اپتوکوپلر چیست؟
همانطور که می دانیم ترانسفورماتور‌ها ، این تجهیزات علاوه بر افزایش یا کاهش ولتاژ، یک ایزولاسیون الکتریکی بین ولتاژ سمت اولیه و سمت ثانویه ایجاد می‌کنند. به عبارت دیگر، ترانسفورماتور‌ها با تزویج الکترومغناطیسی و گردش شار در هسته لایه لایه آهنی خود یک ایزولاسیون یا جداسازی بین منبع ورودی و بار خروجی ایجاد می‌کنند. این ایزوله‌سازی بین ورودی و خروجی را می‌توان با استفاده از نور و قطعه الکترونیکی بسیار ارزشمندی به نام اپتوکوپلر (Optocoupler) نیز انجام داد.
اپوتوکوپلر چیست؟
طراحی پایه یک اپتوکوپلر که اپتوایزولاتور (Opto-Isolator) نیز نامیده می‌شود، از یک LED که نور فروسرخ یا مادون قرمز تولید می‌کند و یک قطعه نیمه‌هادی حساس به نور که برای آشکارسازی نور فروسرخ به کار می‌رود تشکیل شده است. هر دو قطعه LED و قطعه حساس به نور در یک محفظه تاریک قرار داده شده‌اند و پایه‌های فلزی برای اتصال الکتریکی دارند.
یک اپتوکوپلر یا اپتوایزولاتور از یک فرستنده یا امیتر نوری، یک LED و یک گیرنده حساس به نور تشکیل شده است. گیرنده می‌تواند یک فتودیود، فتوترانزیستور، مقاومت نوری یا فتورزیستور، SCR یا تریستور نوری (فتوتریستور) یا ترایاک نوری (فتوترایاک) باشد.
اپتوکوپلر فتوترانزیستوری
فتوترانزیستور شکل زیر را در نظر بگیرید. جریان سیگنال منبع از LED ورودی عبور می‌کند و سبب تولید نور فروسرخ در آن می‌شود که شدت آن متناسب با سیگنال الکتریکی است. این نور منتشر شده به بیس فتوترانزیستور می‌رسد و باعث روشن شدن آن می‌شود. در نتیجه، فتوترانزیستور مانند یک ترانزیستور دو قطبی عادی کار خواهد کرد.
بیس فتوترانزیستور می‌تواند باز (بدون اتصال) باشد تا حساسیت به انرژی نور فروسرخ LED حداکثر شود. همچنین می‌توان پایه بیس را از طریق یک مقاومت بزرگ زمین کرد و حساسیت سوئیچینگ را کنترل نمود و آن را نسبت به نویز‌های الکتریکی خارجی و تغییرات ناگهانی ولتاژ آن پایدارتر و مقاوم‌تر کرد.
وقتی جریان گذرنده از LED قطع شود، انتشار نور فروسرخ نیز متوقف شده و فتوترانزیستور از هدایت باز می‌ایستد. از فتوترانزیستور می‌توان برای سوئیچ کردن جریان در مدار خروجی استفاده کرد. پاسخ طیفی LED و قطعه حساس به نور تطابق زیادی با هم دارند و از طریق یک حائل شفاف مانند شیشه، پلاستیک یا هوا از یکدیگر جدا شده‌اند. از آن‌جایی که اتصال الکتریکی مستقیمی بین ورودی و خروجی یک اپتوکوپلر وجود ندارد، تا حدود ۱۰kVایزولاسیون الکتریکی وجود دارد.
اپتوکوپلر‌ها در چهار نوع مختلف در دسترس هستند که هر کدام یک منبع LED فروسرخ دارند، اما قطعه حساس به نور آن‌ها با هم متفاوت است. این چهار اپتوکوپلر عبارتند از:
- فتوتراتزیستوری (Photo-Transistor)
- فتودارلینگتونی (Photo-Darlington)
- فوتوتریستوری (Photo-SCR)
- فتوترایاکی (Photo-Triac)
چهار اپتوکوپلر مذکور در شکل زیر نشان داده شده‌اند:
فتوتریستور و فتودارلینگتون اغلب در مدار‌های DC به کار می‌روند، در حالی که فتوتریستور و فتوترایاک در مدار‌های AC مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته انواع ترکیب‌های منبع-سنسور دیگری مانند ال‌ای‌دی-فتودیود، ال‌ای‌دی-لیزر، لامپ-فتورزیستور نیز وجود دارند.
اپتوکوپلر‌های ساده را می‌توان با استفاده از قطعات مجزا ساخت. برای این کار باید یک LED و یک فتوترانزیستور را مطابق شکل زیر در یک لوله پلاستیکی محکم یا روکش حرارتی (شرینگ) قرار دهیم. مزیت این اپتوکوپلر دست‌ساز این است که می‌توان لوله را با هر طول دلخواهی برید و حتی آن را خم کرد. واضح است که لوله با سطح داخلی انعکاسی، نسبت به لوله‌ای با درون تاریک بازدهی بیشتری دارد.
منبع: فرادرس
