Optik sinyalleri ortam olarak kullanarak devreleri birbirine bağlayan optokuplörler, dayanıklılık ve yalıtım gibi yüksek çok yönlülükleri ve güvenilirlikleri nedeniyle akustik, tıp ve endüstri gibi yüksek hassasiyetin vazgeçilmez olduğu alanlarda aktif olarak kullanılan bir elemandır.
Peki optokuplör ne zaman ve hangi koşullar altında çalışır ve arkasındaki prensip nedir? Ya da fotokuplörü kendi elektronik işlerinizde kullanırken, nasıl seçeceğinizi ve kullanacağınızı bilmiyor olabilirsiniz. Çünkü optokuplör genellikle "fototransistör" ve "fotodiyot" ile karıştırılır. Bu nedenle, bu makalede fotokuplörün ne olduğu ele alınacaktır.
Fotokuplör nedir?
Optokuplör, etimolojisi optik olan elektronik bir bileşendir.
"Işıkla birleştirme" anlamına gelen kuplör. Bazen optokuplör, optik izolatör, optik yalıtım vb. olarak da bilinir. Işık yayan eleman ve ışık alıcı elemandan oluşur ve giriş tarafı devresi ile çıkış tarafı devresini optik sinyal aracılığıyla birbirine bağlar. Bu devreler arasında elektriksel bağlantı yoktur, yani yalıtılmış durumdadır. Bu nedenle, giriş ve çıkış arasındaki devre bağlantısı ayrıdır ve yalnızca sinyal iletilir. Giriş ve çıkış arasında yüksek gerilim yalıtımı bulunan, 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).
LED'lerin icat edildiği ve teknolojik ilerlemelerin önemli olduğu 1960'lı yıllardan 1970'li yıllara kadar,optoelektronikbir patlama yaşandı. O dönemde çeşitlioptik cihazlaricat edildi ve fotoelektrik kuplör de bunlardan biriydi. Sonrasında, optoelektronik hızla hayatımıza girdi.
① İlke/mekanizma
Optokuplörün çalışma prensibi, ışık yayan elemanın giriş elektrik sinyalini ışığa dönüştürmesi ve ışık alan elemanın ışık geri elektrik sinyalini çıkış tarafındaki devreye iletmesidir. Işık yayan eleman ve ışık alan eleman, harici ışık bloğunun iç kısmında bulunur ve ışığı iletmek için birbirlerine zıt konumdadırlar.
Işık yayan elemanlarda kullanılan yarı iletken LED'dir (ışık yayan diyot). Öte yandan, ışık alan cihazlarda kullanım ortamına, dış boyuta, fiyata vb. bağlı olarak birçok yarı iletken türü bulunur, ancak genel olarak en yaygın kullanılanı fototransistördür.
Fototransistörler, çalışmadıkları zamanlarda sıradan yarı iletkenlerin taşıdığı akımın çok azını taşır. Işık buraya düştüğünde, fototransistör P tipi yarı iletken ve N tipi yarı iletkenin yüzeyinde bir fotoelektromotor kuvveti oluşturur; N tipi yarı iletkendeki boşluklar p bölgesine, 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 (dahili elektrik alanı nedeniyle) yükseltme etkisine sahiptirler. Bu nedenle, zayıf sinyalleri bile algılayabilecek kadar hassastırlar ki 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 görevlerini, ışık yayan eleman ile ışık alan eleman arasına ışık engelleyici bir nesne yerleştirerek gerçekleştirir. Örneğin, otomatlarda ve ATM'lerde bozuk para ve banknotları tespit etmek için kullanılabilir.
② Özellikler
Optokuplör sinyalleri ışık yoluyla ilettiğinden, giriş ve çıkış tarafları arasındaki yalıtım önemli bir özelliktir. Yüksek yalıtım, gürültüden kolayca etkilenmez, aynı zamanda bitişik devreler arasında kazara akım geçişini de önler; bu da güvenlik açısından son derece etkilidir. Yapısı da nispeten basit ve makuldür.
Uzun geçmişi sayesinde, çeşitli üreticilerin zengin ürün yelpazesi optokuplörlerin benzersiz bir avantajıdır. Fiziksel temas olmadığından, parçalar arasındaki aşınma azdır ve ömürleri daha uzundur. Öte yandan, LED'ler zaman ve sıcaklık değişimleriyle yavaş yavaş bozulacağından, ışık veriminin kolayca dalgalanması gibi bir özelliği de vardır.
Özellikle şeffaf plastiğin iç kısmı uzun süre bulanıklaştığında, çok iyi ışık veremez. Ancak her durumda, mekanik temaslı bir kontağa kıyasla ömrü çok uzundur.
Fototransistörler genellikle fotodiyotlardan daha yavaştır, bu nedenle yüksek hızlı iletişimlerde kullanılmazlar. Ancak bu bir dezavantaj değildir, çünkü bazı bileşenlerin çıkış tarafında hızı artırmak için yükseltici devreler bulunur. Aslında, tüm elektronik devrelerin hızını artırması gerekmez.
③ Kullanım
Fotoelektrik kuplörlerÇoğunlukla anahtarlama işlemi için kullanılırlar. Devre, anahtarın açılmasıyla enerjilenecektir, ancak yukarıdaki özellikler, özellikle de yalıtım ve uzun ömür açısından, yüksek güvenilirlik gerektiren senaryolar için oldukça uygundur. Örneğin, gürültü tıbbi elektronik ve ses/iletişim ekipmanlarının düşmanıdır.
Motor tahrik sistemlerinde de kullanılır. Bunun nedeni, motorun çalıştırılırken hızının invertör tarafından kontrol edilmesi, ancak yüksek çıkış gücü nedeniyle gürültü üretmesidir. Bu gürültü yalnızca motorun arızalanmasına değil, aynı zamanda "toprak" üzerinden akarak çevre birimlerini de etkiler. Özellikle uzun kablolamalı ekipmanlar bu yüksek çıkış gürültüsünü kolayca alabilir, bu nedenle fabrikada meydana gelirse büyük kayıplara ve bazen ciddi kazalara neden olabilir. Anahtarlama için yüksek yalıtımlı optokuplörler kullanılarak, diğer devreler ve cihazlar üzerindeki etki en aza indirilebilir.
İkincisi, optokuplörler nasıl seçilir ve kullanılır?
Ürün tasarımında doğru optokuplör nasıl kullanılır? Aşağıdaki mikrodenetleyici geliştirme mühendisleri, optokuplörlerin nasıl seçileceğini ve kullanılacağını açıklayacaktır.
① Her zaman açık ve her zaman kapalı
Fotokuplörlerin iki türü vardır: gerilim uygulanmadığında anahtarın kapalı (off) olduğu tür, gerilim uygulandığında anahtarın açık (off) olduğu tür ve gerilim olmadığında anahtarın açık (on) olduğu tür. Gerilim uygulandığında uygulanır ve kapanır.
Birincisine normalde açık, ikincisine ise normalde kapalı denir. Seçim, 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 bağlı olarak voltaj ve akım iletmezler. Elbette nominal bir değere sahiptir, ancak istenen çıkış akımına göre giriş tarafından bir voltaj uygulanması gerekir.
Ürün veri sayfasına baktığımızda, dikey eksenin çıkış akımını (kollektör akımı), yatay eksenin ise giriş voltajını (kollektör-emitör voltajı) gösterdiği bir grafik görebiliriz. Kollektör akımı, LED ışık yoğunluğuna göre değiştiğinden, istenen çıkış akımına göre voltaj uygulanmalıdır.
Ancak, burada hesaplanan çıkış akımının şaşırtıcı derecede düşük olduğunu düşünebilirsiniz. Bu, LED'in zamanla bozulması hesaba katıldığında güvenilir bir şekilde üretilebilecek akım değeridir, yani maksimum değerden düşüktür.
Öte yandan, çıkış akımının büyük olmadığı durumlar da vardır. Bu nedenle, optokuplör seçerken "çıkış akımını" dikkatlice kontrol ettiğinizden ve buna uygun ürünü seçtiğinizden emin olun.
③ Maksimum akım
Maksimum iletim akımı, optokuplörün iletim sırasında dayanabileceği maksimum akım değeridir. Yine, satın almadan önce projenin ne kadar çıkışa ihtiyaç duyduğunu 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 optokuplörü seçtikten sonra, gerçek bir projede kullanalım. Kurulumu oldukça kolay, sadece her giriş ve çıkış devresine bağlı terminalleri bağlayın. Ancak, giriş ve çıkış taraflarının yanlış yönlendirilmemesine dikkat edin. Bu nedenle, PCB kartını çizdikten sonra fotoelektrik kuplör ayağının yanlış yerleştirildiğini görmemek için veri tablosundaki sembolleri de kontrol etmelisiniz.
Gönderi zamanı: 29 Temmuz 2023