Ljósleiðarar, sem tengja saman rafrásir með ljósmerkjum sem miðli, eru virkir á sviðum þar sem mikil nákvæmni er ómissandi, svo sem hljóðvist, læknisfræði og iðnaði, vegna mikillar fjölhæfni þeirra og áreiðanleika, svo sem endingar og einangrunar.
En hvenær og við hvaða aðstæður virkar ljósleiðari og hver er meginreglan á bak við hann? Eða þegar þú notar ljósleiðara í raun í rafeindatækni gætirðu ekki vitað hvernig á að velja og nota hann. Því ljósleiðari er oft ruglaður saman við „ljóstransistor“ og „ljósdíóðu“. Þess vegna verður fjallað um hvað ljósleiðari er í þessari grein.
Hvað er ljósleiðari?
Ljósleiðari er rafeindabúnaður sem hefur uppruna sinn sem ljósleiðari
tengibúnaður, sem þýðir „tenging við ljós“. Stundum einnig þekktur sem ljósleiðari, ljóseinangrari, ljóseinangrun o.s.frv. Hann samanstendur af ljósgeislunarþætti og ljósmóttökuþætti og tengir inntaks- og úttaksrásirnar með ljósmerki. Engin rafmagnstenging er á milli þessara rásanna, með öðrum orðum, þær eru í einangrunarástandi. Þess vegna er tengingin milli inntaks og úttaks aðskilin og aðeins merkið er sent. Tengdu rásir með verulega mismunandi inntaks- og úttaksspennu á öruggan hátt með háspennueinangrun milli inntaks og úttaks.
Að auki, með því að senda eða loka fyrir þetta ljósmerki, virkar það sem rofi. Nánari meginregla og virkni verða útskýrð síðar, en ljósgeislunarþáttur ljósnemans er LED (ljósdíóða).
Frá sjöunda áratugnum til áttunda áratugarins, þegar LED-ljós voru fundin upp og tækniframfarir þeirra urðu miklar,ljósfræðileg rafeindatæknivarð mikill uppgangur. Á þeim tíma voru ýmsarsjóntækivoru fundin upp, og ljósleiðaratengillinn var einn af þeim. Í kjölfarið komu ljósleiðarar fljótt inn í líf okkar.
① Meginregla/kerfi
Meginreglan á bak við ljósleiðarann er sú að ljósgeislunarþátturinn breytir inntaksrafmerkinu í ljós og ljósmóttökuþátturinn sendir ljósmerkið til baka til úttakshliðarinnar. Ljósgeislunarþátturinn og ljósmóttökuþátturinn eru staðsettir að innan í ytra ljósblokkinni og eru þeir tveir á móti hvor öðrum til að senda ljós.
Hálfleiðarinn sem notaður er í ljósgeislunareiningum er LED (ljósdíóða). Hins vegar eru margar gerðir af hálfleiðurum sem notaðir eru í ljósmóttökutækjum, allt eftir notkunarumhverfi, ytri stærð, verði o.s.frv., en almennt er ljóstransistorinn sá algengasti.
Þegar ljóstransistorar virka ekki bera þeir lítinn straum af þeim straumi sem venjulegir hálfleiðarar bera. Þegar ljós fellur á þá myndar ljóstransistorinn ljósrafhreyfikraft á yfirborð P- og N-laga hálfleiðarans, holurnar í N-laga hálfleiðaranum flæða inn í p-svæðið, frjálsir rafeindir í p-svæðinu flæða inn í n-svæðið og straumurinn mun flæða.
Ljóstransistorar eru ekki eins viðkvæmir og ljósdíóður, en þeir hafa einnig þau áhrif að magna úttaksmerkið upp í hundruð til þúsundfalt meira en inntaksmerkið (vegna innra rafsviðsins). Þess vegna eru þeir nógu næmir til að nema jafnvel veik merki, sem er kostur.
Reyndar er „ljósblokkarinn“ sem við sjáum rafeindatæki með sömu meginreglu og virkni.
Ljósrofstæki eru þó oftast notuð sem skynjarar og gegna hlutverki sínu með því að færa ljósblokkandi hlut á milli ljósgeislunarþáttarins og ljósmóttökuþáttarins. Til dæmis er hægt að nota þá til að greina mynt og seðla í sjálfsölum og hraðbönkum.
② Eiginleikar
Þar sem ljósleiðarinn sendir merki með ljósi er einangrunin milli inntakshliðarinnar og úttakshliðarinnar mikilvægur eiginleiki. Há einangrunin hefur ekki auðveldlega áhrif á hávaða en kemur einnig í veg fyrir óviljandi straumflæði milli aðliggjandi hringrása, sem er afar áhrifaríkt hvað varðar öryggi. Og uppbyggingin sjálf er tiltölulega einföld og skynsamleg.
Vegna langrar sögu ljósleiðara er fjölbreytt vöruúrval frá ýmsum framleiðendum einnig einstakur kostur ljósleiðara. Þar sem engin snerting er milli hlutanna er slitið lítið og endingartími þeirra lengri. Á hinn bóginn eru einnig eiginleikar þess að ljósnýtni LED-ljósanna sveiflast auðveldlega, þar sem þau versna hægt með tímanum og hitastigsbreytingum.
Sérstaklega þegar innri hlutar gegnsæja plastsins verða skýjaðir í langan tíma, getur það ekki gefið mjög gott ljós. Hins vegar er líftími snertingar vélrænna snertingar of langur í öllum tilvikum.
Ljóstransistorar eru almennt hægari en ljósdíóður, þannig að þeir eru ekki notaðir fyrir háhraða samskipti. Þetta er þó ekki ókostur, þar sem sumir íhlutir eru með magnararásir á útgangshliðinni til að auka hraðann. Reyndar þurfa ekki allar rafrásir að auka hraðann.
③ Notkun
Ljósleiðarareru aðallega notaðar til að skipta um rafrás. Rásin fær orku með því að kveikja á rofanum, en hvað varðar ofangreinda eiginleika, sérstaklega einangrun og langan líftíma, hentar hún vel í aðstæðum þar sem mikil áreiðanleiki er nauðsynlegur. Til dæmis er hávaði óvinur lækningatækni og hljóð-/samskiptatækja.
Það er einnig notað í mótorakerfum. Ástæðan fyrir mótornum er sú að inverterinn stýrir hraðanum þegar hann er knúinn áfram, en hann myndar hávaða vegna mikillar afköstunar. Þessi hávaði veldur ekki aðeins bilun í mótornum sjálfum, heldur flæðir einnig í gegnum „jörðina“ og hefur áhrif á jaðartæki. Sérstaklega er auðvelt fyrir búnað með langar víra að nema þennan hávaða, svo ef það gerist í verksmiðjunni veldur það miklu tapi og stundum alvarlegum slysum. Með því að nota mjög einangraða ljósleiðara fyrir rofa er hægt að lágmarka áhrif á aðrar rásir og tæki.
Í öðru lagi, hvernig á að velja og nota ljósleiðara
Hvernig á að nota rétta ljósleiðara í vöruhönnun? Eftirfarandi örstýringarþróunarverkfræðingar munu útskýra hvernig á að velja og nota ljósleiðara.
① Alltaf opið og alltaf lokað
Það eru tvær gerðir af ljósleiðurum: gerð þar sem rofinn slokknar (off) þegar engin spenna er á, gerð þar sem rofinn kveikir (off) þegar spenna er á og gerð þar sem rofinn kveikir þegar engin spenna er á. Kveikt er á og slokknar þegar spenna er á.
Hið fyrra er kallað venjulega opið og hið síðara er kallað venjulega lokað. Hvernig á að velja fer fyrst eftir því hvers konar rafrás þú þarft.
② Athugaðu útgangsstrauminn og spennuna sem er notuð
Ljósleiðarar hafa þann eiginleika að magna merkið, en láta ekki alltaf spennu og straum fara í gegnum að vild. Auðvitað er það metið, en spenna þarf að vera sett á frá inngangshliðinni í samræmi við æskilegan útgangsstraum.
Ef við skoðum gagnablað vörunnar sjáum við töflu þar sem lóðrétti ásinn er útgangsstraumurinn (safnarastraumur) og lárétti ásinn er inntaksspennan (safnara-emitter spenna). Safnarstraumurinn er breytilegur eftir ljósstyrk LED-ljóssins, svo beittu spennunni í samræmi við æskilegan útgangsstraum.
Hins vegar gætirðu haldið að útgangsstraumurinn sem reiknaður er hér sé ótrúlega lítill. Þetta er straumgildið sem samt er hægt að gefa áreiðanlega frá sér eftir að hafa tekið tillit til hnignunar LED-ljóssins með tímanum, þannig að það er minna en hámarksgildið.
Þvert á móti eru tilvik þar sem útgangsstraumurinn er ekki mikill. Þess vegna, þegar þú velur ljósleiðara, vertu viss um að athuga „útgangsstrauminn“ vandlega og velja vöru sem passar við hann.
③ Hámarksstraumur
Hámarksleiðnistraumurinn er hámarksstraumgildið sem ljósleiðarinn þolir þegar hann leiðir. Aftur þurfum við að ganga úr skugga um að við vitum hversu mikla úttaksspennu verkefnið þarfnast og hver inntaksspennan er áður en við kaupum. Gakktu úr skugga um að hámarksgildið og straumurinn sem notaður er séu ekki takmörk, heldur að það sé einhver svigrúm.
④ Stilltu ljósleiðarann rétt
Þegar við höfum valið rétta ljósleiðara, skulum við nota hann í raunverulegu verkefni. Uppsetningin sjálf er einföld, tengdu bara tengiklemmurnar sem tengjast hvorri inntakshliðarrás og úttakshliðarrás. Hins vegar skal gæta þess að ekki beina inntakshliðinni og úttakshliðinni rangt. Þess vegna verður þú einnig að athuga táknin í gagnatöflunni, svo að þú komist ekki að því að fótur ljósleiðaratengingarinnar sé rangur eftir að þú teiknar prentplötuna.
Birtingartími: 29. júlí 2023