מהו מצפור, כיצד לבחור ולהשתמש במצמד?

מצמדים אופטיים, המחברים מעגלים באמצעות אותות אופטיים כמדיום, הם אלמנט פעיל בתחומים בהם דיוק גבוה הוא הכרחי, כגון אקוסטיקה, רפואה ותעשייה, בשל הרבגוניות והאמינות הגבוהות שלהם, כגון עמידות ובידוד.

אבל מתי ובאילו נסיבות פועל המצמד האופטו, ומה העיקרון מאחוריו? או כאשר אתה באמת משתמש במצמד הצילום בעבודת האלקטרוניקה שלך, ייתכן שאינך יודע כיצד לבחור ולהשתמש בו. מכיוון שמצמד אופטו מבולבל לעתים קרובות עם "פוטוטרנזיסטור" ו"פוטודיודה". לכן, מה זה photocoupler יוצג במאמר זה.
מהו מצמד צילום?

המצמד האופטו הוא רכיב אלקטרוני שהאטימולוגיה שלו היא אופטית

מצמד, שפירושו "צימוד עם אור". לפעמים ידוע גם בתור מצמד אופטי, מבודד אופטי, בידוד אופטי וכו'. הוא מורכב מאלמנט פולט אור ואלמנט קולט אור, ומחבר מעגל צד קלט ומעגל צד מוצא באמצעות אות אופטי. אין קשר חשמלי בין המעגלים הללו, במילים אחרות, במצב של בידוד. לכן, חיבור המעגל בין הקלט ליציאה נפרד ורק האות מועבר. חיבור מאובטח של מעגלים עם רמות מתח כניסה ויציאה שונות באופן משמעותי, עם בידוד מתח גבוה בין קלט ליציאה.

בנוסף, על ידי שידור או חסימה של אות האור הזה, הוא פועל כמתג. העיקרון והמנגנון המפורטים יוסברו בהמשך, אך האלמנט פולט האור של המצמד הוא LED (דיודה פולטת אור).

משנות ה-60 ועד שנות ה-70, כאשר הומצאו הלדים וההתקדמות הטכנולוגית שלהם הייתה משמעותית,אופטואלקטרוניקההפך לבום. באותה תקופה, שוניםמכשירים אופטייםהומצאו, והמצמד הפוטואלקטרי היה אחד מהם. לאחר מכן, האופטו-אלקטרוניקה חדרה במהירות לחיינו.

① עקרון/מנגנון

העיקרון של המצמד האופטי הוא שהאלמנט פולט האור ממיר את האות החשמלי המבוא לאור, והאלמנט קולט האור מעביר את האות החשמלי של האור בחזרה למעגל צד הפלט. האלמנט פולט האור והאלמנט קולט האור נמצאים בחלק הפנימי של גוש האור החיצוני, והשניים נמצאים זה מול זה על מנת להעביר אור.

המוליך למחצה המשמש באלמנטים פולטי אור הוא LED (דיודה פולטת אור). מצד שני, ישנם סוגים רבים של מוליכים למחצה המשמשים במכשירים קולטי אור, תלוי בסביבת השימוש, גודל חיצוני, מחיר וכו', אך באופן כללי, הנפוץ ביותר בשימוש הוא הפוטוטרנזיסטור.

כאשר אינם פועלים, פוטו-טרנזיסטורים נושאים מעט מהזרם שעושים מוליכים למחצה רגילים. כאשר האור נופל שם, הפוטו-טרנזיסטור יוצר כוח פוטואלקטרו-מוטיבי על פני השטח של המוליך למחצה מסוג P ומוליך למחצה מסוג N, החורים במוליך למחצה מסוג N זורמים לאזור p, המוליך למחצה האלקטרון החופשי באזור p זורם לתוך אזור n, והזרם יזרום.

פוטו-טרנזיסטורים אינם מגיבים כמו פוטו-דיודות, אך יש להם גם השפעה של הגברת הפלט למאות עד פי 1,000 מאות הכניסה (בשל השדה החשמלי הפנימי). לכן, הם רגישים מספיק כדי לקלוט אפילו אותות חלשים, וזה יתרון.

למעשה, "חוסם האור" שאנו רואים הוא מכשיר אלקטרוני בעל אותו עיקרון ומנגנון.

עם זאת, מפריעי אור משמשים בדרך כלל כחיישנים ומבצעים את תפקידם על ידי העברת עצם חוסם אור בין האלמנט פולט האור לאלמנט קולט האור. לדוגמה, ניתן להשתמש בו כדי לזהות מטבעות ושטרות במכונות אוטומטיות וכספומטים.

② תכונות

מכיוון שהמצמד האופטו משדר אותות דרך אור, הבידוד בין צד הקלט לצד המוצא הוא תכונה עיקרית. בידוד גבוה אינו מושפע בקלות מרעש, אך גם מונע זרימת זרם מקרית בין מעגלים סמוכים, וזה יעיל ביותר מבחינת בטיחות. והמבנה עצמו יחסית פשוט וסביר.

בשל ההיסטוריה הארוכה שלו, מערך המוצרים העשיר של יצרנים שונים מהווה גם יתרון ייחודי של מצמדים אופטיים. מכיוון שאין מגע פיזי, השחיקה בין החלקים קטנה, והחיים ארוכים יותר. מצד שני, יש גם מאפיינים שיעילות האור קלה לתנודות, מכיוון שה-LED תתדרדר לאט לאט עם חלוף הזמן ושינויי הטמפרטורה.

במיוחד כאשר הרכיב הפנימי של הפלסטיק השקוף במשך זמן רב, הופך מעונן, זה לא יכול להיות אור טוב מאוד. עם זאת, בכל מקרה, החיים ארוכים מדי בהשוואה למגע המגע של המגע המכני.

פוטו-טרנזיסטורים הם בדרך כלל איטיים יותר מפוטודיודות, ולכן הם אינם משמשים לתקשורת במהירות גבוהה. עם זאת, זה לא חיסרון, שכן לחלק מהרכיבים יש מעגלי הגברה בצד הפלט כדי להגביר את המהירות. למעשה, לא כל המעגלים האלקטרוניים צריכים להגביר את המהירות.

③ שימוש

מחברים פוטואלקטרייםמשמשים בעיקר להפעלת מיתוג. המעגל יופעל על ידי הפעלת המתג, אך מנקודת המבט של המאפיינים לעיל, במיוחד בידוד וחיים ארוכים, הוא מתאים לתרחישים הדורשים אמינות גבוהה. לדוגמה, רעש הוא האויב של אלקטרוניקה רפואית וציוד שמע/ציוד תקשורת.

הוא משמש גם במערכות הנעה מנוע. הסיבה למנוע היא שהמהירות נשלטת על ידי המהפך כאשר הוא מונע, אך הוא יוצר רעש בשל התפוקה הגבוהה. רעש זה לא רק יגרום למנוע עצמו להיכשל, אלא גם לזרום דרך ה"אדמה" המשפיעה על ציוד היקפי. במיוחד, קל לקלוט ציוד עם חיווט ארוך את רעש התפוקה הגבוה הזה, כך שאם זה קורה במפעל, זה יגרום להפסדים גדולים ולעיתים יגרום לתאונות קשות. על ידי שימוש במצמדים אופטיים מבודדים במיוחד למיתוג, ניתן למזער את ההשפעה על מעגלים והתקנים אחרים.

שנית, כיצד לבחור ולהשתמש במצמדים אופטו

כיצד להשתמש במצמד האופטו הנכון ליישום בעיצוב מוצר? מהנדסי פיתוח המיקרו-בקרים הבאים יסבירו כיצד לבחור ולהשתמש במצמדים אופטו.

① תמיד פתוח ותמיד סגור

ישנם שני סוגים של מצמדי פוטו: סוג שבו המתג כבוי (כבוי) כאשר לא מופעל מתח, סוג שבו המתג מופעל (כבוי) כאשר מופעל מתח, וסוג שבו המתג מופעל. מופעל כאשר אין מתח. החל וכבה כאשר מופעל מתח.

הראשון נקרא רגיל פתוח, והאחרון נקרא רגיל סגור. איך לבחור, ראשית תלוי איזה סוג של מעגל אתה צריך.

② בדוק את זרם המוצא והמתח המופעל

למצמדים יש את התכונה להגביר את האות, אך לא תמיד עוברים דרך מתח וזרם כרצונם. כמובן שהוא מדורג, אבל צריך להפעיל מתח מצד הקלט בהתאם לזרם המוצא הרצוי.

אם נסתכל על דף הנתונים של המוצר, נוכל לראות תרשים שבו הציר האנכי הוא זרם המוצא (זרם האספן) והציר האופקי הוא מתח הכניסה (מתח קולט-פולט). זרם הקולט משתנה בהתאם לעוצמת אור ה-LED, לכן הפעל את המתח בהתאם לזרם המוצא הרצוי.

עם זאת, אתה עשוי לחשוב שזרם המוצא המחושב כאן קטן באופן מפתיע. זהו הערך הנוכחי שעדיין ניתן להפיק באופן מהימן לאחר התחשבות בהידרדרות הנורית לאורך זמן, כך שהוא נמוך מהדירוג המרבי.

להיפך, ישנם מקרים בהם זרם המוצא אינו גדול. לכן, בעת בחירת המצמד האופטו, הקפד לבדוק היטב את "זרם המוצא" ולבחור את המוצר המתאים לו.

③ זרם מקסימלי

זרם ההולכה המרבי הוא ערך הזרם המרבי שהמצמד האופטו יכול לעמוד בו בעת הולכה. שוב, עלינו לוודא שאנו יודעים כמה תפוקה זקוק הפרויקט ומהו מתח הכניסה לפני שאנו קונים. ודא שהערך המרבי והזרם בשימוש אינם מגבלות, אלא שיש מרווח מסוים.

④ הגדר את מצמד הצילום בצורה נכונה

לאחר שבחרנו את המצמד האופטו הנכון, בואו נשתמש בו בפרויקט אמיתי. ההתקנה עצמה קלה, פשוט חבר את המסופים המחוברים לכל מעגל צד קלט ומעגל צד פלט. עם זאת, יש להיזהר מכיוון לא נכון של צד הקלט וצד הפלט. לכן יש לבדוק גם את הסמלים בטבלת הנתונים, כדי שלא תגלו שרגל המצמד הפוטואלקטרי שגוי לאחר שרטוט לוח ה-PCB.