اپتوکوپلر (Optocoupler)

بازدید: 660

اپتوکوپلر
اپتوکوپلر

اپتوکوپلر (Optocoupler)

بازدید: 660

اپتوکوپلر یک قطعه الکترونیکی است که دو مدار الکتریکی جداگانه را با استفاده از یک رابط نوری حساس به نور به هم متصل می­‌کند.

در مقالات ترانسفورماتورها آموختیم که آن­ها نه تنها می­‌توانند ولتاژ را کاهش (یا افزایش) دهند، بلکه “جداسازی الکتریکی” بین ولتاژ بالاتر در سمت اولیه و ولتاژ پایین­تر در سمت ثانویه را نیز فراهم می­‌کنند.

به عبارت دیگر، ترانسفورماتورها ولتاژ ورودی اولیه را از ولتاژ خروجی ثانویه با استفاده از کوپلینگ الکترومغناطیسی جدا می‌کنند و این با استفاده از شار مغناطیسی در حال گردش در هسته آهنی چند لایه آن­ها حاصل می‌شود.

همچنین می‌­توانیم با استفاده از یک قطعه الکترونیکی بسیار رایج و ارزشمند به نام اپتوکوپلر، جداسازی الکتریکی بین منبع ورودی و بار خروجی را فقط با استفاده از نور فراهم کنیم.

طراحی اولیه یک اپتوکوپلر، که به عنوان جداساز نوری (Opto-isolator) نیز شناخته می‌شود، شامل یک LED است که نور مادون قرمز تولید می­‌کند و یک دستگاه حساس به نور نیمه‌هادی که برای تشخیص پرتو مادون قرمز ساتع شده استفاده می­‌شود. هر دوی LED و دستگاه حساس به نور در یک بدنه یا پکیج محکم با پایه‌­های فلزی برای اتصالات الکتریکی، همانطور که نشان داده شده است، قرار دارند:

اپتوکوپلر چیست

یک اپتوکوپلر یا جداساز نوری شامل یک ساتع کننده نور، LED و یک گیرنده حساس به نور است که می­‌تواند یک دیود نوری (فتودیودترانزیستور نوری (فتوترانزیستور)، مقاومت نوری (فتورزیستور)، SCR نوری، یا یک ترایاک نوری (فتوترایاک) با عملکرد اولیه باشد و درک عملکرد یک اپتوکوپلر بسیار ساده است.

اپتوکوپلر فتوترانزیستور (Phototransistor)

یک فتوترانزیستور یا ترانزیستور نوری را فرض کنید (همانطور که نشان داده شده است). جریان از سیگنال منبع از طریق LED ورودی عبور می‌­کند که نور مادون قرمزی را که شدت آن متناسب با سیگنال الکتریکی است، ساتع می­‌کند.

این نور ساتع شده روی بیس فتوترانزیستور می‌­افتد و باعث می­‌شود که روشن شود و به روشی مشابه با ترانزیستور دوقطبی معمولی، هدایت کند.

اپتوکوپلر ترانزیستور نوری

اتصال بیس ترانزیستور نوری را می‌­توان برای حداکثر حساسیت به انرژی نور مادون قرمز LED‌ها باز گذاشت (بدون اتصال) یا از طریق یک مقاومت خارجی مناسب با مقدار بالا به زمین متصل کرد تا حساسیت سوئیچینگ را کنترل کند و آن را پایدارتر و در برابر تحریک کاذب توسط نویز الکتریکی خارجی یا تغییرات ولتاژ مقاوم‌­تر کند.

هنگامی که جریان عبوری از LED قطع می­‌شود، نور مادون قرمز ساطع شده قطع شده و باعث می­‌شود که هدایت ترانزیستور نوری متوقف شود. از فتوترانزیستور می­‌توان برای تغییر جریان در مدار خروجی استفاده کرد. پاسخ طیفی LED و دستگاه حساس به نور با یک محیط شفاف مانند شیشه، پلاستیک یا هوا کاملاً مطابقت دارند. از آنجایی که هیچ ارتباط الکتریکی مستقیمی بین ورودی و خروجی یک اپتوکوپلر وجود ندارد، ایزولاسیون الکتریکی تا 10 کیلو ولت به دست می‌­آید.

اپتوکوپلرها در چهار نوع کلی موجود هستند که هر کدام دارای منبع LED مادون قرمز اما با ادوات حساس به نور متفاوت هستند. همانطور که در زیر نشان داده شده است، چهار اپتوکوپلر عبارتند از: فتوترانزیستور، فتودارلینگتون، فتوتریستور یا SCR نوری و فتوترایاک.

انواع اپتوکوپلر

المان‌های فتوترانزیستور و فتودارلینگتون عمدتاً برای استفاده در مدارهای DC هستند در حالی که SCR نوری و فتوترایاک اجازه می‌دهند مدارهای با برق AC کنترل شوند. انواع دیگری از ترکیبات منبع-حسگر (source-sensor) مانند فتودیود-LED، لیزر-LED، جفت مقاومت‌نوری-لامپ، اپتوکوپلرهای بازتابی و شکاف­دار نیز وجود دارند.

اپتوکوپلرهای خانگی (Home-made) ساده را می‌توان با استفاده از اجزای جداگانه ساخت. یک LED و یک فتوترانزیستور در یک لوله پلاستیکی سفت و سخت قرار داده می­‌شوند یا همانطور که نشان داده شده در لوله‌­های انقباض‌­پذیر گرمایی (heat-shrinkable) قرار می­‌گیرند. مزیت این اپتوکوپلر خانگی این است که می‌­توان لوله را به هر طولی که می­‌خواهید برش دهید و حتی در گوشه­‌ها خم کنید. بدیهی است لوله‌هایی که دارای انعکاس داخلی هستند کارآمدتر از لوله‌های سیاه تیره خواهند بود.

اپتوکوپلر دست ساز خانگی

اپتوکوپلر خانگی

کاربردهای اپتوکوپلر

اپتوکوپلرها و جداسازهای نوری را می­‌توان به تنهایی استفاده کرد یا برای سوئیچ کردن طیف وسیعی از دستگاه‌­های الکترونیکی بزرگتر مانند ترانزیستورها و ترایاک­‌ها استفاده کرد که ایزولاسیون الکتریکی مورد نیاز را بین سیگنال کنترل ولتاژ پایین، به عنوان مثال از یک آردوینو (Arduino) یا میکروکنترلر، و یک سیگنال خروجی ولتاژ یا جریان شبکه بسیار بالاتر فراهم می‌­کند.

کاربردهای متداول اپتوکوپلرها شامل سوئیچینگ ورودی/خروجی ریزپردازنده، کنترل برق DC و AC، ارتباطات کامپیوتری، جداسازی سیگنال و تنظیم منبع تغذیه است که از حلقه‌های زمین فعلی رنج می‌برند. سیگنال الکتریکی ارسالی می‌تواند آنالوگ (خطی) یا دیجیتال (پالس) باشد.

در این کاربرد، از اپتوکوپلر برای تشخیص عملکرد سوئیچ یا نوع دیگری از سیگنال ورودی دیجیتال استفاده می‌­شود. اگر سوئیچ یا سیگنال در حال شناسایی در محیطی با نویز الکتریکی باشد، این ساختار مفید است. خروجی را می­توان برای راه­‌اندازی مدار خارجی، نور یا به عنوان ورودی کامپیوتر یا ریزپردازنده استفاده کرد.

سوییچ DC اپتوکوپلر

سوییچ DC اپتوکوپلر

در اینجا در این مثال، از مقاومت 270 کیلو اهم متصل خارجی برای کنترل حساسیت ناحیه بیس فتوترانزیستور استفاده می­‌شود. مقدار مقاومت را می­‌توان متناسب با دستگاه اپتوکوپلر انتخابی و میزان حساسیت سوئیچینگ مورد نیاز انتخاب کرد. خازن هر گونه ضربه ناخواسته یا گذرا را از تحریک نادرست بیس ترانزیستورهای نوری متوقف می­‌کند.

علاوه بر تشخیص سیگنال‌ها و داده‌های DC، جداسازهای ترایاک نوری یا فتوترایاک نیز در دسترس هستند که به تجهیزات برق AC و لامپ‌های اصلی اجازه کنترل می‌دهند. ترایاک­‌های کوپل شده نوری مانند MOC 3020 دارای آستانه­‌های ولتاژ حدود 400 ولت هستند که آن­ها را برای اتصال مستقیم به شبکه و حداکثر جریان حدود 100 میلی آمپر ایده­‌آل می‌­کند. برای بارهای با توان بالاتر، فوتوترایاک ممکن است برای ارائه پالس گیت با یک تریاک بزرگتر دیگر از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان استفاده شود.

کاربرد اپتوکوپلر ترایاک

کاربرد اپتوکوپلر تریاک

این نوع پیکربندی اپتوکوپلر اساس یک کاربرد رله حالت جامد بسیار ساده را تشکیل می­دهد که می‌­تواند برای کنترل هر بار برق AC مانند لامپ­‌ها و موتورها استفاده شود. همچنین برخلاف تریستور (SCR)، ترایاک می‌تواند در هر دو نیمه چرخه AC اصلی با تشخیص عبور صفر هدایت کند که به بار اجازه می‌دهد تا هنگام تعویض بارهای القایی، بدون جریان‌های هجومی (inrush currents) سنگین، توان کامل را دریافت کند.

اپتوکوپلرها و جداسازهای نوری المان‌های الکترونیکی فوق‌العاده‌ای هستند که به قطعاتی مانند ترانزیستورها و ترایاک­های قدرت اجازه می‌دهند از درگاه خروجی رایانه شخصی، سوئیچ دیجیتال یا سیگنال‌های داده ولتاژ پایین مانند یک گیت منطقی، کنترل شوند. مزیت اصلی کوپلرهای نوری، جداسازی الکتریکی بالای آن­ها بین پایانه‌­های ورودی و خروجی است که به سیگنال­های دیجیتال نسبتا کوچک اجازه می­‌دهد تا ولتاژها، جریان‌­ها و توان AC بسیار بزرگ را کنترل کنند.

یک اپتوکوپلر را می­‌توان با هر دوی سیگنال­های DC و AC استفاده کرد در حالی که اپتوکوپلرها استفاده کننده از SCR (تریستور) یا ترایاک به عنوان دستگاه تشخیص نور در درجه اول برای کاربردهای کنترل برق AC طراحی شده‌­اند. مزیت اصلی SCR های نوری و ترایاک‌­های نوری، جداسازی کامل از هرگونه نویز یا افزایش ولتاژ موجود در خط منبع تغذیه AC و همچنین تشخیص تلاقی صفر شکل موج سینوسی است که جریان‌های سوئیچینگ و هجومی را کاهش می­‌دهد و از نیمه هادی­‌های توان استفاده شده در مقابل استرس حرارتی و شوک محافظت می­‌کند.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 6 نظر

اپتوکوپلر (Optocoupler)

با ثبت نظر و نوشتن کامنت، تیم ما را در راستای بهبود و افزایش کیفیت محتوا یاری خواهید کرد :)

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

10 − هشت =

فروشگاه