Co to jest transoptor, jak wybrać i używać transoptora?

Transoptory, które łączą obwody wykorzystujące jako medium sygnały optyczne, są elementem aktywnym w obszarach, w których niezbędna jest wysoka precyzja, takich jak akustyka, medycyna i przemysł, ze względu na ich dużą uniwersalność i niezawodność, m.in. trwałość i izolacyjność.

Ale kiedy i w jakich okolicznościach działa transoptor i jaka zasada się za nim kryje? Lub jeśli faktycznie używasz transoptora we własnej pracy z elektroniką, możesz nie wiedzieć, jak go wybrać i używać. Ponieważ transoptor jest często mylony z „fototranzystorem” i „fotodiodą”. Dlatego w tym artykule zostanie przedstawione, czym jest transoptor.
Co to jest transoptor?

Transoptor jest elementem elektronicznym, którego etymologia jest optyczna

sprzęgacz, co oznacza „sprzęganie ze światłem”. Czasami nazywany również transoptorem, izolatorem optycznym, izolacją optyczną itp. Składa się z elementu emitującego światło i elementu odbierającego światło i łączy obwód po stronie wejściowej i obwód po stronie wyjściowej za pomocą sygnału optycznego. Pomiędzy tymi obwodami nie ma połączenia elektrycznego, innymi słowy, są one w stanie izolacji. Dlatego połączenie obwodu między wejściem i wyjściem jest oddzielne i przesyłany jest tylko sygnał. Bezpiecznie łącz obwody o znacząco różnych poziomach napięcia wejściowego i wyjściowego, stosując izolację wysokonapięciową pomiędzy wejściem i wyjściem.

Ponadto przesyłając lub blokując ten sygnał świetlny, pełni funkcję przełącznika. Szczegółowa zasada i mechanizm zostaną wyjaśnione później, ale elementem emitującym światło transoptora jest dioda LED (dioda elektroluminescencyjna).

Od lat 60. do 70. XX w., kiedy wynaleziono diody LED i nastąpił znaczący postęp technologiczny,optoelektronikastał się boomem. W tamtym czasie różneurządzenia optycznewynaleziono, a jednym z nich był sprzęgacz fotoelektryczny. Następnie optoelektronika szybko wkroczyła do naszego życia.

① Zasada/mechanizm

Zasada działania transoptora polega na tym, że element emitujący światło przekształca wejściowy sygnał elektryczny w światło, a element odbierający światło przekazuje sygnał elektryczny z powrotem do obwodu po stronie wyjściowej. Element emitujący światło i element odbierający światło znajdują się wewnątrz bloku światła zewnętrznego i są umieszczone naprzeciw siebie, aby przepuszczać światło.

Półprzewodnikiem stosowanym w elementach emitujących światło jest dioda LED (dioda elektroluminescencyjna). Z drugiej strony, istnieje wiele rodzajów półprzewodników stosowanych w urządzeniach odbierających światło, w zależności od środowiska użytkowania, rozmiaru zewnętrznego, ceny itp., ale ogólnie najczęściej stosowanym jest fototranzystor.

Kiedy nie działają, fototranzystory przenoszą niewiele prądu, jaki wytwarzają zwykłe półprzewodniki. Gdy pada tam światło, fototranzystor generuje siłę fotoelektromotoryczną na powierzchni półprzewodnika typu P i półprzewodnika typu N, dziury w półprzewodniku typu N płyną do obszaru p, półprzewodnik ze swobodnymi elektronami w obszarze p przepływa do obszaru n i prąd będzie płynął.

Fototranzystory nie są tak czułe jak fotodiody, ale powodują również wzmocnienie sygnału wyjściowego od setek do 1000 razy w stosunku do sygnału wejściowego (ze względu na wewnętrzne pole elektryczne). Dlatego są wystarczająco czułe, aby wychwycić nawet słabe sygnały, co jest zaletą.

W rzeczywistości „bloker światła”, który widzimy, jest urządzeniem elektronicznym działającym na tej samej zasadzie i mechanizmie.

Jednakże przerywacze światła są zwykle używane jako czujniki i spełniają swoją rolę poprzez przepuszczanie obiektu blokującego światło pomiędzy elementem emitującym światło a elementem odbierającym światło. Można go na przykład wykorzystać do wykrywania monet i banknotów w automatach i bankomatach.

② Funkcje

Ponieważ transoptor przesyła sygnały poprzez światło, główną cechą jest izolacja pomiędzy stroną wejściową a stroną wyjściową. Wysoka izolacja nie jest łatwo narażona na hałas, ale także zapobiega przypadkowemu przepływowi prądu pomiędzy sąsiednimi obwodami, co jest niezwykle skuteczne pod względem bezpieczeństwa. A sama konstrukcja jest stosunkowo prosta i rozsądna.

Wyjątkową zaletą transoptorów ze względu na ich długą historię jest także bogata oferta produktów różnych producentów. Ponieważ nie ma kontaktu fizycznego, zużycie między częściami jest niewielkie, a żywotność jest dłuższa. Z drugiej strony istnieją również cechy, które powodują, że skuteczność świetlna łatwo ulega wahaniom, ponieważ dioda LED powoli pogarsza się wraz z upływem czasu i zmianami temperatury.

Zwłaszcza, gdy wewnętrzne elementy przezroczystego plastiku przez długi czas stają się mętne, nie może to być zbyt dobre światło. Jednak w każdym przypadku żywotność jest zbyt długa w porównaniu ze stykiem styku mechanicznego.

Fototranzystory są na ogół wolniejsze niż fotodiody, dlatego nie są używane do szybkiej komunikacji. Nie jest to jednak wada, ponieważ niektóre komponenty mają po stronie wyjściowej obwody wzmacniające w celu zwiększenia prędkości. W rzeczywistości nie wszystkie obwody elektroniczne muszą zwiększać prędkość.

③ Użycie

Sprzęgacze fotoelektryczneużywane są głównie do operacji przełączania. Obwód będzie zasilany poprzez włączenie wyłącznika, jednak z punktu widzenia powyższych charakterystyk, zwłaszcza izolacji i długiej żywotności, dobrze sprawdza się w scenariuszach wymagających dużej niezawodności. Na przykład hałas jest wrogiem elektroniki medycznej i sprzętu audio/sprzętu komunikacyjnego.

Stosowany jest także w układach napędowych silników. Powodem powstania silnika jest to, że prędkość jest kontrolowana przez falownik podczas jego napędzania, ale generuje on hałas ze względu na dużą moc wyjściową. Hałas ten nie tylko spowoduje awarię samego silnika, ale także przepłynie przez „masę”, wpływając na urządzenia peryferyjne. W szczególności sprzęt z długim okablowaniem łatwo wychwytuje ten hałas o dużej mocy, więc jeśli zdarzy się to w fabryce, spowoduje to duże straty, a czasami spowoduje poważne wypadki. Dzięki zastosowaniu wysoce izolowanych transoptorów do przełączania można zminimalizować wpływ na inne obwody i urządzenia.

Po drugie, jak wybrać i używać transoptorów

Jak zastosować odpowiedni transoptor do zastosowania przy projektowaniu produktu? Następujący inżynierowie zajmujący się rozwojem mikrokontrolerów wyjaśnią, jak wybrać i używać transoptorów.

① Zawsze otwieraj i zawsze zamykaj

Istnieją dwa typy transoptorów: typ, w którym przełącznik jest wyłączany (wyłączany) w przypadku braku napięcia, typ, w którym przełącznik jest włączany (wyłączany) po przyłożeniu napięcia oraz typ, w którym przełącznik jest włączony, gdy nie ma napięcia. Załącz i wyłącz po przyłożeniu napięcia.

Ten pierwszy nazywa się normalnie otwartym, a drugi normalnie zamkniętym. Jak wybrać, najpierw zależy od tego, jakiego rodzaju obwodu potrzebujesz.

② Sprawdź prąd wyjściowy i przyłożone napięcie

Transoptory mają właściwość wzmacniania sygnału, ale nie zawsze przepuszczają napięcie i prąd według własnego uznania. Oczywiście jest on znamionowy, ale od strony wejściowej należy przyłożyć napięcie zgodnie z pożądanym prądem wyjściowym.

Jeśli spojrzymy na kartę katalogową produktu, zobaczymy wykres, w którym oś pionowa to prąd wyjściowy (prąd kolektora), a oś pozioma to napięcie wejściowe (napięcie kolektor-emiter). Prąd kolektora zmienia się w zależności od natężenia światła LED, dlatego należy zastosować napięcie zgodnie z pożądanym prądem wyjściowym.

Można jednak pomyśleć, że obliczony tutaj prąd wyjściowy jest zaskakująco mały. Jest to wartość prądu, która może być nadal niezawodnie wyprowadzana po uwzględnieniu pogarszania się stanu diody LED w czasie, a zatem jest mniejsza niż maksymalna wartość znamionowa.

Wręcz przeciwnie, zdarzają się przypadki, w których prąd wyjściowy nie jest duży. Dlatego przy wyborze transoptora należy dokładnie sprawdzić „prąd wyjściowy” i wybrać pasujący do niego produkt.

③ Maksymalny prąd

Maksymalny prąd przewodzenia to maksymalna wartość prądu, jaką transoptor może wytrzymać podczas przewodzenia. Ponownie, przed zakupem musimy się upewnić, ile mocy wyjściowej potrzebuje projekt i jakie jest napięcie wejściowe. Upewnij się, że maksymalna wartość i zastosowany prąd nie są limitami, ale istnieje pewien margines.

④ Ustaw prawidłowo transoptor

Wybierając odpowiedni transoptor, wykorzystajmy go w prawdziwym projekcie. Sama instalacja jest prosta, wystarczy podłączyć zaciski podłączone do każdego obwodu wejściowego i wyjściowego. Należy jednak zachować ostrożność, aby nie pomylić strony wejściowej i wyjściowej. Dlatego należy również sprawdzić symbole w tabeli danych, aby po narysowaniu płytki PCB nie stwierdzić, że stopka łącznika fotoelektrycznego jest nieprawidłowa.