Optik siqnallardan istifadə edərək dövrələri birləşdirən optokupllar, yüksək çox yönlülüyü və etibarlılığı, məsələn, davamlılığı və izolyasiyası səbəbindən akustika, tibb və sənaye kimi yüksək dəqiqliyin vacib olduğu sahələrdə aktiv elementdir.
Bəs optokupl nə vaxt və hansı şəraitdə işləyir və onun arxasındakı prinsip nədir? Yaxud fotokouplörü öz elektronika işinizdə istifadə etdiyiniz zaman onu necə seçəcəyinizi və istifadə edəcəyinizi bilməyəcəksiniz. Çünki optokupl tez-tez "fototransistor" və "fotodiod" ilə qarışdırılır. Buna görə də, bu məqalədə fotokouplörün nə olduğu izah ediləcək.
Fotokupe nədir?
Optokupl, etimologiyası optik olan elektron komponentdir
"işıqla birləşmə" mənasını verən birləşdirici. Bəzən optokupl, optik izolyator, optik izolyasiya və s. kimi də tanınır. İşıq saçan element və işıq qəbuledici elementdən ibarətdir və giriş yan dövrəsini və çıxış yan dövrəsini optik siqnal vasitəsilə birləşdirir. Bu dövrələr arasında, başqa sözlə, izolyasiya vəziyyətində heç bir elektrik bağlantısı yoxdur. Buna görə də, giriş və çıxış arasındakı dövrə bağlantısı ayrıdır və yalnız siqnal ötürülür. Giriş və çıxış gərginlik səviyyələri əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olan dövrələri təhlükəsiz şəkildə birləşdirin, giriş və çıxış arasında yüksək gərginlikli izolyasiya təmin edin.
Bundan əlavə, bu işıq siqnalını ötürməklə və ya bloklamaqla, o, açar kimi çıxış edir. Ətraflı prinsip və mexanizm daha sonra izah ediləcək, lakin fotokupenin işıq saçan elementi LED-dir (işıq saçan diod).
1960-cı illərdən 1970-ci illərə qədər, LED-lərin ixtira edildiyi və texnoloji irəliləyişlərinin əhəmiyyətli olduğu dövrdə,optoelektronikabum oldu. O dövrdə müxtəlifoptik cihazlaricad edildi və fotoelektrik muftalar onlardan biri idi. Sonradan optoelektronika həyatımıza tez bir zamanda nüfuz etdi.
① Prinsip/mexanizm
Optokuplerin prinsipi ondan ibarətdir ki, işıq yayan element giriş elektrik siqnalını işığa çevirir və işıq qəbul edən element işığın geri elektrik siqnalını çıxış yan dövrəsinə ötürür. İşıq yayan element və işıq qəbul edən element xarici işıq blokunun içərisindədir və ikisi işığı ötürmək üçün bir-birinə qarşıdır.
İşıq saçan elementlərdə istifadə olunan yarımkeçirici LED-dir (işıq saçan diod). Digər tərəfdən, işıq qəbul edən cihazlarda istifadə mühitindən, xarici ölçüdən, qiymətdən və s. asılı olaraq bir çox növ yarımkeçirici istifadə olunur, lakin ümumiyyətlə, ən çox istifadə edilən fototranzistordur.
İşləmədikdə, fototransistorlar adi yarımkeçiricilərdəkindən az cərəyan keçirir. İşıq oraya düşəndə, fototransistor P tipli yarımkeçirici və N tipli yarımkeçiricinin səthində fotoelektromotor qüvvə yaradır, N tipli yarımkeçiricidəki dəliklər p bölgəsinə, p bölgəsindəki sərbəst elektron yarımkeçirici isə n bölgəsinə axır və cərəyan axacaq.
Fototransistorlar fotodiodlar qədər həssas deyil, lakin onlar həmçinin çıxış siqnalını giriş siqnalının yüzlərlə ilə 1000 qatına qədər gücləndirmə effektinə malikdirlər (daxili elektrik sahəsi səbəbindən). Buna görə də, onlar hətta zəif siqnalları belə qəbul edəcək qədər həssasdırlar ki, bu da üstünlükdür.
Əslində, gördüyümüz “işıq bloklayıcısı” eyni prinsipə və mexanizmə malik elektron cihazdır.
Lakin, işıq kəsiciləri adətən sensor kimi istifadə olunur və işıq yayan element ilə işıq qəbul edən element arasında işıq maneə törədən bir obyekt keçirməklə öz rollarını yerinə yetirirlər. Məsələn, avtomatlarda və bankomatlarda sikkələri və əskinasları aşkar etmək üçün istifadə edilə bilər.
② Xüsusiyyətlər
Optokupl işıq vasitəsilə siqnalları ötürdüyündən, giriş və çıxış tərəfləri arasındakı izolyasiya əsas xüsusiyyətdir. Yüksək izolyasiya səs-küydən asanlıqla təsirlənmir, eyni zamanda qonşu dövrələr arasında təsadüfi cərəyan axınının qarşısını alır ki, bu da təhlükəsizlik baxımından olduqca təsirlidir. Və strukturun özü nisbətən sadə və ağlabatandır.
Uzun tarixinə görə, müxtəlif istehsalçıların zəngin məhsul çeşidi də optokuplların unikal üstünlüyüdür. Fiziki təmas olmadığı üçün hissələr arasında aşınma azdır və ömrü daha uzundur. Digər tərəfdən, işıq səmərəliliyinin dəyişməsi asan olan xüsusiyyətlər də mövcuddur, çünki LED zaman keçdikcə və temperatur dəyişiklikləri ilə yavaş-yavaş pisləşir.
Xüsusilə şəffaf plastikin daxili hissəsi uzun müddət bulanıq olduqda, çox yaxşı işıq ola bilməz. Lakin, hər halda, mexaniki təmasla müqayisədə ömrü çox uzundur.
Fototransistorlar ümumiyyətlə fotodiodlardan daha yavaşdırlar, buna görə də yüksək sürətli rabitə üçün istifadə edilmir. Lakin bu, çatışmazlıq deyil, çünki bəzi komponentlərin çıxış tərəfində sürəti artırmaq üçün gücləndirmə dövrələri var. Əslində, bütün elektron dövrələrin sürəti artırmasına ehtiyac yoxdur.
③ İstifadə
Fotoelektrik muftalarəsasən kommutasiya əməliyyatı üçün istifadə olunur. Dövrə kommutatoru işə salmaqla enerji ilə təmin olunacaq, lakin yuxarıda göstərilən xüsusiyyətlər, xüsusən də izolyasiya və uzun ömür baxımından yüksək etibarlılıq tələb edən ssenarilərə çox uyğundur. Məsələn, səs-küy tibbi elektronika və audio avadanlıq/rabitə avadanlıqlarının düşmənidir.
Həmçinin mühərrik idarəetmə sistemlərində də istifadə olunur. Mühərrikin səbəbi, inverter tərəfindən idarə olunduğu zaman sürətin idarə olunmasıdır, lakin yüksək çıxış gücünə görə səs-küy yaradır. Bu səs-küy təkcə mühərrikin özünün sıradan çıxmasına deyil, həm də periferik qurğulara təsir edən "yer"dən axmasına səbəb olur. Xüsusilə, uzun naqilləri olan avadanlıqların bu yüksək çıxış səs-küyünü asanlıqla qəbul etməsi mümkündür, buna görə də bu, fabrikdə baş verərsə, böyük itkilərə səbəb olacaq və bəzən ciddi qəzalara səbəb olacaq. Kommutasiya üçün yüksək izolyasiyalı optokupllardan istifadə etməklə digər dövrələrə və cihazlara təsir minimuma endirilə bilər.
İkincisi, optokuplları necə seçmək və istifadə etmək olar
Məhsul dizaynında tətbiq üçün düzgün optokupldan necə istifadə etməli? Aşağıdakı mikrokontroller inkişaf mühəndisləri optokuplların necə seçiləcəyini və istifadə ediləcəyini izah edəcəklər.
① Həmişə açıq və həmişə bağlı
Fotokuplerlərin iki növü var: gərginlik tətbiq edilmədikdə açarın söndürüldüyü (söndürüldüyü) tip, gərginlik tətbiq edildikdə açarın açıldığı (söndürüldüyü) tip və gərginlik olmadıqda açarın açıldığı tip. Gərginlik tətbiq edildikdə tətbiq olunur və sönür.
Birincisi normal açıq, ikincisi isə normal bağlı adlanır. Necə seçiləcəyi, əvvəlcə hansı dövrəyə ehtiyacınız olduğundan asılıdır.
② Çıxış cərəyanını və tətbiq olunan gərginliyi yoxlayın
Fotokuplerlər siqnalı gücləndirmək xüsusiyyətinə malikdir, lakin həmişə gərginlik və cərəyanı istədiyi kimi keçirmir. Əlbəttə ki, nominaldır, lakin giriş tərəfindən istənilən çıxış cərəyanına uyğun olaraq gərginlik tətbiq edilməlidir.
Məhsulun məlumat vərəqinə baxsaq, şaquli oxun çıxış cərəyanı (kollektor cərəyanı), üfüqi oxun isə giriş gərginliyi (kollektor-emitter gərginliyi) olduğu bir cədvəl görə bilərik. Kollektor cərəyanı LED işığının intensivliyinə görə dəyişir, ona görə də gərginliyi istədiyiniz çıxış cərəyanına uyğun olaraq tətbiq edin.
Lakin, burada hesablanmış çıxış cərəyanının təəccüblü dərəcədə kiçik olduğunu düşünə bilərsiniz. Bu, LED-in zamanla pisləşməsi nəzərə alındıqdan sonra hələ də etibarlı şəkildə çıxarıla bilən cərəyan dəyəridir, buna görə də maksimum reytinqdən azdır.
Əksinə, çıxış cərəyanının böyük olmadığı hallar da mövcuddur. Buna görə də, optokupl seçərkən "çıxış cərəyanını" diqqətlə yoxlayın və ona uyğun məhsulu seçin.
③ Maksimum cərəyan
Maksimum keçiricilik cərəyanı, optokuplun keçiricilik zamanı tab gətirə biləcəyi maksimum cərəyan dəyəridir. Yenə də, satın almadan əvvəl layihənin nə qədər çıxışa ehtiyacı olduğunu və giriş gərginliyinin nə olduğunu bildiyimizdən əmin olmalıyıq. Maksimum dəyərin və istifadə olunan cərəyanın məhdudiyyət olmadığından, müəyyən bir marja olduğundan əmin olun.
④ Fotokupe cihazını düzgün qurun
Düzgün optokupl seçdikdən sonra, onu real layihədə istifadə edək. Quraşdırmanın özü asandır, sadəcə hər bir giriş tərəfi dövrəsinə və çıxış tərəfi dövrəsinə qoşulmuş terminalları qoşun. Bununla belə, giriş tərəfini və çıxış tərəfini səhv istiqamətləndirməməyə diqqət yetirilməlidir. Buna görə də, PCB lövhəsini çəkdikdən sonra fotoelektrik mufta ayağının səhv olduğunu aşkar etməmək üçün məlumat cədvəlindəki simvolları da yoxlamalısınız.
Yazı vaxtı: 29 iyul 2023