OPTOCOUPLERS หรือ OPTOISOLATORS เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณ DC และข้อมูลอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพในสองขั้นตอนของวงจรและยังรักษาระดับการแยกไฟฟ้าระหว่างกันได้อย่างดีเยี่ยม
ออปโตคัปเปลอร์มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องส่งสัญญาณไฟฟ้าข้ามสองขั้นตอนของวงจร แต่ด้วยการแยกไฟฟ้าในระดับที่รุนแรงในแต่ละขั้นตอน
อุปกรณ์ออปโตคัปปลิ้งทำงานเป็นตัวเปลี่ยนระดับลอจิกระหว่างสองวงจรมีความสามารถในการปิดกั้นการถ่ายโอนสัญญาณรบกวนในวงจรรวมสำหรับการแยกระดับลอจิกจากสาย AC แรงดันสูงและสำหรับการกำจัดกราวด์ลูป
ออปโตคัปเปลอร์กลายเป็นสิ่งทดแทนที่มีประสิทธิภาพ สำหรับรีเลย์ และสำหรับหม้อแปลงสำหรับเชื่อมต่อวงจรดิจิตอล
นอกจากนี้การตอบสนองความถี่ Optocoupler พิสูจน์แล้วว่าไม่มีใครเทียบได้ในวงจรอนาล็อก
โครงสร้างภายใน Optocoupler
ภายในออปโตคัปเปลอร์ประกอบด้วย LED ตัวปล่อยอินฟราเรดหรือ IR (ปกติสร้างโดยใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์) IR LED นี้เชื่อมต่อแบบออปติกกับอุปกรณ์ตรวจจับภาพถ่ายซิลิกอนที่อยู่ติดกันซึ่งโดยทั่วไปคือโฟโตทรานซิสเตอร์โฟโตไดโอดหรือองค์ประกอบแสงที่คล้ายกัน) อุปกรณ์เสริมทั้งสองนี้ถูกฝังไว้อย่างแน่นหนาในแพ็คเกจป้องกันแสงทึบแสง
รูปด้านบนแสดงมุมมองแบบแยกส่วนของชิปออปโตคัปเปลอร์แบบดูอัลอินไลน์ (DIP) หกพินทั่วไป เมื่อขั้วต่อที่เชื่อมต่อกับ IR LED มาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าเอนเอียงไปข้างหน้าที่เหมาะสมจะปล่อยรังสีอินฟราเรดภายในในช่วงความยาวคลื่น 900 ถึง 940 นาโนเมตร
สัญญาณ IR นี้ตกอยู่กับเครื่องตรวจจับแสงที่อยู่ติดกันซึ่งโดยปกติจะเป็นโฟโตทรานซิสเตอร์ NPN (มีความไวที่ตั้งไว้ในความยาวคลื่นที่เท่ากัน) และจะดำเนินการทันทีโดยสร้างความต่อเนื่องข้ามขั้วตัวเก็บ / ตัวปล่อย
ดังที่เห็นในภาพ IR LED และโฟโต้ทรานซิสเตอร์ติดตั้งอยู่บนแขนที่อยู่ติดกันของกรอบตะกั่ว
กรอบตะกั่วอยู่ในรูปแบบของการปั๊มที่แกะจากแผ่นโลหะนำไฟฟ้าชั้นดีที่มีหลายกิ่งเหมือนการตกแต่ง วัสดุพิมพ์ที่แยกได้ซึ่งรวมอยู่ในการเสริมกำลังอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้กิ่งไม้ด้านใน หมุดที่เกี่ยวข้องของกรมทรัพย์สินทางปัญญาได้รับการพัฒนาตามลำดับจากสาขาด้านนอก
เมื่อสร้างการเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าระหว่างตัวเรือนตายและพินกรอบตะกั่วที่เหมาะสมแล้วช่องว่างรอบ ๆ LED IR และโฟโตทรานซิสเตอร์จะถูกปิดผนึกภายในเรซินที่รองรับ IR แบบโปร่งใสซึ่งทำหน้าที่เหมือน 'ท่อแสง' หรือตัวนำคลื่นแสงระหว่าง อุปกรณ์ IR สองตัว
ในที่สุดการประกอบที่สมบูรณ์จะถูกขึ้นรูปด้วยอีพอกซีเรซินกันแสงขึ้นรูปเป็นแพ็คเกจ DIP เมื่อเสร็จสิ้นขั้วพินกรอบตะกั่วจะงอลงอย่างเรียบร้อย
Optocoupler Pinout
แผนภาพด้านบนแสดงแผนภาพพินเอาต์ของออปโตคัปเปลอร์ทั่วไปในแพ็คเกจ DIP อุปกรณ์นี้เรียกอีกอย่างว่า opto-isolator เนื่องจากไม่มีกระแสที่เกี่ยวข้องระหว่างชิปทั้งสองตัวแทนที่จะเป็นสัญญาณไฟเท่านั้นและเนื่องจากตัวปล่อย IR และตัวตรวจจับ IR มีฉนวนและการแยกไฟฟ้า 100%
ชื่อยอดนิยมอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์นี้คือโฟโตคัปเปลอร์หรือตัวแยกโฟตอน
เราจะเห็นว่าฐานของทรานซิสเตอร์ IR ภายในสิ้นสุดที่พิน 6 ของ IC โดยปกติฐานนี้จะไม่ได้เชื่อมต่อเนื่องจากจุดประสงค์หลักของอุปกรณ์คือการจับคู่ทั้งสองวงจรผ่านสัญญาณไฟ IR ภายในที่แยกได้
ในทำนองเดียวกันพิน 3 เป็นพินเปิดหรือพินไม่เชื่อมต่อและไม่เกี่ยวข้อง เป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนโฟโต้ทรานซิสเตอร์ IR ภายในให้เป็นโฟโตไดโอดเพียงแค่การลัดวงจรและเชื่อมต่อพินฐาน 6 กับพินตัวปล่อย 4
อย่างไรก็ตามคุณสมบัติข้างต้นอาจไม่สามารถเข้าถึงได้ในออปโตคัปเปลอร์ 4 พินหรือออปโตคัปเปลอร์แบบหลายช่องสัญญาณ
ลักษณะของ Optocoupler
ออปโตคัปเปลอร์แสดงลักษณะที่มีประโยชน์มากอย่างหนึ่งและนั่นคือประสิทธิภาพการมีเพศสัมพันธ์ที่เบาซึ่งเรียกว่า อัตราส่วนการถ่ายโอนปัจจุบันหรือ CTR
อัตราส่วนนี้ได้รับการปรับปรุงด้วยสเปกตรัมสัญญาณ IR LED ที่เข้ากันได้ดีกับสเปกตรัมการตรวจจับโฟโตทรานซิสเตอร์ที่อยู่ติดกัน
CTR จึงถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของกระแสเอาต์พุตต่อกระแสอินพุตที่ระดับอคติที่กำหนดของอุปกรณ์ออปโตคัปเปลอร์เฉพาะ แสดงด้วยเปอร์เซ็นต์:
CTR = Iced/ ผมฉx 100%
เมื่อข้อมูลจำเพาะแนะนำ CTR 100% หมายถึงการถ่ายโอนกระแสเอาต์พุต 1 mA สำหรับแต่ละ mA ของกระแสไปยัง IR LED ค่าต่ำสุดสำหรับ CTR อาจแสดงรูปแบบต่างๆระหว่าง 20 ถึง 100% สำหรับออปโตคัปเปลอร์ที่แตกต่างกัน
ปัจจัยที่อาจทำให้ CTR แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกและกระแสไปยังอุปกรณ์
รูปด้านบนแสดงพล็อตลักษณะเฉพาะของกระแสเอาต์พุตของโฟโตทรานซิสเตอร์ภายในออปโตคัปเปลอร์ (ICB) เทียบกับกระแสอินพุต (Iฉ) เมื่อใช้ VCB 10 V กับพินตัวเก็บรวบรวม / ฐาน
ข้อมูลจำเพาะ OptoCoupler ที่สำคัญ
พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะของออปโตคัปเปลอร์ที่จำเป็นบางประการสามารถศึกษาได้จากข้อมูลที่ระบุด้านล่าง:
แรงดันไฟฟ้าแยก (Viso) : มันถูกกำหนดให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุดสัมบูรณ์ที่สามารถมีอยู่ในขั้นตอนวงจรอินพุตและเอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์โดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายใด ๆ กับอุปกรณ์ ค่ามาตรฐานสำหรับพารามิเตอร์นี้อาจอยู่ระหว่าง 500 V ถึง 5 kV RMS
คุณคือ: อาจเข้าใจได้ว่าเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุดที่สามารถใช้กับพินต์โฟโตทรานซิสเตอร์ของอุปกรณ์ โดยทั่วไปอาจอยู่ระหว่าง 30 ถึง 70 โวลต์
ถ้า : เป็นกระแส DC ไปข้างหน้าต่อเนื่องสูงสุดที่อาจไหลใน IR LED หรือ Iสุทธิ . เป็นค่ามาตรฐานของความสามารถในการจัดการปัจจุบันที่ระบุไว้กับเอาต์พุตโฟโตทรานซิสเตอร์ของออปโตคัปเปลอร์ซึ่งอาจอยู่ในช่วงระหว่าง 40 ถึง 100 mA
เวลาเพิ่มขึ้น / ลดลง : พารามิเตอร์นี้กำหนดความเร็วเชิงตรรกะของการตอบสนองออปโตคัปเปลอร์ใน IR LED ภายในและโฟโตทรานซิสเตอร์ โดยทั่วไปอาจอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 ไมโครวินาทีสำหรับการขึ้นและลง สิ่งนี้ยังบอกเราเกี่ยวกับแบนด์วิดท์ของอุปกรณ์ออปโตคัปเปลอร์
การกำหนดค่าพื้นฐานของ Optocoupler
รูปด้านบนแสดงวงจรออปโตคัปเปลอร์พื้นฐาน ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่อาจผ่านโฟโตทรานซิสเตอร์ถูกกำหนดโดยกระแสอคติไปข้างหน้าที่ใช้ของ IR LED หรือ Iสุทธิแม้จะแยกจากกันโดยสิ้นเชิง
ในขณะที่สวิตช์ S1 เปิดอยู่กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน Iสุทธิถูกยับยั้งซึ่งหมายความว่าไม่มีพลังงาน IR สำหรับโฟโตทรานซิสเตอร์
สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์ไม่มีการใช้งานอย่างสมบูรณ์ทำให้แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ในการพัฒนาข้ามตัวต้านทานเอาต์พุต R2
เมื่อปิด S1 กระแสจะได้รับอนุญาตให้ไหลผ่าน Iสุทธิและ R1.
สิ่งนี้จะเปิดใช้งาน IR LED ซึ่งจะเริ่มปล่อยสัญญาณ IR บนโฟโตทรานซิสเตอร์ทำให้สามารถเปิดสวิตช์ได้และสิ่งนี้จะทำให้แรงดันเอาต์พุตพัฒนาไปทั่ว R2
วงจรออปโตคัปเปลอร์พื้นฐานนี้จะตอบสนองต่อสัญญาณอินพุตสวิตช์เปิด / ปิดได้ดีโดยเฉพาะ
อย่างไรก็ตามหากต้องการวงจรสามารถแก้ไขให้ทำงานร่วมกับสัญญาณอินพุตแบบอนาล็อกและสร้างสัญญาณเอาต์พุตแบบอะนาล็อกที่สอดคล้องกันได้
ประเภทของ Optocouplers
โฟโต้ทรานซิสเตอร์ของออปโตคัปเปลอร์ใด ๆ อาจมาพร้อมกับค่าเอาต์พุตเอาต์พุตและข้อกำหนดการทำงานที่แตกต่างกันมากมาย แผนผังที่อธิบายด้านล่างนี้แสดงให้เห็นถึงรูปแบบอื่น ๆ ของออปโตคัปเปลอร์รูปแบบอื่น ๆ อีก 6 รูปแบบซึ่งมีการรวมกันเฉพาะของ IRED และตัวตรวจจับแสงเอาต์พุต
ตัวแปรแรกข้างต้นแสดงถึงแผนผังออปโตคัปเปลอร์อินพุตแบบสองทิศทางและเอาต์พุตโฟโตทรานซิสเตอร์ที่มีวงจรแกลเลียม - อาร์เซไนด์ IRED ที่เชื่อมต่อแบบ back-to-back สองตัวสำหรับการเชื่อมต่อสัญญาณ AC อินพุตและเพื่อป้องกันอินพุตขั้วย้อนกลับ
โดยทั่วไปตัวแปรนี้อาจมี CTR ขั้นต่ำ 20%
ประเภทถัดไปด้านบนแสดงให้เห็นถึงตัวเชื่อมต่อออปโปซึ่งเอาต์พุตได้รับการปรับปรุงด้วยแอมพลิฟายเออร์โฟโต้ดาร์ลิงตันจากซิลิคอน สิ่งนี้ช่วยให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าขาออกที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับออปโตคัปเตอร์ปกติอื่น ๆ
เนื่องจากอิลิเมนต์ดาร์ลิงตันที่เอาต์พุตออปโตคัปเปลอร์ประเภทนี้สามารถสร้าง CTR ขั้นต่ำ 500% เมื่อแรงดันไฟฟ้าตัวสะสมถึงตัวปล่อยอยู่ที่ประมาณ 30 ถึง 35 โวลต์ ขนาดนี้ดูเหมือนจะสูงกว่าออปโตคัปเปลอร์ปกติประมาณสิบเท่า
อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้อาจไม่เร็วเท่ากับอุปกรณ์ทั่วไปอื่น ๆ และนี่อาจเป็นการแลกเปลี่ยนที่สำคัญในขณะที่ทำงานกับตัวเชื่อมต่อโฟโตดาร์ลิงตัน
นอกจากนี้อาจมีจำนวนแบนด์วิตที่มีประสิทธิภาพลดลงประมาณสิบเท่า โฟโต้รุ่นมาตรฐานอุตสาหกรรมออปโตคัปเปลอร์ดาร์ลิงตันคือ 4N29 ถึง 4N33 และ 6N138 และ 6N139
คุณยังสามารถใช้เป็นตัวเชื่อมต่อโฟโตดาร์ลิงตันแบบ Dual และ Quad channel
แผนผังที่สามด้านบนแสดงออปโตคัปเปลอร์ที่มี IRED และ MOSFET โฟโตเซนเซอร์ที่มีเอาต์พุตเชิงเส้นสองทิศทาง ช่วงแรงดันไฟฟ้าแยกของตัวแปรนี้อาจสูงถึง 2500 โวลต์ RMS ช่วงแรงดันไฟฟ้าแยกย่อยอาจอยู่ในช่วง 15 ถึง 30 โวลต์ในขณะที่เวลาขึ้นและลงอยู่ที่ประมาณ 15 ไมโครวินาทีในแต่ละครั้ง
ตัวแปรถัดไปข้างต้นแสดงให้เห็นถึงพื้นฐาน SCR หรือไทริสเตอร์ ตาม opto photosensor ที่นี่เอาต์พุตถูกควบคุมผ่าน SCR แรงดันไฟฟ้าแยกของข้อต่อประเภท OptoSCR โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 ถึง 4000 โวลต์ RMS มีแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในการปิดกั้น 200 ถึง 400 V. กระแสเปิดสูงสุด (Ifr) ได้ประมาณ 10 mA.
ภาพด้านบนแสดงออปโตคัปเปลอร์ที่มีเอาต์พุตโฟโตไทรแอค ตัวต่อเอาท์พุตที่ใช้ไทริสเตอร์ประเภทนี้มักมีแรงดันไฟฟ้าบล็อกไปข้างหน้า (VDRM) ที่ 400 V.
นอกจากนี้ยังมีออปโตคัปเปลอร์ที่มีคุณสมบัติทริกเกอร์ Schmitt ออปโตคัปเปลอร์ประเภทนี้แสดงไว้ด้านบนซึ่งรวมถึงออปโตเซนเซอร์ที่ใช้ IC ที่มี IC ทริกเกอร์ Schmitt ซึ่งจะแปลงคลื่นไซน์หรือสัญญาณอินพุตพัลซ์รูปแบบใด ๆ ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าขาออกสี่เหลี่ยม
อุปกรณ์ที่ใช้ตัวตรวจจับแสง IC เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานเหมือนวงจรมัลติไวเบรเตอร์ แรงดันไฟฟ้าแยกอาจอยู่ระหว่าง 2500 ถึง 4000 โวลต์
โดยปกติกระแสไฟเปิดจะระบุไว้ระหว่าง 1 ถึง 10 mA ระดับการจ่ายขั้นต่ำและสูงสุดในการทำงานอยู่ระหว่าง 3 ถึง 26 โวลต์และความเร็วสูงสุดของอัตราข้อมูล (NRZ) คือ 1 MHz
วงจรการใช้งาน
การทำงานภายในของออปโตคัปเปลอร์นั้นคล้ายคลึงกับการทำงานของชุดตัวส่งและตัวรับสัญญาณ IR ที่ตั้งค่าไว้อย่างไม่เหมาะสม
ป้อนข้อมูลการควบคุมปัจจุบัน
เช่นเดียวกับ LED อื่น ๆ IR LED ของออปโตคัปเปลอร์ยังต้องการตัวต้านทานเพื่อควบคุมกระแสอินพุตให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย ตัวต้านทานนี้สามารถเชื่อมต่อได้สองวิธีพื้นฐานด้วยออปโตคัปเปลอร์ LED ดังแสดงด้านล่าง:
สามารถเพิ่มตัวต้านทานเป็นอนุกรมด้วยขั้วแอโนด (a) หรือขั้วแคโทด (b) ของ IRED
AC Optocoupler
ในการอภิปรายก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้ว่าสำหรับอินพุต AC ขอแนะนำให้ใช้ออปโตคัปเปลอร์ AC อย่างไรก็ตามออปโตคัปเปลอร์มาตรฐานใด ๆ ก็สามารถกำหนดค่าได้อย่างปลอดภัยด้วยอินพุต AC โดยการเพิ่มไดโอดภายนอกเข้ากับขาอินพุต IRED ตามที่พิสูจน์แล้วในแผนภาพต่อไปนี้
การออกแบบนี้ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์จากสภาวะแรงดันไฟฟ้าอินพุตย้อนกลับโดยไม่ได้ตั้งใจ
การแปลงดิจิตอลหรืออนาล็อก
เพื่อให้ได้การแปลงดิจิตอลหรืออนาล็อกที่เอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์สามารถเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมด้วยพินตัวสะสมออปโตทรานซิสเตอร์หรือขาตัวปล่อยตามลำดับดังที่แสดงด้านล่าง:
การแปลงเป็น Photo-Transistor หรือ Photo-Diode
ดังที่ระบุไว้ด้านล่างโฟโต้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์ DIP 6 พินปกติสามารถแปลงเป็นเอาท์พุตโฟโต้ไดโอดได้โดยการเชื่อมต่อพินฐาน 6 ของทรานซิสเตอร์ของโฟโตทรานซิสเตอร์เข้ากับกราวด์และโดยการทำให้ตัวปล่อยไม่เชื่อมต่อหรือทำให้สั้นลงด้วยพิน 6 .
การกำหนดค่านี้ทำให้เวลาเพิ่มขึ้นของสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ยังส่งผลให้ค่า CTR ลดลงอย่างมากถึง 0.2%
Optocoupler Digital Interfacing
ออปโตคัปเปลอร์สามารถใช้งานได้ดีเยี่ยมในการเชื่อมต่อสัญญาณดิจิตอลซึ่งดำเนินการในระดับอุปทานต่างๆ
ออปโตคัปเปลอร์สามารถใช้สำหรับเชื่อมต่อ IC ดิจิทัลกับตระกูล TTL, ECL หรือ CMOS ที่เหมือนกันและในตระกูลชิปเหล่านี้เช่นเดียวกัน
ออปโตคัปเปลอร์ยังเป็นรายการโปรดเมื่อต้องเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลหรือไมโครคอนโทรลเลอร์กับคอมพิวเตอร์เมนเฟรมอื่น ๆ หรือโหลดเช่นมอเตอร์ รีเลย์ , โซลินอยด์, โคมไฟ ฯลฯ แผนภาพที่แสดงด้านล่างแสดงแผนผังการเชื่อมต่อของออปโปคัปเตอร์กับวงจร TTL
การเชื่อมต่อ TTL IC กับ Optocoupler
ที่นี่เราจะเห็นว่า IRED ของออปโตคัปเปลอร์เชื่อมต่อผ่าน + 5V และเอาต์พุตเกต TTL แทนที่จะเป็นวิธีปกติซึ่งอยู่ระหว่างเอาต์พุต TTL และกราวด์
เนื่องจากประตู TTL ได้รับการจัดอันดับให้ผลิตกระแสเอาต์พุตที่ต่ำมาก (ประมาณ 400 uA) แต่ระบุให้จมกระแสในอัตราที่ค่อนข้างสูง (16 mA) ดังนั้นการเชื่อมต่อข้างต้นจึงอนุญาตให้มีกระแสการเปิดใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ IRED เมื่อใดก็ตามที่ TTL อยู่ในระดับต่ำ อย่างไรก็ตามนี่ยังหมายความว่าการตอบสนองของเอาต์พุตจะกลับด้าน
ข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งที่มีอยู่กับเอาต์พุตประตู TTL ก็คือเมื่อเอาต์พุตเป็น HIGH หรือลอจิก 1 อาจสร้างระดับ 2.5 V ซึ่งอาจไม่เพียงพอที่จะปิด IRED ได้อย่างเต็มที่ ต้องมีอย่างน้อย 4.5 V หรือ 5 V เพื่อให้สามารถปิดสวิตช์ IRED ได้อย่างสมบูรณ์
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ R3 ถูกรวมไว้ด้วยซึ่งทำให้แน่ใจว่า IRED จะปิดอย่างสมบูรณ์ทุกครั้งที่เอาต์พุตเกต TTL เปลี่ยนเป็น HIGH แม้จะมี 2.5 V ก็ตาม
ขาเอาต์พุตของตัวเก็บรวบรวมของออปโตคัปเปลอร์เชื่อมต่อระหว่างอินพุตและกราวด์ของ TTL IC สิ่งนี้สำคัญเนื่องจากอินพุตประตู TTL ต้องต่อสายดินอย่างเพียงพออย่างน้อยต่ำกว่า 0.8 V ที่ 1.6 mA เพื่อเปิดใช้งานลอจิก 0 ที่ถูกต้องที่เอาต์พุตเกต ต้องสังเกตว่าการตั้งค่าที่แสดงในรูปด้านบนช่วยให้สามารถตอบสนองแบบไม่กลับด้านที่เอาต์พุตได้
การเชื่อมต่อ CMOS IC กับ Optocoupler
ซึ่งแตกต่างจากคู่ของ TTL เอาต์พุต CMOS IC มีความสามารถในการจัดหาแหล่งที่มาและจมกระแสที่เพียงพอได้ถึง mA จำนวนมากโดยไม่มีปัญหา
ดังนั้น IC เหล่านี้จึงสามารถเชื่อมต่อกับออปโตคัปเปลอร์ IRED ได้อย่างง่ายดายทั้งในโหมดซิงก์หรือโหมดต้นทางดังที่แสดงด้านล่าง
ไม่ว่าจะเลือกการกำหนดค่าใดที่ด้านอินพุต R2 ที่ด้านเอาต์พุตจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกเต็มแกว่งระหว่างลอจิก 0 และ 1 สถานะที่เอาต์พุตเกต CMOS
การเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และ BJT กับ Optocoupler
รูปด้านบนแสดง วิธีการเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์หรือ Arduino สัญญาณเอาต์พุต (5 โวลต์, 5 mA) ที่มีกระแสไฟฟ้าค่อนข้างสูงผ่านออปโตคัปเปลอร์และขั้นตอน BJT
ด้วยตรรกะ HIGH + 5V จาก Arduino ออปโตคัปเปลอร์ IRED และโฟโตทรานซิสเตอร์ทั้งสองจะยังคงปิดอยู่และทำให้ Q1, Q2 และมอเตอร์โหลดยังคงเปิดอยู่
ตอนนี้ทันทีที่เอาต์พุต Arduino เหลือน้อยออปโตคัปเปลอร์ IRED จะเปิดใช้งานและเปิดโฟโตทรานซิสเตอร์ สิ่งนี้จะระบุอคติพื้นฐานของ Q1 ทันทีโดยปิด Q1, Q2 และมอเตอร์
การเชื่อมต่อสัญญาณอนาล็อกกับ Optocoupler
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ออปโตคัปเปลอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อสัญญาณอะนาล็อกในสองวงจรโดยกำหนดกระแสเกณฑ์ผ่าน IRED จากนั้นจึงปรับค่าด้วยสัญญาณอนาล็อกที่ใช้
รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้กับสัญญาณเสียงอะนาล็อกได้อย่างไร
op amp IC2 ได้รับการกำหนดค่าให้เหมือนกับวงจรผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าเอกภาพ IRED ของ opto-coupler สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นห่วงของข้อเสนอแนะเชิงลบ
ลูปนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าข้าม R3 (ดังนั้นกระแสผ่าน IRED) เพื่อติดตามอย่างแม่นยำหรือติดตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับพิน # 3 ของแอมป์ op ซึ่งเป็นพินอินพุตที่ไม่กลับด้าน
พิน 3 ของแอมป์ is op ตั้งค่าที่ครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าผ่านเครือข่ายตัวแบ่งศักยภาพ R1, R2 ทำให้สามารถปรับพิน 3 ด้วยสัญญาณ AC ซึ่งอาจเป็นสัญญาณเสียงและทำให้การส่องสว่างของ IRED แตกต่างกันไปตามเสียงนี้หรือสัญญาณอะนาล็อกที่มอดูเลต
กระแสไฟนิ่งหรือกระแสไฟที่ไม่ได้ใช้งานสำหรับกระแส IRED จะอยู่ที่ 1 ถึง 2 mA ผ่าน R3
ที่ด้านเอาต์พุตของออปโตคัปเปลอร์กระแสไฟฟ้านิ่งจะถูกกำหนดโดยโฟโตทรานซิสเตอร์ กระแสนี้พัฒนาแรงดันไฟฟ้าข้ามโพเทนชิออมิเตอร์ R4 ซึ่งต้องปรับค่าเพื่อให้ได้เอาต์พุตนิ่งซึ่งเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้า
การติดตามสัญญาณออดิโอเอาท์พุตที่เทียบเท่าจะถูกแยกออกจากโพเทนชิออมิเตอร์ R4 และแยกผ่าน C2 เพื่อประมวลผลต่อไป
การเชื่อมต่อ Triac กับ Optocoupler
ออปโตคัปเปลอร์สามารถใช้ในการสร้างข้อต่อที่แยกได้อย่างสมบูรณ์แบบในวงจรควบคุม DC ต่ำและวงจรควบคุมไตรแอคที่ใช้ไฟ AC สูง
ขอแนะนำให้ต่อด้านกราวด์ของอินพุต DC เข้ากับสายดินที่เหมาะสม
สามารถดูการตั้งค่าทั้งหมดได้ในแผนภาพต่อไปนี้:
การออกแบบข้างต้นสามารถใช้สำหรับแยก การควบคุมไฟ AC หลัก เครื่องทำความร้อนมอเตอร์และโหลดอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน วงจรนี้ไม่ได้ตั้งค่าการควบคุมการข้ามศูนย์ซึ่งหมายความว่าทริกเกอร์อินพุตจะทำให้ไตรแอคสลับที่จุดใดก็ได้ของรูปคลื่น AC
ที่นี่เครือข่ายที่สร้างโดย R2, D1, D2 และ C1 สร้างความต่างศักย์ 10 V ที่ได้จากอินพุตสาย AC แรงดันไฟฟ้านี้ใช้สำหรับ ทริกเกอร์ triac ผ่าน Q1 เมื่อใดก็ตามที่เปิดด้านอินพุตโดยปิดสวิตช์ S1 ความหมายตราบเท่าที่ S1 เปิดอยู่ออปโตคัปเปลอร์จะปิดอยู่เนื่องจากอคติฐานเป็นศูนย์สำหรับ Q1 ซึ่งทำให้ไตรแอคปิดอยู่
ขณะที่ปิด S1 จะเปิดใช้งาน IRED ซึ่งจะเปิด Q1 Q1 ต่อมาเชื่อมต่อ 10 V DC เข้ากับประตูของ triac ซึ่งจะเปิด triac และในที่สุดก็เปิดโหลดที่เชื่อมต่อ
วงจรถัดไปด้านบนได้รับการออกแบบด้วยสวิตช์แรงดันไฟฟ้าศูนย์เสาหินซิลิกอน CA3059 / CA3079 วงจรนี้อนุญาตให้ triac ทริกเกอร์พร้อมกันนั่นคือในช่วง ข้ามแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ ของรูปคลื่นวงจร AC
เมื่อกด S1 opamp จะตอบสนองต่อเมื่อวงจร AC อินพุต Triac อยู่ใกล้กับไม่กี่ mV ใกล้กับเส้นข้ามศูนย์ หากทริกเกอร์อินพุตถูกสร้างขึ้นในขณะที่ AC ไม่ได้อยู่ใกล้เส้นข้ามศูนย์แอมป์จะรอจนกว่ารูปคลื่นถึงจุดตัดเป็นศูนย์จากนั้นจึงทริกเกอร์ไตรแอคผ่านตรรกะบวกจากพิน
คุณลักษณะการสลับการข้ามศูนย์นี้จะช่วยป้องกันการเชื่อมต่อจากกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่อย่างกะทันหันและการขัดขวางเนื่องจากการเปิดจะกระทำที่ระดับการข้ามศูนย์ไม่ใช่เมื่อ AC อยู่ที่จุดสูงสุดที่สูงขึ้น
นอกจากนี้ยังกำจัดเสียง RF และสิ่งรบกวนที่ไม่จำเป็นในสายไฟ สวิตช์ข้ามศูนย์ที่ใช้ optocoupler triac นี้สามารถใช้สำหรับการสร้าง SSR หรือ โซลิดสเตตรีเลย์ .
แอปพลิเคชั่น PhotoSCR และ PhotoTriacs Optocoupler
ออปโตคัปเปลอร์ที่มีเครื่องตรวจจับโฟโตมิเตอร์ในรูปแบบของ photoSCR และโฟโต้ - ไทรแอคเอาท์พุตโดยทั่วไปจะได้รับการจัดอันดับด้วยกระแสเอาต์พุตที่ต่ำกว่า
อย่างไรก็ตามไม่เหมือนกับอุปกรณ์ออปโตคัปเปลอร์อื่น ๆ OptoTriac หรือ optoSCR มีความสามารถในการจัดการกระแสไฟกระชากที่ค่อนข้างสูง (พัลซิ่ง) ซึ่งอาจสูงกว่าค่า RMS ที่กำหนดไว้มาก
สำหรับออปโตคัปเปลอร์ SCR ข้อกำหนดกระแสไฟกระชากอาจสูงถึง 5 แอมป์ แต่อาจอยู่ในรูปของความกว้างพัลส์ 100 ไมโครวินาทีและรอบการทำงานไม่เกิน 1%
ด้วย triac optocouplers สเปคไฟกระชากอาจอยู่ที่ 1.2 แอมป์ซึ่งจะต้องมีอายุการใช้งานเพียง 10 ไมโครวินาทีพัลส์โดยมีรอบการทำงานสูงสุด 10%
ภาพต่อไปนี้แสดงวงจรการใช้งานบางส่วนที่ใช้ออปโตคัปเปลอร์ Triac
ในแผนภาพแรกคุณสามารถเห็น photoTriac ที่กำหนดค่าให้เปิดใช้งานหลอดไฟโดยตรงจากสาย AC ที่นี่หลอดไฟจะต้องได้รับการจัดอันดับที่น้อยกว่า 100 mA RMS และอัตราส่วนกระแสไฟเข้าสูงสุดต่ำกว่า 1.2 แอมป์เพื่อการทำงานที่ปลอดภัยของออปโตคัปเปลอร์
การออกแบบที่สองแสดงให้เห็นว่าสามารถกำหนดค่าออปโตคัปเปลอร์ photoTriac สำหรับทริกเกอร์ Triac ทาสได้อย่างไรและเปิดใช้งานโหลดตามระดับพลังงานที่ต้องการในภายหลัง แนะนำให้ใช้วงจรนี้เฉพาะกับโหลดตัวต้านทานเช่นหลอดไส้หรือส่วนประกอบฮีตเตอร์
รูปที่สามด้านบนแสดงให้เห็นว่าวงจรสองตัวบนสามารถแก้ไขได้อย่างไร การจัดการโหลดอุปนัย เช่นมอเตอร์ วงจรประกอบด้วย R2, C1 และ R3 ที่สร้างการเปลี่ยนเฟสบนเครือข่ายเกตไดรฟ์ของ Triac
สิ่งนี้ช่วยให้ triac ดำเนินการกระตุ้นที่ถูกต้อง ตัวต้านทาน R4 และ C2 ถูกนำมาใช้เป็นเครือข่าย snubber เพื่อยับยั้งและควบคุมไฟกระชากเนื่องจาก EMF ย้อนกลับแบบอุปนัย ..
ในแอปพลิเคชันทั้งหมดข้างต้น R1 จะต้องได้รับการกำหนดขนาดเพื่อให้ IRED มีกระแสไฟฟ้าไปข้างหน้าอย่างน้อย 20 mA เพื่อการเรียกใช้เครื่องตรวจจับแสงไตรแอคอย่างเหมาะสม
แอปพลิเคชั่น Speed Counter หรือ RPM Detector
ตัวเลขข้างต้นอธิบายโมดูลออปโตคัปเปลอร์แบบกำหนดเองที่ไม่เหมือนใครซึ่งสามารถใช้สำหรับตัวนับความเร็วหรือแอปพลิเคชันการวัด RPM
แนวคิดแรกแสดงการประกอบตัวเชื่อมต่อแบบ slotted coupler-interrupter ที่กำหนดเอง เราสามารถเห็นช่องในรูปแบบของช่องว่างอากาศวางอยู่ระหว่าง IRED และโฟโตทรานซิสเตอร์ซึ่งติดตั้งอยู่บนกล่องแยกที่หันหน้าเข้าหากันผ่านช่องว่างอากาศ
โดยปกติสัญญาณอินฟราเรดจะสามารถส่งผ่านสล็อตได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวางใด ๆ ในขณะที่โมดูลขับเคลื่อนอยู่ เราทราบดีว่าสัญญาณอินฟราเรดสามารถปิดกั้นได้ทั้งหมดโดยการวางวัตถุทึบแสงขวางทางของมัน ในแอพพลิเคชั่นที่กล่าวถึงเมื่อสิ่งกีดขวางเช่นซี่ล้อได้รับอนุญาตให้เคลื่อนผ่านสล็อตทำให้เกิดการขัดจังหวะทางเดินของสัญญาณ IR
สิ่งเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นความถี่สัญญาณนาฬิกาในเอาต์พุตของขั้วโฟโตทรานซิสเตอร์ในเวลาต่อมา ความถี่สัญญาณนาฬิกาเอาท์พุตนี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความเร็วของวงล้อและสามารถประมวลผลสำหรับการวัดที่ต้องการได้ .
ช่องที่ระบุอาจมีความกว้าง 3 มม. (0.12 นิ้ว) โฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ภายในโมดูลมีโฟโต้ทรานซิสเตอร์ควรระบุด้วย CTR ขั้นต่ำประมาณ 10% ในสภาวะ 'เปิด'
โมดูลนี้เป็นแบบจำลองของไฟล์ ออปโตคัปเปลอร์มาตรฐาน การมี IR ในตัวและโฟโตทรานซิสเตอร์ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือที่นี่สิ่งเหล่านี้ประกอบอย่างไม่น่าเชื่อภายในกล่องแยกต่างหากโดยมีช่องว่างอากาศแยกออกจากกัน
โมดูลแรกด้านบนสามารถใช้สำหรับการวัดการปฏิวัติหรือเหมือนตัวนับการปฏิวัติ แต่ละครั้งที่แท็บวงล้อจะข้ามช่องของออปโตคัปเปลอร์โฟโตทรานซิสเตอร์จะปิดโดยสร้างการนับครั้งเดียว
การออกแบบที่สองที่แนบมาจะแสดงโมดูลออปโตคัปเปลอร์ที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณ IR ที่สะท้อน
IRED และโฟโต้ทรานซิสเตอร์ถูกติดตั้งไว้ในช่องแยกต่างหากในโมดูลซึ่งโดยปกติจะไม่สามารถ 'มองเห็น' ซึ่งกันและกันได้ อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ทั้งสองติดตั้งในลักษณะที่ทั้งสองใช้มุมจุดโฟกัสร่วมกันซึ่งอยู่ห่างออกไป 5 มม. (0.2 นิ้ว)
สิ่งนี้ช่วยให้โมดูลผู้ขัดขวางสามารถตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนไหวในบริเวณใกล้เคียงซึ่งไม่สามารถใส่ลงในช่องบาง ๆ ได้ โมดูลออปโปแบบสะท้อนแสงประเภทนี้สามารถใช้สำหรับการนับทางเดินของวัตถุขนาดใหญ่บนสายพานลำเลียงหรือวัตถุที่เลื่อนลงมาในท่อป้อน
ในรูปที่สองด้านบนเราจะเห็นโมดูลที่ใช้เป็นตัวนับการปฏิวัติซึ่งตรวจจับสัญญาณ IR ที่สะท้อนระหว่าง IRED และโฟโตทรานซิสเตอร์ผ่านตัวสะท้อนกระจกที่ติดตั้งบนพื้นผิวด้านตรงข้ามของดิสก์หมุน
การแยกระหว่างโมดูลออปโตคัปเปลอร์และดิสก์หมุนจะเท่ากับทางยาวโฟกัส 5 มม. ของคู่ตรวจจับตัวปล่อย
พื้นผิวสะท้อนแสงบนล้อสามารถทำได้โดยใช้สีโลหะหรือเทปหรือกระจก โมดูลออปโตคัปเปลอร์แบบแยกส่วนที่กำหนดเองเหล่านี้สามารถนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพได้เช่นกัน การนับความเร็วของเพลาเครื่องยนต์ และ RPM เพลาเครื่องยนต์หรือการวัดการหมุนต่อนาทีเป็นต้นโฟโต้อินเทอร์รัปเตอร์และแนวคิดโฟโตรีเฟลกเตอร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถสร้างขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ตรวจจับออปโตใด ๆ เช่นอุปกรณ์โฟโตดาร์ลิงตัน, โฟโตเอสซีอาร์และโฟโต้ไตรแอคตามข้อกำหนดการกำหนดค่าวงจรเอาท์พุต
สัญญาณเตือนการบุกรุกประตู / หน้าต่าง
โมดูลผู้ขัดขวาง optoisolator ที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถใช้เป็นสัญญาณเตือนการบุกรุกประตูหรือหน้าต่างได้อย่างมีประสิทธิภาพดังที่แสดงด้านล่าง:
วงจรนี้มีประสิทธิภาพและติดตั้งง่ายกว่าแบบเดิม สัญญาณเตือนการบุกรุกประเภทรีเลย์กกแม่เหล็ก .
ที่นี่วงจรใช้ตัวจับเวลา IC 555 เป็นตัวจับเวลาหนึ่งช็อตเพื่อส่งเสียงเตือน
ช่องว่างอากาศของออปโป้อิโซเลเตอร์ถูกปิดกั้นด้วยอุปกรณ์ยึดแบบคันโยกซึ่งรวมเข้ากับหน้าต่างหรือประตูด้วย
ในกรณีที่ประตูถูกเปิดหรือเปิดหน้าต่างการอุดตันในช่องจะถูกลบออกและ LED IR จะไปถึงโฟโตทรานซิสเตอร์และเปิดใช้งานการถ่ายภาพครั้งเดียว เวที IC 555 monostable .
IC 555 จะทริกเกอร์การแจ้งเตือน Piezo Buzzer ทันทีเกี่ยวกับการบุกรุก
คู่ของ: วงจร LDR และหลักการทำงาน ถัดไป: วงจรเตือนน้ำแข็งสำหรับรถยนต์
