Mở đầu
Opto quang còn có các cách gọi khác là Photocouplers, Opto-couplers hoặc Opto-isolators. Để đơn giản trong bài viết này Dientu5ngay chúng mình sẽ sử dụng tên gọi “Opto quang” cho thống nhất nhé. Rồi, chúng ta cùng bắt đầu đi tìm hiểu về Opto quang là gì ngay nào.
Opto quang là gì?
Opto quang là một linh kiện điện tử dùng để truyền tín hiệu điện gián tiếp (nhờ vào ánh sáng) giữa các mạch điện có sự chênh lệch cao về điện áp.
Thay vì phải truyền tín hiệu điện trực tiếp từ mạch này sang mạch kia, chỉ cần sử dụng Opto quang có một bộ phận phát quang, một bộ phận thu quang. Điều này có thể giải quyết được vấn đề này một cách đơn giản. Vậy thì chúng ta cùng đi tìm hiểu chi tiết về cấu tạo của Opto quang nhé.
Cấu tạo của Opto quang
Cấu tạo của Opto quang có chứa hai phần cần thiết đó là:
Bộ phận phát quang (phát ánh sáng ):
Bộ phát quang nằm ở phía đầu vào và lấy tín hiệu điện và chuyển nó thành tín hiệu ánh sáng. Điển hình của bộ phát sáng là một điốt phát quang.
Bộ thu quang (thu ánh sáng):
Bộ phát hiện ánh sáng trong Opto quang và chuyển nó trở lại thành tín hiệu điện. Bộ phận thu quang có thể là bất kỳ một trong số các loại thiết bị như điốt quang, điện trở quang, photo transistor ,photodarlington, v.v.
Bộ phát quang và thu quang được điều chỉnh để phù hợp với nhau, có bước sóng phù hợp để đạt được sự ghép nối tối đa.
Opto quang cũng có thể chứa các mạch điện khác.Ví dụ: nó có thể bao gồm điện trở nối tiếp cho đèn LED hoặc cũng có thể bao gồm bộ khuếch đại đầu ra.
Thuật ngữ photocoupler / optocoupler
Các thuật ngữ photocoupler, optocoupler và opto-isolator thường được sử dụng thay thế cho nhau trong tài liệu kỹ thuật và điện tử. Để đơn giản trong kỹ thuật các kỹ sư chỉ gọi chung là opto cho dễ nhớ.
Về lý thuyết mà nói, có sự khác biệt giữa các thuật ngữ optoisolator và optocoupler. Yếu tố phân biệt giữa bộ ghép quang và bộ cách ly quang là ở sự chênh lệch điện áp hiệu dụng giữa đầu vào và đầu ra:
Opto-coupler
Opto-coupler thường được sử dụng để truyền thông tin kỹ thuật số tương tự giữa các mạch trong khi vẫn duy trì sự cách ly về điện ở điện thế lên đến 5000 Vôn.
Opto-isolator
Bộ cách ly quang thường được sử dụng trong hệ thống điện và được sử dụng để truyền thông tin tương tự hoặc kỹ thuật số giữa các mạch có điện thế chênh lệch trên 5000 Vôn.
Đây là hướng dẫn sơ bộ về sự khác biệt giữa optocouplers và optoisolator. Tuy nhiên, các thuật ngữ vẫn được sử dụng rộng rãi thay thế cho nhau.
Nguyên lý hoạt động của Opto quang như thế nào ?
Ở đây để đơn giản, trong bài viết này sẽ lấy ví dụ về Opto quang PC817. Sơ đồ được trình bày như hình vẽ:
Opto PC817 là một loại Opto quang cấu tạo từ Diode và PhotoTransistor- loại Opto quang phổ biến nhất hiện nay. Trên sơ đồ ta thấy, khi có tín hiệu điện 5V chạy qua phần phát quang (Diode) của PC817. Lúc này diode phát ra một ánh sáng có bước sóng sáng định. PhotoTransistor (bộ phận thu quang) thu được ánh sáng phát ra và lúc này mở thông mạch. Lúc này có Transistor T1 được định thiên , mạch hoạt động làm cho tải M hoạt động. Vậy nên, dù tải có ăn dòng lớn nhưng qua bộ cách ly quang (Opto quang) sẽ giúp bảo vệ an toàn cho mạch điện điều khiển.
Ứng dụng của Opto trong thực tế
Sau khi đã trả lời được câu hỏi Opto quang là gì chúng ta tiếp tục tìm hiểu ứng dụng của Opto quang.IC quang hay bộ ghép quang (Optocouplers) và bộ cách ly quang (opto-isolators) có thể được sử dụng riêng hoặc để chuyển đổi một loạt các thiết bị điện tử lớn hơn khác như bóng bán dẫn và triac cung cấp cách ly điện cần thiết bằng tín hiệu điều khiển điện áp thấp hơn, ví dụ tín hiệu từ Arduino hoặc bộ điều khiển MCU, và tín hiệu đầu ra điện áp hoặc dòng điện cao hơn nhiều.
Các ứng dụng phổ biến cho Opto quang bao gồm chuyển mạch đầu vào / đầu ra của bộ vi xử lý, điều khiển nguồn DC và AC, truyền thông PC, cách ly tín hiệu và điều chỉnh nguồn cung cấp điện, v.v. Tín hiệu điện được truyền có thể là tín hiệu tương tự (Analog) hoặc kỹ thuật số (Digital). Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể:
Ứng dụng Opto quang làm công tắc DC
Trong ứng dụng này, optocoupler được sử dụng để phát hiện hoạt động của công tắc hoặc một loại tín hiệu đầu vào kỹ thuật số khác. Điều này rất hữu ích nếu công tắc hoặc tín hiệu được phát hiện nằm trong môi trường nhiễu điện. Đầu ra có thể được sử dụng để vận hành mạch ngoài, đèn hoặc làm đầu vào cho PC hoặc bộ vi xử lý.
Ở đây trong ví dụ này, điện trở 270kΩ được kết nối bên ngoài được sử dụng để kiểm soát độ nhạy của cực B của PhotoTransistor. Giá trị của điện trở có thể được chọn để phù hợp với thiết bị phát quang đã chọn. Bên cạnh đó độ nhạy chuyển mạch cũng cần lựa chọn cần phù hợp. Tụ điện ngăn chặn mọi đột biến hoặc quá độ không mong muốn từ việc kích sai cực B của PhotoTransistor.
Ứng dụng Opto quang kết hợp với Triac
Ngoài việc phát hiện tín hiệu và dữ liệu DC, bộ cách ly Opto-triac cũng cho phép điều khiển thiết bị cấp nguồn AC. Các triac kết hợp với opto như MOC 3020 chẳng hạn. Nó có thể chịu điện áp khoảng 400 Vôn. Điều này làm cho chúng lý tưởng cho kết nối nguồn điện trực tiếp và dòng điện tối đa khoảng 100mA. Đối với các tải được cấp nguồn cao hơn, opto-triac có thể được sử dụng để cung cấp xung cổng cho một triac khác lớn hơn thông qua một điện trở hạn chế dòng điện như được minh họa.
Loại cấu hình optocoupler này tạo thành cơ sở của một ứng dụng rơle trạng thái rắn rất đơn giản. Chúng có thể được sử dụng để điều khiển bất kỳ tải nào được cấp nguồn AC như đèn và động cơ. Cũng không giống như thyristor (SCR), một triac có khả năng dẫn điện trong cả hai nửa của chu kỳ nguồn AC với khả năng phát hiện giao cắt bằng không cho phép tải nhận đầy đủ công suất mà không có dòng khởi động nặng khi chuyển đổi tải cảm ứng.
Ưu điểm khi sử dụng Opto quang
Optocouplers và Opto-isolator là những thiết bị điện tử tuyệt vời. Ưu điểm chính của bộ ghép quang là khả năng cách ly điện cao. Opto quang cách ly giữa các thiết bị đầu cuối đầu vào và đầu ra. Nó cho phép các tín hiệu tương đối nhỏ điều khiển điện áp, dòng điện AC lớn hơn nhiều.
Bộ ghép quang có thể được sử dụng với cả tín hiệu DC và AC. Thông thường để điều khiển dòng xoay chiều người ta hay sử dụng bộ ghép quang SCR (thyristor) hoặc triac. Vì vậy thiết bị thu quang chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng điều khiển nguồn AC. Ưu điểm chính của photo-SCRs và photo-triac là cách ly hoàn toàn. Nó có thể cách ly hoàn toàn khỏi bất kỳ nhiễu hoặc xung điện áp nào. Bên cạnh đó nó còn giúp phát hiện điểm không của dạng sóng hình sin. Điều này giúp giảm dòng chuyển mạch và dòng khởi động. Vì vây có thể bảo vệ bất kỳ tải công suất nào khỏi hiện tượng “sốc điện”.
Lời kết
Vừa rồi chúng tớ, Dientu5ngay đã cùng các bạn đi tìm hiểu Opto quang là gì và làm thế nào để hiểu rõ opto quang trong 5 phút. Hy vọng chút kiến thức này giúp ích được phần nào cho các bạn trên con đường học điện tử. Nếu có bất cứ ý kiến đóng góp gì, đừng ngần ngại phản hồi cho chúng mình nhé.
CHÚC CÁC BẠN THÀNH CÔNG
0 nhận xét:
Đăng nhận xét