اپتوکوپلر چیست : کاربردها و مزایا

اپتوکوپلر که به عنوان اپتوایزولاتور نیز شناخته می‌شود، یک قطعه الکترونیکی است که سیگنال‌های الکتریکی را با استفاده از نور بین دو  بخش مدار الکترونیکی جدا شده منتقل می‌کند. شامل یک دیود ساطع کننده نور (LED) و یک آشکارساز نوری مانند یک فوتودیود، ترانزیستور نوری یا photoSCR است که در یک بسته محصور شده است. هدف اصلی یک اپتوکوپلر جلوگیری از تأثیر نویز و ولتاژ بالا بر سیستم دریافت کننده سیگنال است.

نحوه عملکرد اپتوکوپلر

سمت ورودی (LED):

هنگامی که یک سیگنال الکتریکی به سمت ورودی این قطعه اعمال می شود، LED را تغذیه می کند و باعث می شود که نور ساطع کند.

جداسازی:

نور ساطع شده از یک مانع عایق در داخل این قطعه عبور می کند که ورودی را از خروجی جدا می کند.

سمت خروجی (Photodetector):

ردیاب نوری در سمت خروجی نور را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند و سپس برای راه اندازی مدار خروجی استفاده می شود.

اجزای اصلی یک اپتوکوپلر

LED:

هنگامی که جریان از آن عبور می کند نور ساطع می کند.

آشکارساز نور:

نور را دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. ردیاب‌های نوری رایج شامل فوتوترانزیستورها، فوتودیودها و photoSCRها هستند.

ایزوله ورودی از خروجی:

تضمین می کند که هیچ اتصال الکتریکی مستقیمی بین ورودی و خروجی وجود ندارد و ایزولاسیون الکتریکی را فراهم می کند.

کاربردهای اپتوکوپلر

این نوع قطعات به طور گسترده در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند که در آن جداسازی بین بخش های مختلف مدار بسیار مهم است. در اینجا برخی از برنامه های کاربردی رایج آورده شده است:

رابط میکروکنترلر:

از آنها برای محافظت از میکروکنترلرها در برابر ولتاژ بالا و نویز الکتریکی در هنگام اتصال با سایر قطعات پرقدرت استفاده می شوند.

منابع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS):

آنها بازخورد را از سمت خروجی به مدار کنترل در سمت ورودی ارائه می دهند و در عین حال ایزوله الکتریکی را حفظ می کنند.

اتوماسیون صنعتی:

اپتوکوپلرها برای جداسازی بخش‌های مختلف یک سیستم کنترل صنعتی استفاده می‌شوند و عملکرد ایمن و قابل اطمینان را تضمین می‌کنند.

مخابرات:

برای جداسازی تجهیزات ارتباطی از نوسانات و ولتاژهای بالا که ممکن است در خطوط تلفن رخ دهد استفاده می شود.

کنترل موتور:

از آنها در مدارهای کنترل موتور برای جداسازی الکترونیکی کنترل از ولتاژها و جریان های بالا برای به حرکت درآوردن موتورها استفاده می شود.

تجهیزات پزشکی:

Optocoupler ها برای محافظت از بیماران و تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر شوک الکتریکی، ایزوله را در دستگاه های پزشکی ایجاد می کنند.

مزایای استفاده از اپتوکوپلرها

جداسازی الکتریکی:

مزیت اصلی اپتوکوپلرها توانایی آنها در ایجاد ایزولاسیون الکتریکی بین بخشهای مختلف مدار است که از مدارهای ولتاژ پایین در برابر نویزها و ولتاژ بالا محافظت می کند.

کاهش نویز:

با جداسازی ورودی و خروجی، اپتوکوپلرها به کاهش نویز و تداخل الکتریکی کمک می کنند و عملکرد قطعات الکترونیکی حساس را بهبود می بخشند.

یکپارچگی سیگنال:

اپتوکوپلرها با اطمینان از اینکه سیگنال منتقل شده از ورودی به خروجی در اثر تداخل الکتریکی تخریب نمی شود، یکپارچگی سیگنال را حفظ می کنند.

ایمنی:

آنها ایمنی سیستم های الکترونیکی را با جداسازی بخش های ولتاژ بالا و ولتاژ پایین افزایش می دهند و خطر برق گرفتگی و آسیب به قطعات را کاهش می دهند.

تطبیق پذیری:

این نوع کوپلرهای را می توان در طیف وسیعی از کاربردها، از اتوماسیون صنعتی گرفته تا لوازم الکترونیکی مصرفی، به کار برد که آنها را به اجزای همه کاره برای نیازهای مختلف جداسازی تبدیل می کند.

انواع اپتوکوپلر

انواع مختلفی از اپتوکوپلرها وجود دارد که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند:

نوع فوتوترانزیستور:

رایج ترین نوع است که برای جداسازی همه منظوره در بسیاری از کاربردها استفاده می شود.

نوع Photodarlington:

افزایش جریان بالاتری نسبت به کوپلرهای نوری ترانزیستوری فراهم می کند که برای کاربردهایی که نیاز به حساسیت بالاتری دارند مناسب است.

انوع فتوولتائیک:

هنگام قرار گرفتن در معرض نور، خروجی ولتاژ تولید می کنند که در کاربردهایی مانند راه اندازی گیت های ماسفت استفاده می شود.

کوپلرهای نوری فوتودیود:

در برنامه های پرسرعت و کم نویز استفاده می شود و زمان پاسخگویی سریع تری را ارائه می دهد.

نوع PhotoSCR و PhotoTRIAC:

برای کاربردهای سوئیچینگ AC، مانند کنترل موتورها و محیطهای کم نور استفاده می شود.

مثال: اپتوکوپلر PC817

PC817 یک اپتوکوپلر از نوع فتو ترانزیستور محبوب و پر کاربرد  است. در ادامه نگاهی مختصر به مشخصات آن خواهیم داشت :

ولتاژ بایاس LED: معمولاً حدود 1.2 ولت.
ولتاژ کلکتور-امیتر: حداکثر 35 ولت.
نسبت انتقال جریان (CTR): 50-600 درصد، بسته به مدل خاص.
ولتاژ جداسازی: 5000 ولت RMS.

اپتوکوپلرها اجزای ضروری در طراحی الکترونیکی مدرن هستند که عایق الکتریکی را فراهم می کنند، نویز را کاهش می دهند و ایمنی را افزایش می دهند. توانایی آن‌ها در جداسازی بخش‌های مختلف مدار، آن‌ها را در کاربردهای مختلف از رابط میکروکنترلر گرفته تا اتوماسیون صنعتی و تجهیزات پزشکی ضروری می‌سازد. یادگیری نحوه کار با انواع کوپلرهای نوری و مزایای آنها می تواند به طراحی سیستم های الکترونیکی قوی تر و قابل اعتمادتر کمک کند.