Optocoupler, yang menghubungkan sirkuit menggunakan sinyal optik sebagai medium, merupakan elemen yang aktif di bidang-bidang yang membutuhkan presisi tinggi, seperti akustik, kedokteran, dan industri, karena keserbagunaan dan keandalannya yang tinggi, seperti daya tahan dan isolasi.
Namun, kapan dan dalam keadaan 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 photocoupler akan diperkenalkan dalam artikel ini.
Apa itu fotokopler?
Optocoupler adalah komponen elektronik yang asal katanya adalah optik.
Kopler, yang berarti "penggabungan dengan cahaya." Terkadang juga dikenal sebagai optocoupler, isolator optik, isolasi optik, dll. Terdiri dari elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya, dan menghubungkan rangkaian sisi input dan rangkaian sisi output melalui sinyal optik. Tidak ada koneksi listrik antara rangkaian-rangkaian ini, dengan kata lain, dalam keadaan terisolasi. Oleh karena itu, koneksi rangkaian antara input dan output terpisah dan hanya sinyal yang ditransmisikan. Menghubungkan rangkaian dengan tingkat tegangan input dan output yang sangat berbeda secara aman, dengan isolasi tegangan tinggi antara input dan output.
Selain itu, dengan memancarkan atau memblokir sinyal cahaya ini, ia bertindak sebagai saklar. Prinsip dan mekanisme detailnya akan dijelaskan nanti, tetapi elemen pemancar cahaya dari fotokopler adalah LED (dioda pemancar cahaya).
Dari tahun 1960-an hingga 1970-an, ketika LED ditemukan dan kemajuan teknologinya sangat signifikan,optoelektronikmenjadi booming. Pada saat itu, berbagaiperangkat optikBerbagai perangkat ditemukan, dan kopler fotolistrik adalah salah satunya. Selanjutnya, optoelektronik dengan cepat merambah ke kehidupan kita.
① Prinsip/mekanisme
Prinsip kerja optocoupler adalah elemen pemancar cahaya mengubah sinyal listrik masukan menjadi cahaya, dan elemen penerima cahaya mengirimkan kembali sinyal listrik berupa cahaya ke rangkaian sisi keluaran. Elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya berada di bagian dalam blok cahaya eksternal, dan keduanya saling berhadapan untuk mengirimkan cahaya.
Semikonduktor yang digunakan dalam elemen pemancar cahaya adalah LED (dioda pemancar cahaya). Di sisi lain, ada banyak jenis semikonduktor yang digunakan dalam perangkat penerima cahaya, tergantung pada lingkungan penggunaan, ukuran eksternal, harga, dan lain-lain, tetapi secara umum, yang paling umum digunakan adalah fototransistor.
Saat tidak bekerja, fototransistor hanya mengalirkan sedikit arus dibandingkan semikonduktor biasa. Ketika cahaya mengenai permukaannya, fototransistor menghasilkan gaya gerak listrik foto (photoelectromotive force) pada permukaan semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N. Lubang (hole) pada semikonduktor tipe-N mengalir ke wilayah p, elektron bebas pada semikonduktor di wilayah p mengalir ke wilayah n, dan arus akan mengalir.
Fototransistor tidak seresponsif fotodioda, tetapi fototransistor juga memiliki efek memperkuat output hingga ratusan sampai 1.000 kali sinyal input (karena medan listrik internal). Oleh karena itu, fototransistor cukup sensitif untuk menangkap sinyal yang lemah sekalipun, yang merupakan suatu keunggulan.
Sebenarnya, "penghalang cahaya" yang kita lihat adalah perangkat elektronik dengan prinsip dan mekanisme yang sama.
Namun, pemutus cahaya biasanya digunakan sebagai sensor dan menjalankan fungsinya dengan cara melewatkan objek penghalang cahaya di 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 mengirimkan sinyal melalui cahaya, isolasi antara sisi input dan sisi output merupakan fitur utama. Isolasi yang tinggi tidak mudah terpengaruh oleh noise, tetapi juga mencegah aliran arus yang tidak disengaja antara sirkuit yang berdekatan, yang sangat efektif dalam hal keamanan. Dan strukturnya sendiri relatif sederhana dan masuk akal.
Karena sejarahnya yang panjang, jajaran produk yang kaya dari berbagai produsen juga merupakan keunggulan unik dari optocoupler. Karena tidak ada kontak fisik, keausan antar bagian kecil, dan umurnya lebih panjang. Di sisi lain, ada juga karakteristik bahwa efisiensi pencahayaan mudah berfluktuasi, karena LED akan perlahan memburuk seiring berjalannya waktu dan perubahan suhu.
Terutama ketika komponen internal plastik transparan menjadi keruh dalam waktu lama, cahaya yang diterimanya tidak akan terlalu baik. Namun, dalam hal apa pun, masa pakainya jauh lebih lama dibandingkan dengan kontak mekanis.
Fototransistor umumnya lebih lambat daripada fotodioda, sehingga tidak digunakan untuk komunikasi berkecepatan tinggi. Namun, ini bukanlah suatu kekurangan, karena beberapa komponen memiliki rangkaian penguat di sisi keluaran untuk meningkatkan kecepatan. Bahkan, tidak semua rangkaian elektronik perlu meningkatkan kecepatan.
③ Penggunaan
Kopler fotolistrikTerutama digunakan untuk operasi pensaklaran. Sirkuit akan diberi daya dengan menghidupkan sakelar, tetapi dari sudut pandang karakteristik di atas, terutama isolasi dan umur panjang, sangat cocok untuk skenario yang membutuhkan keandalan tinggi. Misalnya, kebisingan adalah musuh elektronik medis dan peralatan audio/peralatan komunikasi.
Alat ini juga digunakan dalam sistem penggerak motor. Alasan penggunaan motor adalah karena kecepatannya dikendalikan oleh inverter saat motor beroperasi, tetapi menghasilkan kebisingan karena output yang tinggi. Kebisingan ini tidak hanya akan menyebabkan motor itu sendiri rusak, tetapi juga mengalir melalui "ground" dan memengaruhi perangkat periferal. Secara khusus, peralatan dengan kabel panjang mudah menangkap kebisingan output tinggi ini, sehingga jika terjadi di pabrik, akan menyebabkan kerugian besar dan terkadang menyebabkan kecelakaan serius. Dengan menggunakan optocoupler yang sangat terisolasi untuk switching, dampak pada sirkuit dan perangkat lain dapat diminimalkan.
Kedua, bagaimana cara memilih dan menggunakan optocoupler.
Bagaimana cara menggunakan optocoupler yang tepat untuk aplikasi dalam desain produk? Para insinyur pengembangan mikrokontroler berikut akan menjelaskan cara memilih dan menggunakan optocoupler.
① Selalu terbuka dan selalu tertutup
Ada dua jenis fotokopler: jenis yang sakelarnya dimatikan (off) ketika tidak ada tegangan yang diberikan, jenis yang sakelarnya dihidupkan (off) ketika tegangan diberikan, dan jenis yang sakelarnya dihidupkan ketika tidak ada tegangan. Sakelar dihidupkan dan dimatikan ketika tegangan diberikan.
Yang pertama disebut normally open (biasanya terbuka), dan yang kedua disebut normally closed (biasanya tertutup). Cara memilihnya, pertama-tama bergantung pada jenis rangkaian yang Anda butuhkan.
2. Periksa arus keluaran dan tegangan yang diberikan.
Fotokopler memiliki sifat memperkuat sinyal, tetapi tidak selalu dapat mengalirkan tegangan dan arus sesuai keinginan. Tentu saja, ia memiliki rating tertentu, tetapi tegangan perlu diterapkan dari sisi input sesuai dengan arus output yang diinginkan.
Jika kita melihat lembar data produk, kita dapat melihat grafik di mana 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 sangat kecil. Ini adalah nilai arus yang masih dapat dikeluarkan dengan andal setelah memperhitungkan penurunan kualitas LED seiring waktu, sehingga nilainya lebih rendah dari nilai maksimum.
Sebaliknya, ada kasus di mana arus keluaran tidak besar. Oleh karena itu, saat memilih optocoupler, pastikan untuk memeriksa dengan cermat "arus keluaran" dan pilih produk yang sesuai.
③ Arus maksimum
Arus konduksi maksimum adalah nilai arus maksimum yang dapat ditahan oleh optocoupler saat menghantarkan arus. Sekali lagi, kita perlu memastikan kita mengetahui berapa banyak output yang dibutuhkan proyek dan berapa tegangan inputnya sebelum membeli. Pastikan bahwa nilai maksimum dan arus yang digunakan bukanlah batasan, tetapi ada sedikit margin.
④ Pasang photocoupler dengan benar
Setelah memilih optocoupler yang tepat, mari kita gunakan dalam proyek nyata. Pemasangannya sendiri mudah, cukup hubungkan terminal yang terhubung ke setiap rangkaian sisi input dan rangkaian sisi output. Namun, perlu diperhatikan agar tidak salah memasang sisi input dan sisi output. Oleh karena itu, Anda juga harus memeriksa simbol-simbol dalam tabel data, agar Anda tidak menemukan kesalahan pada kaki optocoupler setelah menggambar papan PCB.
Waktu posting: 29 Juli 2023