Mikä on valokuvaliittimen toimintaperiaate?

Johdanto

Valokytkimet, jotka tunnetaan myös nimellä optoerottimet tai opto-eristimet, ovat eräänlainen elektroninen komponentti, joka mahdollistaa sähköisten signaalien siirtämisen kahden eristetyn piirin välillä ilman suoraa sähköliitäntää. Niistä on tullut yhä tärkeämpiä nykyaikaisessa elektroniikassa, koska ne pystyvät tarjoamaan turvallisen eristyksen suurjännite- ja pienjännitepiirien välille sekä estämään sähköisiä kohinaa ja häiriöitä. Tässä artikkelissa käsittelemme valokuvakytkimien toimintaperiaatetta ja niiden yleistä käyttöä elektroniikassa.

Mikä on valokuvaliitin?

Valokuvaliitin on pohjimmiltaan optinen laite, joka koostuu kahdesta osasta: LEDistä (light-emitting diode) ja valoilmaisimesta (yleensä fototransistori tai fotovastus), jotka on suljettu yhteen pakkaukseen. LED lähettää valoa infrapuna- (IR) tai näkyvässä spektrissä, jonka valotunnistin havaitsee ja muuntaa sähköiseksi signaaliksi. Osat on erotettu toisistaan ​​rakolla tai läpinäkyvällä materiaalilla, joka estää suorat sähköyhteydet niiden välillä, mutta päästää valon läpi.

Kun LEDiin syötetään jännite, se lähettää valoa tietyllä aallonpituudella, tyypillisesti välillä 800 nanometriä - 900 nanometriä IR-LED-valoissa. Tämä valo kulkee sitten raon tai läpinäkyvän materiaalin läpi ja putoaa valoilmaisimen päälle, joka tuottaa pienen virran tai jännitteen vasteena valolle. Tällä virralla tai jännitteellä voidaan sitten ohjata erillistä piiriä, kuten transistoria tai mikro-ohjainta, joka on galvaanisesti eristetty alkuperäisestä piiristä.

Valokuvaliittimien tyypit

Valokuvaliittimiä on useita tyyppejä, joista jokaisella on omat ominaisuutensa ja sovelluksensa. Yleisimmät tyypit ovat:

1. Fototransistorikytkimet: Näissä kytkimissä valodetektori on fototransistori, joka on kaksinapainen valoherkkä transistori. Kun valo osuu fototransistorin kanta-alueelle, se tuottaa kollektori-emitteritielle virran, jota voidaan käyttää erillisen piirin ohjaamiseen. Fototransistorikytkimet ovat tyypillisesti nopeampia ja herkempiä kuin muun tyyppiset kytkimet, ja ne kestävät suurempia virtoja ja jännitteitä.

2. Valovastuskytkimet: Näissä kytkimissä valoilmaisin on valovastus, joka on vastus, joka muuttaa vastustaan ​​vasteena valolle. Kun valo osuu valovastukseen, sen resistanssi pienenee, jota voidaan käyttää erillisen piirin ohjaamiseen. Valovastuskytkimet ovat tyypillisesti hitaampia ja vähemmän herkkiä kuin fototransistorikytkimet, ja ne sopivat pienitehoisiin sovelluksiin.

3. Optoerottimet Darlington-lähdöllä: Näissä kytkimissä fototransistori on kytketty Darlington-konfiguraatioon toiseen transistoriin, joka tarjoaa korkean virran vahvistuksen ja jännitteen eristyksen. Darlingtonin optoerottimet soveltuvat suuritehoisiin ja suurjännitesovelluksiin, ja ne kestävät useiden ampeerien virtoja ja useiden kilovolttien jännitteitä.

4. Nopeat optoerottimet: Näissä kytkimissä LED ja valoilmaisin on suunniteltu nopeaan toimintaan, tyypillisesti jopa useita gigabittejä sekunnissa. Nopeita optoerottimia käytetään sovelluksissa, kuten kuituoptisessa viestinnässä, tiedonsiirrossa ja signaalin eristämisessä nopeissa digitaalisissa piireissä.

Valokuvaliittimien sovellukset

Valokuvaliittimiä käytetään monissa elektroniikan sovelluksissa, kuten:

1. Hakkuriteholähteet: Hakkuriteholähteissä valokuvakytkintä käytetään usein galvaaniseen eristykseen korkeajännitteisen ensiöpuolen ja pienjännitteisen toisiopuolen välillä sekä ensiöpuolen kytkentätransistorin ohjaamiseen.

2. Moottorin ohjaus: Moottorin ohjauspiireissä valokuvakytkintä käytetään usein eristämään ohjaussignaalit tehopiiristä ja suojaamaan ohjauspiiriä korkealta jännitteeltä ja kohinalta.

3. Äänivahvistimet: Äänivahvistinpiireissä käytetään usein valokuvakytkintä eristämään ohjauspiirin ja tehovahvistinasteen välillä sekä estämään maasilmukoita ja kohinaa.

4. Tiedonsiirto: Tiedonsiirtojärjestelmissä valokuvakytkintä käytetään usein eristämään lähettimen ja vastaanottimen välillä sekä estämään sähkömagneettisia häiriöitä (EMI) ja radiotaajuushäiriöitä (RFI).

5. Lääketieteellinen elektroniikka: Lääketieteellisessä elektroniikassa valokuvakytkintä käytetään usein eristämään potilaspiirin ja valvonta- tai ohjauspiirin välillä sekä estämään sähköiskuja ja häiriöitä.

Valokuvaliittimien edut

Valokuvaliittimet tarjoavat useita etuja perinteisiin elektroniikan eristysmenetelmiin verrattuna, kuten:

1. Turvallisuus: Valokytkimet tarjoavat turvallisen eristyksen suur- ja pienjännitepiirien välillä ja voivat estää sähköiskuvaaran ja tulipalon.

2. Melunvaimennus: Valokuvaliittimet voivat suodattaa sähköisen kohinan ja häiriöt sekä parantaa signaalin laatua ja luotettavuutta.

3. Kompakti: Valokuvaliittimet ovat usein kompakteja ja kevyempiä kuin perinteiset eristysmenetelmät, ja ne voivat säästää tilaa ja kustannuksia elektronisissa malleissa.

4. Nopeus: Valokuvaliittimet voivat toimia suurilla nopeuksilla ja lähettää signaaleja pitkiä matkoja ilman heikkenemistä.

Johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että valokuvakytkimet ovat tärkeä elektroninen komponentti, joka tarjoaa turvallisen eristyksen ja kohinan vähentämisen monissa sovelluksissa. Ne ovat helppokäyttöisiä, luotettavia ja tarjoavat useita etuja perinteisiin eristysmenetelmiin verrattuna. Ymmärtämällä valokuvaliittimien toimintaperiaatteen ja tyypit suunnittelijat voivat valita oikean komponentin käyttötarkoitukseensa ja varmistaa turvallisen ja luotettavan toiminnan.