Optokoppler, déi Schaltkreesser mat optesche Signaler als Medium verbannen, sinn en aktiven Element a Beräicher, wou héich Präzisioun onentbehrlech ass, wéi Akustik, Medizin an Industrie, wéinst hirer héijer Vielfältegkeet a Zouverlässegkeet, wéi Haltbarkeet an Isolatioun.
Mee wéini a ënner wéi enge Ëmstänn funktionéiert den Optokoppler, a wat ass de Prinzip hannendrun? Oder wann Dir de Photokoppler tatsächlech an Ärer eegener Elektronikaarbecht benotzt, wësst Dir vläicht net, wéi Dir en auswielen a benotze sollt. Well en Optokoppler dacks mat "Phototransistor" a "Photodiod" verwiesselt gëtt. Dofir gëtt an dësem Artikel virgestallt, wat e Photokoppler ass.
Wat ass e Photokoppler?
Den Optokoppler ass eng elektronesch Komponent, där hir Etymologie optesch ass.
Koppler, wat "Kopplung mat Liicht" bedeit. Heiansdo och bekannt als Optokoppler, opteschen Isolator, optesch Isolatioun, etc. Et besteet aus engem Liichtemittéierenden Element an engem Liichtempfangselement a verbënnt d'Input-Säitekrees an d'Output-Säitekrees iwwer e optescht Signal. Et gëtt keng elektresch Verbindung tëscht dëse Kreesleef, an anere Wierder, si sinn an engem Zoustand vun Isolatioun. Dofir ass d'Kreesverbindung tëscht dem Input an dem Output getrennt an nëmmen d'Signal gëtt iwwerdroen. Verbënnt Kreesleef mat wesentlech ënnerschiddlechen Input- an Output-Spannungsniveauen sécher, mat Héichspannungsisolatioun tëscht Input an Output.
Zousätzlech, andeems et dëst Liichtsignal iwwerdréit oder blockéiert, funktionéiert et als Schalter. De detailléierte Prinzip a Mechanismus ginn spéider erkläert, awer den Liichtemittéierende Element vum Photokoppler ass eng LED (Liichtemittéierend Diode).
Vun den 1960er bis an d'1970er Joren, wéi LEDs erfonnt goufen an hir technologesch Fortschrëtter bedeitend waren,Optoelektronikgouf e Boom. Zu där Zäit goufen verschiddenoptesch Apparatergoufen erfonnt, an de photoelektresche Koppeler war ee vun hinnen. Duerno ass d'Optoelektronik séier an eist Liewen agebrach.
① Prinzip/Mechanismus
De Prinzip vum Optokoppler ass, datt den Liichtemittéierenden Element den elektreschen Inputsignal a Liicht ëmwandelt, an den Liichtempfangselement den elektresche Liichtsignal zréck un de Circuit op der Ausgangssäit weidergëtt. Den Liichtemittéierenden Element an den Liichtempfangselement sinn op der bannenzeger Säit vum Block vum externen Liicht, an déi zwee sinn géigeniwwereneen, fir d'Liicht ze iwwerdroen.
Den Hallefleeder, deen a liicht emittéierenden Elementer benotzt gëtt, ass d'LED (Liicht emittéierend Diode). Op der anerer Säit ginn et vill Zorte vu Hallefleeder, déi a Liichtempfangsgeräter benotzt ginn, ofhängeg vun der Benotzungsëmfeld, der externer Gréisst, dem Präis, etc., awer am Allgemengen ass de Phototransistor dee meescht benotzten.
Wann se net funktionéieren, droen Phototransistoren nëmme wéineg vum Stroum, deen normal Hallefleeder droen. Wann d'Liicht drop fällt, generéiert de Phototransistor eng photoelektromotoresch Kraaft op der Uewerfläch vum P-Typ Hallefleeder an N-Typ Hallefleeder, wouduerch d'Lächer am N-Typ Hallefleeder an d'p-Regioun fléissen, den fräien Elektronenhallefleeder an der p-Regioun fléisst an d'n-Regioun, an de Stroum fléisst.
Phototransistoren si net sou reaktiounsfäeg wéi Photodioden, awer si hunn och den Effekt, den Ausgangssignal ëm den Honnert- bis zum Dausendfach vum Inputsignal ze verstärken (wéinst dem internen elektresche Feld). Dofir si se empfindlech genuch, fir och schwaach Signaler opzehuelen, wat e Virdeel ass.
Tatsächlech ass de "Liichtblocker", dee mir gesinn, en elektronescht Apparat mam selwechte Prinzip a Mechanismus.
Liichtënnerbriecher ginn awer normalerweis als Sensore benotzt a erfëllen hir Roll andeems se en Liichtblockéierend Objet tëscht dem Liichtemittéierenden Element an dem Liichtempfangselement féieren. Zum Beispill kënne se benotzt ginn fir Mënzen a Banknoten an Automaten an Geldautomaten z'entdecken.
② Funktiounen
Well den Optokoppler Signaler duerch Liicht iwwerdroe kann, ass d'Isolatioun tëscht der Input- an der Output-Säit eng wichteg Eegeschaft. Déi héich Isolatioun gëtt net einfach vum Kaméidi beaflosst, awer verhënnert och en zoufällege Stroumfluss tëscht benachbarte Schaltkreesser, wat extrem effektiv a punkto Sécherheet ass. An d'Struktur selwer ass relativ einfach a vernünfteg.
Wéinst senger laanger Geschicht ass dat räicht Produktsortiment vu verschiddene Produzenten och e besonnesche Virdeel vun Optokoppler. Well et kee kierperleche Kontakt gëtt, ass de Verschleiss tëscht den Deeler kleng an d'Liewensdauer ass méi laang. Op der anerer Säit gëtt et och Charakteristiken, datt d'Liichtleistung liicht schwankt, well d'LED mat der Zäit an den Temperaturännerungen lues a lues verschlechtert.
Besonnesch wann déi bannenzeg Komponent vum transparenten Plastik fir eng laang Zäit bewölkt ass, kann et net ganz gutt Liicht ginn. Awer awer ass d'Liewensdauer ze laang am Verglach zum Kontakt vum mechanesche Kontakt.
Phototransistoren si generell méi lues wéi Photodioden, dofir gi se net fir Héichgeschwindegkeetskommunikatioun benotzt. Dëst ass awer keen Nodeel, well verschidde Komponenten Verstärkungsschaltkreesser op der Ausgangssäit hunn, fir d'Geschwindegkeet ze erhéijen. Tatsächlech mussen net all elektronesch Schaltkreesser d'Geschwindegkeet erhéijen.
③ Benotzung
Photoelektresch Kopplungenginn haaptsächlech fir de Schaltbetrieb benotzt. De Circuit gëtt duerch den Uschalten vum Schalter belaascht, awer aus der Siicht vun den uewe genannten Eegeschaften, besonnesch Isolatioun a laang Liewensdauer, ass en gutt geegent fir Szenarien, déi eng héich Zouverlässegkeet erfuerderen. Zum Beispill ass Kaméidi de Feind vun der medizinescher Elektronik an Audioausrüstung/Kommunikatiounsausrüstung.
Et gëtt och a Motorundriffssystemer benotzt. De Grond fir de Motor ass, datt d'Geschwindegkeet vum Inverter kontrolléiert gëtt wann e bedreift gëtt, awer hie generéiert Kaméidi wéinst der héijer Leeschtung. Dëse Kaméidi féiert net nëmmen zum Ausfall vum Motor selwer, mä fléisst och duerch d'"Äerd" a beaflosst Peripheriegeräter. Besonnesch Ausrüstung mat laange Kabelen kann dëse Kaméidi mat héijer Leeschtung liicht ophuelen, sou datt wann et an der Fabréck geschitt, et grouss Verloschter a heiansdo schwéier Accidenter verursaacht. Duerch d'Benotzung vun héich isoléierten Optokoppler fir d'Schaltung kann den Impakt op aner Schaltkreesser an Apparater miniméiert ginn.
Zweetens, wéi een Optokoppler auswielt a benotzt
Wéi benotzt een de richtegen Optokoppler fir Uwendungen am Produktdesign? Déi folgend Mikrocontroller-Entwécklungsingenieuren erklären, wéi een Optokoppler auswielt a benotzt.
① Ëmmer op an ëmmer zou
Et gëtt zwou Zorte vu Photokoppler: een Typ, bei deem de Schalter ausgeschalt (off) ass, wann keng Spannung ugeluecht ass, een Typ, bei deem de Schalter ugeschalt (off) ass, wann eng Spannung ugeluecht ass, an een Typ, bei deem de Schalter ugeschalt ass, wann keng Spannung ugeluecht ass. Uschalten an ausschalten, wann Spannung ugeluecht ass.
Déi éischt gëtt normalerweis oppen genannt, an déi zweet gëtt normalerweis zougemaach genannt. Wéi een auswielt, hänkt als éischt dovun of, wéi eng Zort Circuit een brauch.
② Kontrolléiert den Ausgangsstroum an d'ugewandte Spannung
Photokoppler hunn d'Eegeschaft, de Signal ze verstärken, awer leeden net ëmmer Spannung a Stroum no Belieben duerch. Natierlech ass et bewäert, awer eng Spannung muss vun der Inputsäit ugewannt ginn, déi dem gewënschten Ausgangsstroum entsprécht.
Wann mir eis d'Produktdatenblat ukucken, kënne mir eng Tabelle gesinn, wou déi vertikal Achs den Ausgangsstroum (Kollektorstroum) an déi horizontal Achs d'Inputspannung (Kollektor-Emitterspannung) ass. De Kollektorstroum variéiert jee no der Intensitéit vun der LED-Liicht, dofir soll d'Spannung jee no dem gewënschten Ausgangsstroum ugewannt ginn.
Allerdéngs kéint een mengen, datt den hei berechenten Ausgangsstroum iwwerraschend kleng ass. Dëst ass de Stroumwäert, deen nach ëmmer zouverlässeg ausgeginn ka ginn, nodeems d'Verschlechterung vun der LED mat der Zäit berécksiichtegt gouf, also manner wéi déi maximal Bewäertung.
Am Géigendeel, et gëtt Fäll wou den Ausgangsstroum net grouss ass. Dofir sollt Dir beim Auswiel vum Optokoppler den "Ausgangsstroum" genau kontrolléieren an de Produit wielen, deen him entsprécht.
③ Maximalen Stroum
De maximale Leitungsstroum ass de maximale Stroumwäert, deen den Optokoppler beim Leeden aushale kann. Mir mussen nach eng Kéier sécher stellen, datt mir wëssen, wéi vill Ausgangsstroum de Projet brauch a wat d'Inputspannung ass, ier mir kafen. Vergewëssert Iech, datt de maximale Wäert an de benotzte Stroum keng Limite sinn, awer datt et e gewësse Spillraum gëtt.
④ De Fotokoppler richteg astellen
Nodeems Dir de richtegen Optokoppler gewielt hutt, loosst eis en an engem richtege Projet benotzen. D'Installatioun selwer ass einfach, verbënnt einfach d'Terminaler, déi un all Input-Säite-Schaltkrees an Output-Säite-Schaltkrees ugeschloss sinn. Et sollt awer opgepasst ginn, datt d'Input- an d'Output-Säit net falsch ausgeriicht sinn. Dofir musst Dir och d'Symboler an der Datentabell kontrolléieren, fir datt Dir net feststellt, datt de Fouss vum photoelektresche Koppeler falsch ass, nodeems Dir d'PCB-Plack gezeechent hutt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 29. Juli 2023