Optocoupler, yang menghubungkan sirkuit menggunakan sinyal optik sebagai medianya, merupakan elemen aktif di bidang yang membutuhkan presisi tinggi, seperti akustik, kedokteran, dan industri, karena fleksibilitas dan keandalannya yang tinggi, seperti daya tahan dan insulasi.
Namun kapan dan dalam kondisi apa optocoupler bekerja, dan apa prinsip di baliknya? Atau ketika Anda benar-benar menggunakan photocoupler dalam pekerjaan elektronik Anda sendiri, Anda mungkin tidak tahu cara memilih dan menggunakannya. Karena optocoupler sering dikacaukan dengan “fototransistor” dan “fotodioda”. Oleh karena itu, apa itu photo coupler akan diperkenalkan pada artikel ini.
Apa itu fotokopling?
Optocoupler adalah komponen elektronik yang etimologinya optik
coupler, yang artinya “bergandengan dengan cahaya”. Kadang-kadang juga dikenal sebagai optocoupler, isolator optik, isolasi optik, dll. Terdiri dari elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya, dan menghubungkan rangkaian sisi masukan dan rangkaian sisi keluaran melalui sinyal optik. Tidak ada sambungan listrik antar rangkaian tersebut, dengan kata lain dalam keadaan terisolasi. Oleh karena itu, rangkaian hubungan antara input dan output terpisah dan hanya sinyal yang ditransmisikan. Hubungkan sirkuit dengan level tegangan input dan output yang berbeda secara signifikan, dengan isolasi tegangan tinggi antara input dan output.
Selain itu, dengan mentransmisikan atau memblokir sinyal cahaya ini, ia bertindak sebagai saklar. Prinsip dan mekanisme detailnya akan dijelaskan nanti, namun elemen pemancar cahaya pada photo coupler adalah LED (light emitting diode).
Dari tahun 1960an hingga 1970an, ketika LED ditemukan dan kemajuan teknologinya sangat pesat,optoelektronikmenjadi booming. Saat itu bermacam-macamperangkat optikditemukan, dan penggandeng fotolistrik adalah salah satunya. Selanjutnya, optoelektronik dengan cepat merambah ke dalam kehidupan kita.
① Prinsip/mekanisme
Prinsip optocoupler adalah elemen pemancar cahaya mengubah sinyal listrik masukan menjadi cahaya, dan elemen penerima cahaya mentransmisikan sinyal listrik kembali cahaya ke rangkaian sisi keluaran. Elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya berada di bagian dalam blok cahaya eksternal, dan keduanya saling berhadapan untuk mentransmisikan cahaya.
Semikonduktor yang digunakan dalam elemen pemancar cahaya adalah LED (light-emitting diode). Di sisi lain, ada banyak jenis semikonduktor yang digunakan pada perangkat penerima cahaya, bergantung pada lingkungan penggunaan, ukuran eksternal, harga, dll., namun secara umum yang paling umum digunakan adalah fototransistor.
Ketika tidak berfungsi, fototransistor hanya membawa sedikit arus dibandingkan semikonduktor biasa. Ketika cahaya datang disana, fototransistor menghasilkan gaya gerak fotoelektroaktif pada permukaan semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N, lubang pada semikonduktor tipe N mengalir ke daerah p, semikonduktor elektron bebas di daerah p mengalir ke daerah n, dan arus akan mengalir.
Fototransistor tidak seresponsif fotodioda, namun fototransistor juga memiliki efek memperkuat keluaran hingga ratusan hingga 1.000 kali lipat sinyal masukan (karena medan listrik internal). Oleh karena itu, mereka cukup sensitif untuk menangkap sinyal yang lemah sekalipun, yang merupakan suatu keuntungan.
Padahal, “pemblokir cahaya” yang kita lihat adalah perangkat elektronik dengan prinsip dan mekanisme yang sama.
Namun, interupsi cahaya biasanya digunakan sebagai sensor dan menjalankan perannya dengan melewatkan objek pemblokiran cahaya antara elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya. Misalnya, dapat digunakan untuk mendeteksi koin dan uang kertas di mesin penjual otomatis dan ATM.
② Fitur
Karena optocoupler mentransmisikan sinyal melalui cahaya, isolasi antara sisi masukan dan sisi keluaran merupakan fitur utama. Insulasi tinggi tidak mudah terpengaruh oleh kebisingan, tetapi juga mencegah aliran arus yang tidak disengaja antara sirkuit yang berdekatan, yang sangat efektif dalam hal keselamatan. Dan strukturnya sendiri relatif sederhana dan masuk akal.
Karena sejarahnya yang panjang, rangkaian produk yang kaya dari berbagai produsen juga merupakan keunggulan unik dari optocoupler. Karena tidak ada kontak fisik, keausan antar bagiannya kecil, dan umurnya lebih lama. Di sisi lain, terdapat juga ciri efisiensi cahaya yang mudah berfluktuasi, karena LED akan perlahan-lahan rusak seiring berjalannya waktu dan perubahan suhu.
Apalagi jika komponen internal plastik transparan menjadi keruh dalam waktu lama, maka cahayanya tidak terlalu bagus. Namun, bagaimanapun juga, masa pakainya terlalu lama dibandingkan dengan kontak kontak mekanis.
Fototransistor umumnya lebih lambat dibandingkan fotodioda, sehingga tidak digunakan untuk komunikasi berkecepatan tinggi. Namun, hal ini tidak merugikan karena beberapa komponen memiliki sirkuit amplifikasi di sisi output untuk meningkatkan kecepatan. Faktanya, tidak semua rangkaian elektronik perlu ditingkatkan kecepatannya.
③ Penggunaan
Skrup fotolistrikterutama digunakan untuk operasi switching. Sirkuit akan diberi energi dengan menyalakan sakelar, tetapi dari sudut pandang karakteristik di atas, terutama insulasi dan umur panjang, sirkuit ini sangat cocok untuk skenario yang memerlukan keandalan tinggi. Misalnya, kebisingan adalah musuh peralatan elektronik medis dan audio/peralatan komunikasi.
Ini juga digunakan dalam sistem penggerak motor. Penyebab motor adalah kecepatannya dikendalikan oleh inverter saat digerakkan, namun menimbulkan kebisingan karena outputnya yang tinggi. Kebisingan ini tidak hanya menyebabkan motor itu sendiri mati, tetapi juga mengalir melalui “tanah” yang mempengaruhi periferal. Khususnya peralatan dengan kabel yang panjang mudah menangkap kebisingan keluaran tinggi ini, sehingga jika terjadi di pabrik akan menimbulkan kerugian yang besar dan terkadang menimbulkan kecelakaan yang serius. Dengan menggunakan optocoupler berinsulasi tinggi untuk peralihan, dampak pada sirkuit dan perangkat lain dapat diminimalkan.
Kedua, bagaimana memilih dan menggunakan optocoupler
Bagaimana cara menggunakan optokopler yang tepat untuk diaplikasikan pada desain produk? Insinyur pengembangan mikrokontroler berikut akan menjelaskan cara memilih dan menggunakan optocoupler.
① Selalu terbuka dan selalu tertutup
Ada dua tipe photokopler: tipe yang saklarnya dimatikan (off) ketika tidak ada tegangan yang dialirkan, tipe yang saklarnya dihidupkan (off) ketika ada tegangan yang dialirkan, dan tipe yang saklarnya menyala. menyala ketika tidak ada tegangan. Terapkan dan matikan saat voltase diterapkan.
Yang pertama disebut biasanya terbuka, dan yang terakhir disebut biasanya tertutup. Cara memilihnya, pertama tergantung jenis sirkuit apa yang Anda butuhkan.
② Periksa arus keluaran dan tegangan yang diberikan
Fotokopling mempunyai kemampuan untuk memperkuat sinyal, namun tidak selalu melewatkan tegangan dan arus sesuka hati. Tentu saja, ini diberi peringkat, tetapi tegangan perlu diterapkan dari sisi masukan sesuai dengan arus keluaran yang diinginkan.
Jika kita melihat pada lembar data produk, kita dapat melihat grafik dimana sumbu vertikal adalah arus keluaran (arus kolektor) dan sumbu horizontal adalah tegangan masukan (tegangan kolektor-emitor). Arus kolektor bervariasi sesuai dengan intensitas cahaya LED, jadi terapkan tegangan sesuai dengan arus keluaran yang diinginkan.
Namun, Anda mungkin berpikir bahwa arus keluaran yang dihitung di sini ternyata sangat kecil. Ini adalah nilai saat ini yang masih dapat dihasilkan dengan andal setelah memperhitungkan kerusakan LED seiring berjalannya waktu, sehingga kurang dari nilai maksimum.
Sebaliknya, ada kalanya arus keluaran tidak besar. Oleh karena itu, saat memilih optocoupler, pastikan untuk memeriksa “arus keluaran” dengan cermat dan memilih produk yang cocok.
③ Arus maksimum
Arus konduksi maksimum adalah nilai arus maksimum yang dapat ditahan oleh optocoupler saat menghantarkan. Sekali lagi, kita perlu memastikan bahwa kita mengetahui berapa banyak output yang dibutuhkan proyek dan berapa tegangan inputnya sebelum kita membeli. Pastikan nilai maksimum dan arus yang digunakan tidak dibatasi, tetapi ada margin tertentu.
④ Atur fotokopler dengan benar
Setelah memilih optocoupler yang tepat, mari kita gunakan dalam proyek nyata. Pemasangannya sendiri mudah, cukup sambungkan terminal-terminal yang terhubung pada masing-masing rangkaian sisi input dan rangkaian sisi output. Namun, harus berhati-hati agar tidak salah arah antara sisi masukan dan sisi keluaran. Oleh karena itu, Anda juga harus memeriksa simbol-simbol pada tabel data, agar tidak ditemukan kesalahan pada kaki fotolistrik coupler setelah menggambar papan PCB.
Waktu posting: 29 Juli-2023