Оптроните, които свързват вериги, използващи оптични сигнали като среда, са елемент, активен в области, където високата прецизност е незаменима, като акустика, медицина и промишленост, поради тяхната висока гъвкавост и надеждност, като например издръжливост и изолация.
Но кога и при какви обстоятелства работи оптронът и какъв е принципът му? Или когато действително използвате оптрон в собствената си електронна работа, може да не знаете как да го изберете и използвате. Тъй като оптронът често се бърка с „фототранзистор“ и „фотодиод“. Следователно, в тази статия ще бъде представено какво е оптрон.
Какво е фотонна връзка?
Оптронът е електронен компонент, чиято етимология е оптичен
разклонител, което означава „свързване със светлина“. Понякога е известен още като оптрон, оптичен изолатор, оптична изолация и др. Той се състои от светоизлъчващ елемент и светоприемник и свързва входната и изходната верига чрез оптичен сигнал. Няма електрическа връзка между тези вериги, с други думи, те са в състояние на изолация. Следователно, връзката на веригата между входа и изхода е отделна и се предава само сигналът. Свържете сигурно вериги със значително различни нива на входно и изходно напрежение, като използвате високоволтова изолация между входа и изхода.
Освен това, чрез предаване или блокиране на този светлинен сигнал, той действа като превключвател. Подробният принцип и механизъм ще бъдат обяснени по-късно, но светоизлъчващият елемент на оптоелектрона е светодиод (LED).
От 60-те до 70-те години на миналия век, когато са изобретени светодиодите и техният технологичен напредък е значителен,оптоелектроникастана бум. По това време различниоптични устройствабяха изобретени, а фотоелектричният разклонител беше един от тях. Впоследствие оптоелектрониката бързо проникна в живота ни.
① Принцип/механизъм
Принципът на оптрона е, че светоизлъчващият елемент преобразува входния електрически сигнал в светлина, а светоприемният елемент предава обратно електрическия сигнал към изходната верига. Светоизлъчващият и светоприемният елемент са разположени от вътрешната страна на блока на външната светлина и са разположени един срещу друг, за да предават светлина.
Полупроводникът, използван в светоизлъчващите елементи, е светодиодът (LED). От друга страна, има много видове полупроводници, използвани в светоприемни устройства, в зависимост от средата на употреба, външния размер, цената и т.н., но като цяло най-често използваният е фототранзисторът.
Когато не работят, фототранзисторите пренасят малко от тока, който пренасят обикновените полупроводници. Когато светлината падне върху тях, фототранзисторът генерира фотоелектродвижеща сила върху повърхността на P-тип полупроводника и N-тип полупроводника, дупките в N-тип полупроводника се вливат в p областта, свободните електрони на полупроводника в p областта се вливат в n областта и токът ще тече.
Фототранзисторите не са толкова чувствителни, колкото фотодиодите, но също така имат ефекта на усилване на изходния сигнал от стотици до 1000 пъти спрямо входния (поради вътрешното електрическо поле). Следователно, те са достатъчно чувствителни, за да улавят дори слаби сигнали, което е предимство.
Всъщност „блокерът на светлината“, който виждаме, е електронно устройство със същия принцип и механизъм.
Въпреки това, прекъсвачите на светлината обикновено се използват като сензори и изпълняват ролята си, като пропускат обект, блокиращ светлината, между светоизлъчващия елемент и светоприемния елемент. Например, те могат да се използват за откриване на монети и банкноти във вендинг машини и банкомати.
② Характеристики
Тъй като оптронът предава сигнали чрез светлина, изолацията между входната и изходната страна е основна характеристика. Високата изолация не се влияе лесно от шум, но също така предотвратява случайно протичане на ток между съседни вериги, което е изключително ефективно от гледна точка на безопасността. А самата структура е сравнително проста и разумна.
Поради дългата си история, богатата продуктова гама от различни производители също е уникално предимство на оптроните. Тъй като няма физически контакт, износването между частите е малко и животът е по-дълъг. От друга страна, има и характеристики, при които светлинната ефективност лесно се колебае, тъй като светодиодът бавно се влошава с течение на времето и температурните промени.
Особено когато вътрешният компонент на прозрачната пластмаса се помътни за дълго време, той не може да осигурява много добра светлина. Във всеки случай обаче животът му е твърде дълъг в сравнение с контакта на механичния контакт.
Фототранзисторите обикновено са по-бавни от фотодиодите, така че не се използват за високоскоростни комуникации. Това обаче не е недостатък, тъй като някои компоненти имат усилвателни схеми от изходната страна за увеличаване на скоростта. Всъщност не всички електронни схеми трябва да увеличават скоростта.
③ Употреба
Фотоелектрични съединителисе използват главно за превключване. Веригата ще се захранва чрез включване на превключвателя, но от гледна точка на горепосочените характеристики, особено изолацията и дългия живот, тя е подходяща за сценарии, изискващи висока надеждност. Например, шумът е враг на медицинската електроника и аудио оборудването/комуникационното оборудване.
Използва се и в системи за задвижване на двигатели. Причината за двигателя е, че скоростта му се контролира от инвертора, когато се задвижва, но той генерира шум поради високата изходна мощност. Този шум не само ще доведе до повреда на самия двигател, но и ще протече през „земята“, засягайки периферните устройства. По-специално, оборудване с дълги кабели лесно улавя този шум с висока изходна мощност, така че ако това се случи във фабриката, ще причини големи загуби и понякога ще причини сериозни аварии. Чрез използването на силно изолирани оптрони за превключване, въздействието върху други вериги и устройства може да бъде сведено до минимум.
Второ, как да изберете и използвате оптрони
Как да използваме правилния оптрон за приложение в продуктовия дизайн? Следните инженери по разработка на микроконтролери ще обяснят как да избираме и използваме оптронни устройства.
① Винаги отваряйте и винаги затваряйте
Има два вида оптрони: тип, при който превключвателят се изключва, когато не се прилага напрежение, тип, при който превключвателят се включва, когато се прилага напрежение, и тип, при който превключвателят се включва, когато няма напрежение. Прилагат се и се изключват, когато се прилага напрежение.
Първият се нарича нормално отворен, а вторият - нормално затворен. Как да изберете, първо, зависи от това какъв тип верига ви е необходима.
② Проверете изходния ток и приложеното напрежение
Оптроните имат свойството да усилват сигнала, но не винаги пропускат напрежение и ток по желание. Разбира се, това е номинално, но от входната страна трябва да се приложи напрежение, съответстващо на желания изходен ток.
Ако погледнем информационния лист на продукта, можем да видим диаграма, където вертикалната ос е изходният ток (колекторен ток), а хоризонталната ос е входното напрежение (колекторно-емитерно напрежение). Колекторният ток варира в зависимост от интензитета на светлината на светодиода, така че прилагайте напрежението според желания изходен ток.
Въпреки това, може да ви се стори, че изчисленият тук изходен ток е изненадващо малък. Това е стойността на тока, която все още може да се изведе надеждно, след като се вземе предвид влошаването на светодиода с течение на времето, така че е по-малка от максималната допустима стойност.
Напротив, има случаи, в които изходният ток не е голям. Ето защо, когато избирате оптрон, не забравяйте внимателно да проверите „изходния ток“ и да изберете продукт, който му съответства.
③ Максимален ток
Максималният ток на проводимост е максималната стойност на тока, която оптронът може да издържи при провеждане на ток. Отново, трябва да се уверим, че знаем какъв изход е необходим на проекта и какво е входното напрежение, преди да купим. Уверете се, че максималната стойност и използваният ток не са ограничения, а че има известен марж.
④ Настройте правилно оптоелектрическата връзка
След като сме избрали правилния оптрон, нека го използваме в реален проект. Самата инсталация е лесна, просто свържете клемите, свързани към всяка входна и изходна верига. Трябва обаче да се внимава да не се объркат входната и изходната страна. Следователно, трябва да проверите и символите в таблицата с данни, за да не откриете, че основата на фотоелектричния разклонител е грешна след изчертаване на печатната платка.
Време на публикуване: 29 юли 2023 г.