotoelektrik kuplör ayağının yanlış olduğunu görmemeniz için veri tablosundaki sembolleri de kontrol etmelisiniz.
Gönderi zamanı: 29-Tem-2023