مدارهای الکترونیک

انواع اپتوکوپلر و کاربردهای آنها در مدارهای AC و DC

9 سال قبل
۸ دیدگاه
توسط اروند طباطبایی
7,364 بازدید
6 دقیقه زمان مطالعه
optocoupler-digispark
نوشته شده توسط اروند طباطبایی
اپتوکوپلر یا Optocoupler یا Optoisolator دستگاهی الکترونیکی است که دو بخش را از هم جدا می‌کند، به طوری که از طریق یک پرتو نوری ارتباط بین آن‌ها برقرار می‌شود. این دستگاه شامل یک منبع نوری مانند دیود ال ای دی (LED) و یک فتودیود (Photodiode) یا فتوترانزیستور (Phototransistor) است که در یک بستر مشترک یا پکیج قرار می‌گیرند. ورودی این دستگاه معمولاً یک سیگنال برقی است که توسط منبع خارجی ارسال می‌شود و به دیود ال ای دی وصل می‌شود. سپس دیود ال ای دی نوری را تولید کرده و آن را به فتودیود یا فتوترانزیستور منتقل می‌کند. در پایان، خروجی این دستگاه به عنوان سیگنال برقی در فتودیود یا فتوترانزیستور قابل استفاده است.

کاربرد و نحوه استفاده از اپتو کوپلر در مدارهای الکترونیکی

اپتوکوپلر (Optocoupler) یک قطعه الکترونیکی است که وظیفه آن کوپل کردن یا اتصال دو نقطه با استفاده از فرمان های نوری می باشد. داخل اپتوکوپلرها یک دیود نوری به همراه یک فتوترانزیستور قرار گرفته که هردو نسبت به محیط خارج اپتوکوپلر ایزوله شده اند ؛ بدین معنی که فتوترانزیستور داخلی تنها می تواند نور ساطع شده توسط دیود نوری داخلی را دریافت کند. بیس فتوترانزیستور توسط نور دریافتی از طرف دیود نوری تحریک می شود و می تواند با توجه به آن ، جریان را از خود عبور بدهد . معمولا در هر اپتوکوپلر حداقل دو پایه برای آند و کاتد دیود نوری و دو پایه هم برای کلکتور و امیتر فتوترانزیستور تعبیه شده است. هرگاه یک ولتاژ ایزولاسیون (معمولا ۳ تا ۵ ولت) را با رعایت قطب مثبت و منفی به آند و کاتد اپتوکوپلر متصل کنیم، فتوترانزیستور به محض دریافت نور ساطع شده از دیود نوری تحریک می شود و می تواند جریان را از خود عبور دهد. نکته اصلی در رابطه با قابلیت های این قطعه اینجاست که ولتاژ ایزولاسیون (ولتاژ اعمال شده به دیود نوری) نسبت به ولتاژ عبوری از فتوترانزیستور کاملا ایزوله است و هیچ گونه اتصال فیزیکی میان آن ها برقرار نمی شود. شما می توانید یک ولتاژ ۵ ولت را از میکروکنترلر به آند و کاتد اپتوکوپلر اعمال کنید و توسط آن عبور یک ولتاژ بالا یا یک جریان پر از نویز را از فتوترانزیستور کنترل کنید ؛ بدون آن که ذره ای از آن نویز وارد مدار اصلی شما شود و یا در عملکرد میکروکنترلر اختلال ایجاد کند. به عنوان مثال اگر بخواهیم از طریق میکروکنترلر مستقیما به موتوری فرمان بدهیم یا رله ای را فعال کنیم ممکن است عمکرد موتور باعث ایجاد نویز شده و بر روی عملکرد میکروکنترلر یا مدار فرمان تاثیر بگذارد و باعث اختلال در سیستم شود ؛ اما اپتوکوپلر این دو قسمت را کاملا از هم مجزا می کند. یکی دیگر از کاربردهای این قطعه استفاده در قسمت فیدبک برخی از منابع تغذیه سوییچینگ است. اگر یک شارژر گوشی موبایل را بازکنید، حتما درون آن یک اپتوکوپلر خواهید دید.

 

 

ساختار داخلی اپتوکوپلر

ساختار داخلی اپتوکوپلر شامل دو قسمت منبع نوری (LED) و فتودیود (Photodiode) یا فتوترانزیستور (Phototransistor) است که در یک بستر مشترک یا پکیج قرار دارند .منبع نوری، به عنوان قسمت اول این دستگاه، شامل یک دیود ال ای دی Diod LED است که توسط یک جریان الکتریکی کنترل شده و نوری را تولید می‌کند. این نور سپس به عنوان انرژی انتقالی بین دو قسمت این دستگاه استفاده می‌شود.در قسمت دوم، که فتودیود یا فتوترانزیستور نامیده می‌شود، نور تولید شده توسط منبع نوری از طریق یک فضای خلاء به قسمت فتودیود یا فتوترانزیستور منتقل می‌شود. این قسمت شامل یک تراشه نوری می‌شود که دارای یک الکترود و یک بخش حساس به نور است. وقتی که نور تولید شده توسط منبع نوری به بخش حساس به نور فتودیود یا فتوترانزیستور می‌رسد، این بخش شروع به تولید یک جریان الکتریکی می‌کند که به عنوان خروجی این دستگاه قابل استفاده است.به طور کلی، ساختار داخلی اپتوکوپلر شامل دو قسمت مجزا است که به کمک نور به یکدیگر متصل شده‌اند و با ایجاد یک جداسازی بین سیگنال ورودی و خروجی، از خطرات الکتریکی جلوگیری می‌کنند.

 

 اپتوکوپلر برای تشخیص ولتاژ AC

اپتوکوپلر می‌تواند برای تشخیص ولتاژ AC استفاده شود. ولتاژ AC ورودی به یک قسمت از اپتوکوپلر وصل می‌شود و با ایجاد تغییرات در شدت نوری که توسط منبع نوری در داخل دستگاه تولید می‌شود، باعث تولید جریان AC در قسمت فتوترانزیستور یا فتودیود می‌شود. سپس با استفاده از یک مدار الکترونیکی، جریان AC خروجی به شکل ولتاژ مورد نظر تبدیل می‌شود. مزیت استفاده از اپتوکوپلر در تشخیص ولتاژ AC، ایجاد جداسازی ایمنی بین سیگنال ورودی و خروجی است که می‌تواند از خطرات الکتریکی جلوگیری کند. به همین دلیل، این دستگاه برای کاربردهایی که نیاز به جداسازی ایمنی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

اپتوکوپلر برای تغییر جریان و سوئیچ در مدار DC

اپتوکوپلر می‌تواند برای تغییر جریان و سوئیچ در مدار DC استفاده شود. ع قسمت ورودی اپتوکوپلر به یک مدار کنترلی وصل می‌شود و با استفاده از یک سیگنال کنترلی، جریان فتودیود در داخل دستگاه کنترل می‌شود. سپس با تغییر جریان فتودیود، جریان خروجی در قسمت فتوترانزیستور یا فتودیود دیگری تغییر می‌کند و این باعث تغییر ولتاژ خروجی مدار DC می‌شود. مزیت استفاده از اپتوکوپلر در این کاربرد، جداسازی ایمنی بین قسمت کنترلی و قسمت قدرت مدار است. این مزیت می‌تواند در کاربردهایی که نیاز به کنترل جریان و ولتاژ مدار با استفاده از مدار کنترلی دارند، مانند در مدارهای DC-DC کانورتر و درایور موتور، بسیار مفید باشد.

انواع اپتوکوپلر از لحاظ عملکرد

انواع اصلی اپتوکوپلر عبارتند از:.
  •  اپتوکوپلر اشعه مادون قرمز: در این نوع اپتوکوپلر، اشعه مادون قرمز برای انتقال سیگنال از سوی فرستنده به سوی گیرنده استفاده می‌شود.
  •  اپتوکوپلر فوتودیود: در این نوع اپتوکوپلر، برای انتقال سیگنال از سوی فرستنده به سوی گیرنده از فوتودیود به جای اشعه مادون قرمز استفاده می‌شود.
  • اپتوکوپلر اپتوترانزیستور: این نوع اپتوکوپلر شامل یک اپتوترانزیستور است که به عنوان گیرنده عمل می‌کند و توانایی کنترل قدرت را دارد.
  •  اپتوکوپلر اپتودیود: در این نوع اپتوکوپلر، از یک اپتودیود به عنوان گیرنده استفاده می‌شود و برای جداسازی گالوانیک سیگنال‌های کوچک و الکتریکی استفاده می‌شود.
  •  اپتوکوپلر اپتوماس: این نوع اپتوکوپلر شامل دو فوتودیود است که به صورت متوازی قرار داده شده‌اند و برای تشخیص سیگنال‌های AC و DC استفاده می‌شود.
  •  اپتوکوپلر اپتوهیبرید: این نوع اپتوکوپلر شامل دو بخش اپتیکی و الکترونیکی است و برای انتقال سیگنال‌های بسیار سریع و با فرکانس بالا استفاده می‌شود.

 

 روش تست اپتوکوپلر چگونه است؟

اپتوکوپلر استفاده از یک مولتی‌متر دیجیتال است. برای این کار، ابتدا گیرنده اپتوکوپلر به یک سر مولتی‌متر دیجیتال متصل شده و سر دیگر به منبع تغذیه ولتاژ مورد نظر متصل می‌شود. سپس منبع تغذیه را روشن کرده و مقدار ولتاژ را روی مولتی‌متر خوانده و ثبت می‌کنیم. سپس، به جای منبع تغذیه، اپتوکوپلر را به همان سر متصل می‌کنیم و ولتاژ خروجی را در مولتی‌متر خوانده و با مقدار ولتاژ قبلی مقایسه می‌کنیم. اگر ولتاژ خروجی اپتوکوپلر در حد قابل قبول باشد، یعنی اپتوکوپلر به درستی کار می‌کند. در برخی موارد، برای تست اپتوکوپلر، می‌توان از دستگاه‌های تست خاصی مانند تستر فلوک (Fluke Tester) نیز استفاده کرد. این دستگاه‌ها به طور خاص برای تست اپتوکوپلر طراحی شده‌اند و می‌توانند تمامی عیب‌های احتمالی اپتوکوپلر را تشخیص دهند.

 

درباره نویسنده

اروند طباطبایی

بنیانگذار دیجی اسپارک: اولین مرجع تخصصی امبدد سیستم به زبان فارسی / کارشناس سئو و تولید محتوا

هرچه می آموزم میبینم که خیلی کم آموختم. علاقه به رباتیک و تکنولوژی دارم. امیدوارم بتونم دانشی را که آموخته‌ام، به روش‌های مختلفی به کاربران علاقمند منتقل کنم.

نمایش همه مطالب

مطالب مرتبط با علاقمندی شما

تبادل نظر و رفع عیب با ثبت دیدگاه

۸ دیدگاه

  • با عرض سلام و تشکر از توضیحات
    بنده مدتی است که به دنبال یک مدار یا یک ماژول اپتوکوپلر هستم که با فرستنده نوری کار کرده و بتواند کار تغییر ولتاژ را انجام دهد لطف اگر امکان دارد راهنمایی بفرمائید.

    پاسخ

    • با سلام
      ضمن تشکر از توجه شما، منظور شما این است که توسط یک فرستنده نوری، بتوانید در خروجی میزان ولتاژ را به مقدار دلخواه تغییر دهید. مثلا یک ریموت مادون قرمز؟

      پاسخ

  • با سلام خدمت شما
    و تشکر از اینکه دانش خود را در اختیار دیگران قرار میدهید
    من میخواهم چند ورودی را به یک میکرو بدم
    حال اگر بخواهم هر کدام از ورودی ها از میکرو و کل مدار و همچنین ورودی های دیگر مجزا و ایزوله باشد چکار کنم؟ یعنی مثلا اگر ولتاژ یکی از ورودی ها بالا بود و آن ورودی سوخت به میکرو و دیگر ورودی ها آسیبی نرسد.
    آیا می توان از اپتوکوپلر استفاده کرد؟

    پاسخ

  • ببینید ما یک منبع تغذیه ۱۲ ولت دارم که می خوام مدار تایمر و فرستنده و گیرنده مادون قرمز را را راه اندازی کنم هم میخوام موتور dc ام را تغذیه کنم یعنی تا تایمر رله را وصل کرد یک موتو رdc 12 ولت راه اندازی میشه حالا با چه مدار یا اپتوکوپلری آنها را از هم جدا کنم؟آیا لازمم هست جدا سازی ایجاد کرد؟

    پاسخ