Optocoupler, yang menghubungkan sirkuit menggunakan sinyal optik sebagai medianya, merupakan elemen yang aktif dalam bidang-bidang yang membutuhkan presisi tinggi, seperti akustik, kedokteran, dan industri, karena sifatnya yang serbaguna dan andal, seperti daya tahan dan isolasi.
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 kali disamakan dengan “phototransistor” dan “photodiode”. Oleh karena itu, apa itu photocoupler akan diperkenalkan dalam artikel ini.
Apa itu photocoupler?
Optocoupler adalah komponen elektronik yang etimologinya adalah optik
coupler, yang berarti "menggabungkan dengan cahaya." Kadang-kadang juga dikenal sebagai optocoupler, isolator optik, isolasi optik, dll. Terdiri dari elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya, dan menghubungkan sirkuit sisi input dan sirkuit sisi output melalui sinyal optik. Tidak ada sambungan listrik antara sirkuit ini, dengan kata lain, dalam keadaan isolasi. Oleh karena itu, sambungan sirkuit antara input dan output terpisah dan hanya sinyal yang ditransmisikan. Hubungkan sirkuit dengan level tegangan input dan output yang sangat berbeda, dengan isolasi tegangan tinggi antara input dan output.
Selain itu, dengan mentransmisikan atau memblokir sinyal cahaya ini, ia bertindak sebagai sakelar. Prinsip dan mekanisme terperinci akan dijelaskan kemudian, tetapi elemen pemancar cahaya dari photocoupler adalah LED (light emitting diode).
Dari tahun 1960-an hingga 1970-an, ketika LED ditemukan dan kemajuan teknologinya signifikan,optoelektronikmenjadi sebuah booming. Pada saat itu, berbagaiperangkat optikditemukan, dan kopler fotolistrik adalah salah satunya. Selanjutnya, optoelektronik dengan cepat merambah kehidupan kita.
① Prinsip/mekanisme
Prinsip optocoupler adalah bahwa elemen pemancar cahaya mengubah sinyal listrik input menjadi cahaya, dan elemen penerima cahaya mengirimkan kembali sinyal listrik cahaya ke sirkuit sisi output. 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 (light-emitting diode). Di sisi lain, ada banyak jenis semikonduktor yang digunakan dalam perangkat penerima cahaya, tergantung pada lingkungan penggunaan, ukuran eksternal, harga, dll., tetapi secara umum, yang paling umum digunakan adalah fototransistor.
Saat tidak berfungsi, fototransistor hanya membawa sedikit arus listrik seperti yang dibawa semikonduktor biasa. Saat cahaya mengenainya, fototransistor menghasilkan gaya gerak listrik foto 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 listrik akan mengalir.
Fototransistor tidak responsif seperti fotodioda, tetapi juga memiliki efek memperkuat output hingga ratusan hingga 1.000 kali lipat sinyal input (karena medan listrik internal). Oleh karena itu, fototransistor cukup sensitif untuk menangkap sinyal lemah sekalipun, yang merupakan suatu keuntungan.
Faktanya, “penghalang cahaya” yang kita lihat adalah perangkat elektronik dengan prinsip dan mekanisme yang sama.
Namun, pengganggu cahaya biasanya digunakan sebagai sensor dan menjalankan perannya dengan 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 mentransmisikan sinyal melalui cahaya, isolasi antara sisi input dan sisi output merupakan fitur utama. Isolasi yang tinggi tidak mudah terpengaruh oleh kebisingan, 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 lengkap dari berbagai produsen juga merupakan keunggulan unik dari optocoupler. Karena tidak ada kontak fisik, keausan antar komponen menjadi kecil, dan masa pakainya lebih lama. Di sisi lain, ada juga karakteristik bahwa efisiensi cahaya mudah berfluktuasi, karena LED akan perlahan-lahan memburuk seiring berjalannya waktu dan perubahan suhu.
Terutama ketika komponen internal plastik transparan menjadi keruh dalam waktu lama, cahayanya tidak akan terlalu bagus. Namun, bagaimanapun juga, masa pakainya terlalu lama dibandingkan dengan kontak kontak mekanis.
Fototransistor umumnya lebih lambat daripada fotodioda, sehingga tidak digunakan untuk komunikasi berkecepatan tinggi. Namun, ini bukan suatu kerugian, karena beberapa komponen memiliki rangkaian amplifikasi pada sisi output untuk meningkatkan kecepatan. Faktanya, tidak semua rangkaian elektronik perlu meningkatkan kecepatan.
③ Penggunaan
Kopler fotolistrikterutama digunakan untuk operasi switching. Rangkaian akan dialiri arus listrik dengan menyalakan sakelar, tetapi dari sudut pandang karakteristik di atas, terutama isolasi dan masa pakai yang lama, rangkaian ini sangat cocok untuk skenario yang membutuhkan keandalan tinggi. Misalnya, kebisingan adalah musuh elektronik medis dan peralatan audio/peralatan komunikasi.
Ini juga digunakan dalam sistem penggerak motor. Alasan motor ini adalah karena kecepatannya dikontrol oleh inverter saat digerakkan, tetapi menghasilkan kebisingan karena output yang tinggi. Kebisingan ini tidak hanya akan menyebabkan motor itu sendiri gagal, tetapi juga mengalir melalui "tanah" yang memengaruhi periferal. Secara khusus, peralatan dengan kabel panjang mudah menangkap kebisingan output tinggi ini, jadi jika terjadi di pabrik, itu akan menyebabkan kerugian besar dan terkadang menyebabkan kecelakaan serius. Dengan menggunakan optocoupler yang sangat terisolasi untuk pengalihan, dampak pada sirkuit dan perangkat lain dapat diminimalkan.
Kedua, bagaimana memilih dan menggunakan optocoupler
Bagaimana cara menggunakan optocoupler yang tepat untuk aplikasi dalam desain produk? Teknisi pengembangan mikrokontroler berikut akan menjelaskan cara memilih dan menggunakan optocoupler.
① Selalu terbuka dan selalu tertutup
Ada dua jenis photocoupler: jenis yang sakelarnya dimatikan (off) saat tidak ada tegangan yang diberikan, jenis yang sakelarnya dihidupkan (off) saat tegangan diberikan, dan jenis yang sakelarnya dihidupkan saat tidak ada tegangan. Diaktifkan dan dimatikan saat tegangan diberikan.
Yang pertama disebut normal terbuka, dan yang kedua disebut normal tertutup. Cara memilihnya, pertama-tama tergantung pada jenis rangkaian yang Anda butuhkan.
② Periksa arus keluaran dan tegangan yang diberikan
Photocoupler memiliki sifat memperkuat sinyal, tetapi tidak selalu mengalirkan tegangan dan arus sesuai keinginan. Tentu saja, photocoupler memiliki nilai tertentu, tetapi tegangan perlu diberikan dari sisi input sesuai dengan arus output yang diinginkan.
Jika kita melihat lembar data produk, kita dapat melihat diagram 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 kerusakan LED dari waktu ke waktu, sehingga nilainya kurang dari nilai maksimum.
Sebaliknya, ada beberapa 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 dengannya.
③ Arus maksimum
Arus konduksi maksimum adalah nilai arus maksimum yang dapat ditahan oleh optocoupler saat melakukan konduksi. Sekali lagi, kita perlu memastikan bahwa kita mengetahui berapa banyak output yang dibutuhkan proyek dan berapa tegangan input sebelum kita membeli. Pastikan bahwa nilai maksimum dan arus yang digunakan bukan merupakan batasan, tetapi ada beberapa margin.
④ Atur photocoupler dengan benar
Setelah memilih optocoupler yang tepat, mari kita gunakan dalam proyek nyata. Pemasangannya sendiri mudah, cukup sambungkan terminal yang terhubung ke setiap rangkaian sisi input dan rangkaian sisi output. Namun, harus diperhatikan agar tidak salah arah antara sisi input dan sisi output. Oleh karena itu, Anda juga harus memeriksa simbol-simbol dalam tabel data, sehingga Anda tidak akan menemukan bahwa kaki photoelectric coupler salah setelah menggambar papan PCB.
Waktu posting: 29-Jul-2023