OPTO VÀ ỨNG DỤNG CỦA OPTO - Linh Kiện Thành Công

OPTO VÀ ỨNG DỤNG CỦA OPTO

Định nghĩa:

Photocoupler hay phần tử cách ly quang (opto-isolator), hay optocoupler, là một phần tử bán dẫn thực hiện truyền tín hiệu giữa hai phần mạch bị cách ly với nhau về điện bằng cách sử dụng ánh sáng.

Cách ly bằng ghép quang học cho phép tránh được sự xâm nhập điện áp cao tới hệ thống thu nhận tín hiệu. Linh kiện thương phẩm hiện đạt được mức cách ly vào-ra là 10 KV và đáp ứng với biến đổi ở mức 10 kV/μs.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của photocoupler đơn giản. Có thể lập bằng linh kiện rời gồm một diod phát quang LED hướng luồng sáng vào cửa sổ của một điốt quang hoặc transistor cảm quang (phototransistor), tất cả gói trong vỏ che kín ánh sáng.

Khi LED phát sáng với cường độ sáng nào đó, thì vùng base của transistor cảm quang tiếp nhận ánh sáng và giảm mức điện trở thuần tương đương của transistor, làm dòng qua transistor Ic tăng. Khi đó sẽ có hai mức độ chính:

• Nếu cường độ sáng đủ mạnh, thì transistor cảm quang đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu logic, và trong thực tế đây là ứng dụng chủ yếu của photocoupler.
• Nếu cường độ sáng đủ yếu, transistor cảm quang không đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu analog. Chế độ này có thể được sử dụng nhưng không nhiều, vì rằng đường đặc tuyến quan hệ vào-ra có đoạn tuyến tính khá hẹp, không đảm bảo truyền trung thực tín hiệu.

Các photocoupler thương phẩm được chuẩn hóa các đặc trưng kỹ thuật, đặc biệt là mức độ cách ly và tốc độ đáp ứng xung để hoạt động trong các thiết bị số.

Phân loại Opto :

Các loại Opto :

1. Opto rãnh : opto rãnh có một khoảng trống (rãnh) giữa nguồn sáng LED và cảm biến ánh sáng transistor. Khi không có vật cản, ánh sáng từ LED sẽ truyền đến transistor, nhưng nó sẽ bị chặn lại nếu có vật thể nằm trong rãnh này. Do đó, opto rãnh được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phát hiện đầu cuối dải băng, chuyển mạch giới hạn và phát hiện mức chất lỏng.

2. Opto phản xạ - Các LED và transistor quang được đặt cùng phía ở bên trong opto, cả hai mặt của chúng hướng ra bên ngoài. Việc truyền tín hiệu giữa LED và transistor theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng qua vật thể phản chiếu (như lớp sơn kim loại thậm chí là sương, khói …) ở phía bên ngoài có khoảng cách phù hợp với led và transistor. Do đó, opto phản xạ có thể được sử dụng trong các ứng dụng như phát hiện vị trí dải băng, đo tốc độ, hoặc phát hiện khói hoặc sương mù,…

Ứng dụng :

Opto (bộ cách li quang học) được sử dụng nhiều trong công nghiệp cụ thể là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa các thiết bị pitot có điện áp cao (công tắc giới hạn) và các mạch logic điện áp thấp. Các bộ cách ly quang học có thể được sử dụng trong bất kỳ trường hợp mà tín hiệu cần truyền qua giữa hai mạch được cách ly với nhau. Sự cách ly điện giữa hai mạch (tức là hai mạch không có dây dẫn chung) cần phải có một thiết bị để ngăn chặn nhiễu được tạo ra trong quá trình truyền từ mạch này tới mạch kia. Điều này rất cần thiết cho việc ghép nối giữa các mạch thu thập thông tin điện áp cao và các mạch logic điện áp thấp. Vì các mạch thông tin hầu như sẽ phải tiếp xúc với các nguồn nhiễu và các mạch logic không thể chịu được các tín hiệu nhiễu này.

Trong nhiều ứng dụng, mạch điện tử SCR và triac chịu sự điều khiển của các hệ thống điện tử nhạy cảm. Ví dụ, một hệ thống vi xử lý được lập trình để bật và tắt động cơ, đèn và máy sưởi cần phải có một thiết bị cách li cô lập chúng nhằm giảm nhiễu dòng điện được gây ra đến các thiết bị điện tử điều khiển và có thể bảo vệ nó trong trường hợp SCR hoặc TRIAC bị hư hỏng.

Sơ đồ cách ly lý tưởng chỉ cho phép tín hiệu đi theo một hướng, nên đáp ứng với các mức DC và được cung cấp một điện trở cực lớn giữa đầu vào và đầu ra của mạch. Các chức năng này có sẵn trong một lớp linh kiện quang điện nên gọi là optocoupler hoặc optoisolator.

Phương pháp ghép quang học là loại bỏ sự cần thiết của một tiếp điểm được điều khiển rơle hoặc một máy biến áp cách ly, đây là phương pháp truyền thống cách ly điện giữa các mạch. Phương pháp ghép quang học là ưu việt trong nhiều ứng dụng bởi vì nó loại bỏ một số nhược điểm của rơle và máy biến áp.

Các opto hoạt động tốt trên các tín hiệu điện áp cao AC, DC. Do đó bộ chuyển đổi tín hiệu sử dụng ghép nối quang học đôi khi còn được gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu chung.

Cách kiểm tra Opto:

Ở đây chúng ta sẽ kiểm tra một opto khi đang làm việc. Chúng ta sẽ lựa chọn một opto thường được sử dụng nhất (PC123 - 4 chân) để kiểm tra tuy nhiên bạn có thể sử dụng nguyên tắc này cho tất cả các opto khác (lưu ý: Bạn nên kiểm tra các thông số kỹ thuật)

Bước 1:

Xác định các chân theo sơ đồ trên, đầu tiên là cực dương và cực âm của đèn LED (trong trường hợp này là chân 1 và 2) và sau đó sử dụng Ôm kế, điều chỉnh ở thang đo 'X1Ω', đo giữa hai chân 1 và 2. Bạn thấy kết quả có 1 chiều mà kim đồng hồ tăng lên đến một giá trị điện trở và khi đổi chiều thì kim đồng hồ không lên (giống như khi bạn kiểm tra một diode). Nếu bạn nhận được kết quả khác thì tức là đèn LED có vấn đề và bạn cần thay opto khác.

Bước 2:

Nếu đèn LED tốt thì chúng ta tiếp tục kiểm tra transistor quang. Bạn có thể đo bằng Ôm kế giống như đèn LED nhưng đo giữa chân 3 và 4. Khi kim đồng hồ chỉ mức giá trị điện trở cao transistor quang (phototransistor) tốt. Nếu bạn không đọc được gì, là do hầu hết các transistor quang có điện trở cao nên đồng hồ không đo được; khi gặp phải trường hợp này bạn có thể mắc nối tiếp hai Ôm kế để tăng giá trị thang đo. Tuy nhiên vì không phải ai cũng có 2 đồng hồ đo vì vậy bạn có thể dùng phương pháp thực nghiệm thay thế.

(Nguồn sưu tầm và biên dịch)