فتوکوپلر چیست، چگونه فتوکوپلر را انتخاب و استفاده کنیم؟

اپتوکوپلرها که مدارها را با استفاده از سیگنال های نوری به عنوان رسانه به هم متصل می کنند، به دلیل تطبیق پذیری و قابلیت اطمینان بالا مانند دوام و عایق، عنصری فعال در مناطقی هستند که دقت بالا ضروری است، مانند آکوستیک، پزشکی و صنعت.

اما اپتوکوپلر چه زمانی و تحت چه شرایطی کار می کند و اصل پشت آن چیست؟ یا زمانی که شما واقعاً از فتوکوپلر در کارهای الکترونیکی خود استفاده می کنید، ممکن است نحوه انتخاب و استفاده از آن را ندانید. از آنجا که اپتوکوپلر اغلب با "فتوترانزیستور" و "فتودیود" اشتباه گرفته می شود. بنابراین در این مقاله به معرفی فتوکوپلر چیست.
فتوکوپلر چیست؟

Optocoupler یک قطعه الکترونیکی است که ریشه آن نوری است

کوپلر، که به معنای "جفت شدن با نور" است. گاهی اوقات به عنوان اپتوکوپلر، ایزولاتور نوری، عایق نوری و غیره نیز شناخته می شود. از عنصر ساطع کننده نور و عنصر دریافت نور تشکیل شده است و مدار سمت ورودی و مدار جانبی خروجی را از طریق سیگنال نوری متصل می کند. هیچ اتصال الکتریکی بین این مدارها وجود ندارد، به عبارت دیگر در حالت عایق بودن. بنابراین اتصال مدار بین ورودی و خروجی جدا بوده و فقط سیگنال ارسال می شود. مدارها را با سطوح ولتاژ ورودی و خروجی بسیار متفاوت و با عایق ولتاژ بالا بین ورودی و خروجی، ایمن وصل کنید.

علاوه بر این، با ارسال یا مسدود کردن این سیگنال نور، به عنوان یک سوئیچ عمل می کند. اصل و مکانیسم دقیق بعدا توضیح داده خواهد شد، اما عنصر ساطع کننده نور فتوکوپلر یک LED (دیود ساطع کننده نور) است.

از دهه 1960 تا 1970، زمانی که led ها اختراع شدند و پیشرفت های تکنولوژیکی آنها قابل توجه بود.اپتوالکترونیکتبدیل به رونق شد. در آن زمان، مختلفدستگاه های نوریاختراع شدند و کوپلر فوتوالکتریک یکی از آنها بود. پس از آن، اپتوالکترونیک به سرعت به زندگی ما نفوذ کرد.

① اصل/مکانیسم

اصل اپتوکوپلر این است که عنصر ساطع کننده نور، سیگنال الکتریکی ورودی را به نور تبدیل می کند و عنصر دریافت کننده نور، سیگنال الکتریکی نور را به مدار سمت خروجی منتقل می کند. عنصر ساطع کننده نور و عنصر دریافت کننده نور در قسمت داخلی بلوک نور خارجی قرار دارند و این دو در مقابل یکدیگر قرار دارند تا نور را عبور دهند.

نیمه هادی مورد استفاده در عناصر ساطع کننده نور LED (دیود ساطع کننده نور) است. از سوی دیگر، بسته به محیط استفاده، اندازه خارجی، قیمت و غیره، انواع مختلفی از نیمه هادی ها در دستگاه های دریافت نور مورد استفاده قرار می گیرند، اما به طور کلی، متداول ترین آنها فوتوترانزیستور است.

هنگامی که فتوترانزیستورها کار نمی کنند، جریان کمی از نیمه هادی های معمولی را حمل می کنند. هنگامی که نور به آنجا برخورد می کند، فوتوترانزیستور نیروی فوتوالکتروموتوری را بر روی سطح نیمه هادی نوع P و نیمه هادی نوع N ایجاد می کند، سوراخ های نیمه هادی نوع N در ناحیه p جریان می یابد، نیمه هادی الکترون آزاد در ناحیه p جریان می یابد. به منطقه n، و جریان جاری خواهد شد.

ترانزیستورهای نوری به اندازه فوتودیودها پاسخگو نیستند، اما آنها همچنین دارای اثر تقویت خروجی به صدها تا 1000 برابر سیگنال ورودی هستند (به دلیل میدان الکتریکی داخلی). بنابراین، آنها به اندازه کافی حساس هستند تا سیگنال های ضعیف را دریافت کنند، که یک مزیت است.

در واقع "مسدود کننده نور" که می بینیم یک دستگاه الکترونیکی با همان اصل و مکانیسم است.

با این حال، قطع کننده های نور معمولاً به عنوان حسگر استفاده می شوند و نقش خود را با عبور دادن یک جسم مسدود کننده نور بین عنصر ساطع کننده نور و عنصر دریافت کننده نور انجام می دهند. به عنوان مثال، می توان از آن برای تشخیص سکه و اسکناس در دستگاه های فروش خودکار و دستگاه های خودپرداز استفاده کرد.

② ویژگی ها

از آنجایی که اپتوکوپلر سیگنال ها را از طریق نور منتقل می کند، عایق بین سمت ورودی و خروجی یک ویژگی اصلی است. عایق بالا به راحتی تحت تأثیر نویز قرار نمی گیرد، اما از جریان تصادفی جریان بین مدارهای مجاور نیز جلوگیری می کند که از نظر ایمنی بسیار مؤثر است. و خود ساختار نسبتاً ساده و معقول است.

با توجه به سابقه طولانی آن، خط تولید غنی تولید کنندگان مختلف نیز مزیت منحصر به فرد اپتوکوپلرها است. از آنجا که هیچ تماس فیزیکی وجود ندارد، سایش بین قطعات کم است و عمر طولانی تر است. از سوی دیگر، ویژگی هایی نیز وجود دارد که بازده نوری به راحتی قابل نوسان است، زیرا LED با گذشت زمان و تغییرات دما به آرامی خراب می شود.

به خصوص هنگامی که جزء داخلی پلاستیک شفاف برای مدت طولانی، کدر می شود، نمی تواند نور بسیار خوبی باشد. با این حال، در هر صورت، در مقایسه با تماس تماس مکانیکی، عمر بسیار طولانی است.

فوتوترانزیستورها معمولاً کندتر از فتودیودها هستند، بنابراین برای ارتباطات پرسرعت از آنها استفاده نمی شود. با این حال، این یک نقطه ضعف نیست، زیرا برخی از قطعات دارای مدارهای تقویت کننده در سمت خروجی برای افزایش سرعت هستند. در واقع همه مدارهای الکترونیکی نیازی به افزایش سرعت ندارند.

③ استفاده

کوپلرهای فوتوالکتریکعمدتا برای عملیات سوئیچینگ استفاده می شود. مدار با روشن کردن سوئیچ برق می‌شود، اما از نظر ویژگی‌های فوق، به‌ویژه عایق بودن و عمر طولانی، برای سناریوهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند، مناسب است. به عنوان مثال، نویز دشمن الکترونیک پزشکی و تجهیزات صوتی/تجهیزات ارتباطی است.

همچنین در سیستم های محرک موتور استفاده می شود. دلیل موتور این است که در هنگام راندن، سرعت توسط اینورتر کنترل می شود، اما به دلیل خروجی بالا، نویز ایجاد می کند. این سر و صدا نه تنها باعث از کار افتادن خود موتور می شود، بلکه از طریق "زمین" بر تجهیزات جانبی نیز جریان می یابد. به ویژه تجهیزات با سیم کشی طولانی به راحتی می توانند این صدای خروجی بالا را دریافت کنند، بنابراین اگر در کارخانه اتفاق بیفتد باعث تلفات بزرگ و گاهی اوقات حوادث جدی می شود. با استفاده از اپتوکوپلرهای بسیار عایق برای سوئیچینگ، تاثیر آن بر مدارها و دستگاه های دیگر را می توان به حداقل رساند.

دوم، نحوه انتخاب و استفاده از اپتوکوپلرها

چگونه از اپتوکوپلر مناسب برای کاربرد در طراحی محصول استفاده کنیم؟ مهندسان توسعه میکروکنترلر زیر نحوه انتخاب و استفاده از اپتوکوپلرها را توضیح خواهند داد.

① همیشه باز و همیشه بسته

دو نوع فتوکوپلر وجود دارد: یک نوع که در آن کلید خاموش (خاموش) زمانی که ولتاژ اعمال نمی شود، یک نوع که در آن سوئیچ هنگام اعمال ولتاژ روشن (خاموش) می شود و نوعی که در آن سوئیچ هنگامی که ولتاژ وجود ندارد روشن می شود. اعمال و هنگامی که ولتاژ اعمال می شود خاموش کنید.

اولی به طور معمول باز و دومی به طور معمول بسته نامیده می شود. نحوه انتخاب، ابتدا بستگی به نوع مدار مورد نیاز شما دارد.

② جریان خروجی و ولتاژ اعمالی را بررسی کنید

فتوکوپلرها دارای خاصیت تقویت سیگنال هستند، اما همیشه به دلخواه از ولتاژ و جریان عبور نمی کنند. البته نامی است اما باید ولتاژی از سمت ورودی با توجه به جریان خروجی مورد نظر اعمال شود.

اگر به برگه اطلاعات محصول نگاه کنیم، نموداری را می بینیم که در آن محور عمودی جریان خروجی (جریان کلکتور) و محور افقی ولتاژ ورودی (ولتاژ کلکتور-امیتر) است. جریان کلکتور با توجه به شدت نور LED متفاوت است، بنابراین ولتاژ را با توجه به جریان خروجی مورد نظر اعمال کنید.

با این حال، ممکن است فکر کنید که جریان خروجی محاسبه شده در اینجا به طرز شگفت آوری کم است. این مقدار فعلی است که پس از در نظر گرفتن خرابی LED در طول زمان، همچنان می تواند به طور قابل اعتماد خروجی داشته باشد، بنابراین کمتر از حداکثر امتیاز است.

برعکس، مواردی وجود دارد که جریان خروجی زیاد نیست. بنابراین، هنگام انتخاب اپتوکوپلر، مطمئن شوید که "جریان خروجی" را به دقت بررسی کنید و محصولی را انتخاب کنید که با آن مطابقت دارد.

③ حداکثر جریان

حداکثر جریان هدایت حداکثر مقدار جریانی است که اپتوکوپلر می تواند در هنگام هدایت تحمل کند. مجدداً باید قبل از خرید مطمئن شویم که پروژه به چه مقدار خروجی نیاز دارد و ولتاژ ورودی چقدر است. اطمینان حاصل کنید که حداکثر مقدار و جریان استفاده شده محدود نیستند، بلکه مقداری حاشیه وجود دارد.

④ فتوکوپلر را به درستی تنظیم کنید

پس از انتخاب اپتوکوپلر مناسب، بیایید از آن در یک پروژه واقعی استفاده کنیم. نصب به خودی خود آسان است، فقط ترمینال های متصل به هر مدار سمت ورودی و مدار سمت خروجی را وصل کنید. با این حال، باید مراقب بود که سمت ورودی و خروجی اشتباه گرفته نشود. بنابراین باید علائم جدول داده ها را نیز بررسی کنید تا پس از کشیدن برد PCB متوجه اشتباه بودن پای کوپلر فوتوالکتریک نشوید.