ما هي قارنة التوصيل الضوئية، وكيفية اختيار واستخدام قارنة ضوئية؟

تعتبر Optocouplers، التي تربط الدوائر باستخدام الإشارات الضوئية كوسيط، عنصرًا نشطًا في المجالات التي لا غنى فيها عن الدقة العالية، مثل الصوتيات والطب والصناعة، نظرًا لتعدد استخداماتها وموثوقيتها العالية، مثل المتانة والعزل.

ولكن متى وتحت أي ظروف يعمل جهاز optocoupler، وما هو المبدأ الكامن وراء ذلك؟ أو عند استخدامك للمقرنة الضوئية فعليًا في عملك الإلكتروني، فقد لا تعرف كيفية اختيارها واستخدامها. لأنه غالبًا ما يتم الخلط بين optocoupler و "الترانزستور الضوئي" و "الصمام الثنائي الضوئي". لذلك، سيتم تقديم ما هو Photocoupler في هذه المقالة.
ما هو الضوئية؟

إن optocoupler هو مكون إلكتروني أصله بصري

المقرنة، والتي تعني "الاقتران بالضوء". يُعرف أحيانًا أيضًا باسم optocoupler، والعازل البصري، والعزل البصري، وما إلى ذلك. ويتكون من عنصر انبعاث الضوء وعنصر استقبال الضوء، ويربط الدائرة الجانبية للإدخال والدائرة الجانبية للإخراج من خلال الإشارة الضوئية. ولا يوجد أي اتصال كهربائي بين هذه الدوائر، أي في حالة العزل. لذلك، يكون اتصال الدائرة بين الإدخال والإخراج منفصلاً ويتم إرسال الإشارة فقط. قم بتوصيل الدوائر بشكل آمن بمستويات جهد الإدخال والإخراج المختلفة بشكل كبير، مع عزل الجهد العالي بين الإدخال والإخراج.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال إرسال أو حجب هذه الإشارة الضوئية، فإنها تعمل كمفتاح. سيتم شرح المبدأ والآلية التفصيلية لاحقًا، لكن العنصر الذي ينبعث منه الضوء في أداة التوصيل الضوئي هو LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء).

من الستينيات إلى السبعينيات، عندما تم اختراع مصابيح LED وكان التقدم التكنولوجي فيها كبيرًا،الإلكترونيات الضوئيةأصبح طفرة. في ذلك الوقت، مختلفةالأجهزة البصريةتم اختراعهما، وكان المقرن الكهروضوئي واحدًا منهم. وفي وقت لاحق، اخترقت الإلكترونيات الضوئية حياتنا بسرعة.

① المبدأ/الآلية

مبدأ optocoupler هو أن العنصر الباعث للضوء يحول الإشارة الكهربائية المدخلة إلى ضوء، ويقوم عنصر استقبال الضوء بنقل الإشارة الكهربائية الخفيفة إلى الدائرة الجانبية للإخراج. العنصر الباعث للضوء والعنصر المستقبل للضوء موجودان داخل كتلة الضوء الخارجي، والاثنان متقابلان من أجل نقل الضوء.

أشباه الموصلات المستخدمة في العناصر الباعثة للضوء هي LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء). من ناحية أخرى، هناك أنواع كثيرة من أشباه الموصلات المستخدمة في أجهزة استقبال الضوء، اعتمادًا على بيئة الاستخدام والحجم الخارجي والسعر وما إلى ذلك، ولكن بشكل عام، الأكثر استخدامًا هو الترانزستور الضوئي.

عندما لا تعمل، تحمل الترانزستورات الضوئية القليل من التيار الذي تحمله أشباه الموصلات العادية. عندما يسقط الضوء هناك، يولد الترانزستور الضوئي قوة دافعة كهروضوئية على سطح أشباه الموصلات من النوع P وأشباه الموصلات من النوع N، وتتدفق الثقوب الموجودة في أشباه الموصلات من النوع N إلى المنطقة p، ويتدفق شبه الموصل الإلكتروني الحر في المنطقة p إلى المنطقة n، وسوف يتدفق التيار.

لا تستجيب الترانزستورات الضوئية مثل الثنائيات الضوئية، ولكن لها أيضًا تأثير تضخيم الإخراج إلى مئات إلى 1000 مرة ضعف إشارة الدخل (بسبب المجال الكهربائي الداخلي). ولذلك، فهي حساسة بما يكفي لالتقاط حتى الإشارات الضعيفة، وهي ميزة.

وفي الواقع فإن "حاجب الضوء" الذي نراه هو جهاز إلكتروني له نفس المبدأ والآلية.

ومع ذلك، عادةً ما يتم استخدام قواطع الضوء كأجهزة استشعار وتؤدي دورها عن طريق تمرير جسم حاجب للضوء بين العنصر الباعث للضوء والعنصر المستقبل للضوء. على سبيل المثال، يمكن استخدامه للكشف عن العملات المعدنية والأوراق النقدية في آلات البيع وأجهزة الصراف الآلي.

② الميزات

نظرًا لأن optocoupler ينقل الإشارات عبر الضوء، فإن العزل بين جانب الإدخال وجانب الإخراج يعد ميزة رئيسية. لا يتأثر العزل العالي بسهولة بالضوضاء، ولكنه يمنع أيضًا تدفق التيار العرضي بين الدوائر المجاورة، وهو أمر فعال للغاية من حيث السلامة. والهيكل نفسه بسيط ومعقول نسبيًا.

نظرًا لتاريخها الطويل، تعد مجموعة المنتجات الغنية لمختلف الشركات المصنعة أيضًا ميزة فريدة للمقرونات الضوئية. نظرًا لعدم وجود اتصال جسدي، يكون التآكل بين الأجزاء صغيرًا ويدوم لفترة أطول. من ناحية أخرى، هناك أيضًا خصائص تجعل من السهل تقلب كفاءة الإضاءة، لأن LED سوف يتدهور ببطء مع مرور الوقت وتغيرات درجة الحرارة.

خاصة عندما يصبح الجزء الداخلي من البلاستيك الشفاف غائمًا لفترة طويلة، فلا يمكن أن يكون الضوء جيدًا. ومع ذلك، على أية حال، فإن العمر الافتراضي طويل جدًا مقارنة بجهة الاتصال الخاصة بالاتصال الميكانيكي.

تكون الترانزستورات الضوئية بشكل عام أبطأ من الثنائيات الضوئية، لذلك لا يتم استخدامها للاتصالات عالية السرعة. ومع ذلك، فإن هذا ليس عيبًا، حيث تحتوي بعض المكونات على دوائر تضخيم على جانب الإخراج لزيادة السرعة. في الواقع، ليست كل الدوائر الإلكترونية بحاجة إلى زيادة السرعة.

③ الاستخدام

المقرنات الكهروضوئيةتستخدم بشكل رئيسي لتبديل العملية. سيتم تنشيط الدائرة عن طريق تشغيل المفتاح، ولكن من وجهة نظر الخصائص المذكورة أعلاه، وخاصة العزل والعمر الطويل، فهي مناسبة تمامًا للسيناريوهات التي تتطلب موثوقية عالية. على سبيل المثال، الضوضاء هي عدو الأجهزة الإلكترونية الطبية والمعدات الصوتية/معدات الاتصالات.

كما أنها تستخدم في أنظمة قيادة السيارات. سبب المحرك هو أنه يتم التحكم في السرعة بواسطة العاكس عند قيادته، ولكنه يولد ضوضاء بسبب الخرج العالي. لن يتسبب هذا الضجيج في تعطل المحرك نفسه فحسب، بل سيتدفق أيضًا عبر "الأرض" مما يؤثر على الأجهزة الطرفية. على وجه الخصوص، من السهل أن تلتقط المعدات ذات الأسلاك الطويلة هذه الضجيج العالي الناتج، لذلك إذا حدث ذلك في المصنع، فسوف يتسبب في خسائر كبيرة وأحيانًا يتسبب في حوادث خطيرة. باستخدام optocouplers معزولة للغاية للتبديل، يمكن تقليل التأثير على الدوائر والأجهزة الأخرى.

ثانياً، كيفية اختيار واستخدام optocouplers

كيفية استخدام optocoupler المناسب للتطبيق في تصميم المنتج؟ سوف يشرح مهندسو تطوير وحدات التحكم الدقيقة التاليون كيفية اختيار واستخدام optocouplers.

① مفتوح دائمًا ومغلق دائمًا

هناك نوعان من أدوات التوصيل الضوئي: نوع يتم فيه إيقاف تشغيل المفتاح (إيقاف تشغيله) عند عدم تطبيق جهد كهربائي، ونوع يتم فيه تشغيل المفتاح (إيقاف تشغيله) عند تطبيق جهد كهربائي، ونوع يتم فيه تشغيل المفتاح يتم تشغيله عندما لا يكون هناك جهد. تطبيق وإيقاف عند تطبيق الجهد.

يُسمى الأول مفتوحًا بشكل طبيعي، ويسمى الأخير مغلقًا بشكل طبيعي. تعتمد كيفية الاختيار أولاً على نوع الدائرة التي تحتاجها.

② تحقق من تيار الخرج والجهد المطبق

تتمتع أدوات التوصيل الضوئي بخاصية تضخيم الإشارة، ولكنها لا تمر دائمًا عبر الجهد والتيار حسب الرغبة. بالطبع، يتم تصنيفه، ولكن يجب تطبيق الجهد من جانب الإدخال وفقًا لتيار الخرج المطلوب.

إذا نظرنا إلى ورقة بيانات المنتج، يمكننا أن نرى مخططًا حيث المحور الرأسي هو تيار الخرج (تيار المجمع) والمحور الأفقي هو جهد الدخل (جهد المجمع والباعث). يختلف تيار المجمع وفقًا لشدة ضوء LED، لذا قم بتطبيق الجهد وفقًا لتيار الخرج المطلوب.

ومع ذلك، قد تعتقد أن تيار الخرج المحسوب هنا صغير بشكل مدهش. هذه هي القيمة الحالية التي لا يزال من الممكن إخراجها بشكل موثوق بعد الأخذ في الاعتبار تدهور مؤشر LED بمرور الوقت، لذا فهي أقل من الحد الأقصى للتصنيف.

على العكس من ذلك، هناك حالات لا يكون فيها تيار الإخراج كبيرًا. لذلك، عند اختيار optocoupler، تأكد من فحص "تيار الخرج" بعناية واختيار المنتج المطابق له.

③ الحد الأقصى الحالي

الحد الأقصى لتيار التوصيل هو الحد الأقصى للقيمة الحالية التي يمكن أن يتحملها جهاز optocoupler عند التوصيل. مرة أخرى، نحن بحاجة للتأكد من أننا نعرف مقدار الإخراج الذي يحتاجه المشروع وما هو جهد الدخل قبل أن نشتري. تأكد من أن القيمة القصوى والتيار المستخدم ليسا حدودًا، ولكن هناك بعض الهامش.

④ قم بضبط قارنة التوصيل الضوئي بشكل صحيح

بعد اختيار optocoupler المناسب، دعونا نستخدمه في مشروع حقيقي. التثبيت نفسه سهل، ما عليك سوى توصيل المحطات المتصلة بكل دائرة جانبية للإدخال ودائرة جانبية للإخراج. ومع ذلك، ينبغي الحرص على عدم تضليل جانب الإدخال وجانب الإخراج. لذلك، يجب عليك أيضًا التحقق من الرموز الموجودة في جدول البيانات، حتى لا تجد أن قاعدة التوصيل الكهروضوئية خاطئة بعد رسم لوحة PCB.