Optocoupler, yang menghubungkan sirkuit menggunakan sinyal optik sebagai medianya, merupakan elemen yang aktif di 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 fotokopler dalam pekerjaan elektronik Anda sendiri, Anda mungkin tidak tahu cara memilih dan menggunakannya. Karena optokopler sering disalahartikan dengan "fototransistor" dan "fotodioda". Oleh karena itu, apa itu fotokopler akan diperkenalkan dalam artikel ini.
Apa itu fotokopler?
Optocoupler adalah komponen elektronik yang etimologinya adalah optik
Coupler, yang berarti "menggandeng dengan cahaya". Terkadang juga dikenal sebagai optocoupler, isolator optik, insulasi optik, dll. Coupler 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 ini, dengan kata lain, dalam keadaan terisolasi. Oleh karena itu, koneksi rangkaian antara input dan output terpisah dan hanya sinyal yang ditransmisikan. Hubungkan 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 sakelar. 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 lampu LED ditemukan dan kemajuan teknologinya signifikan,optoelektronikmenjadi sebuah ledakan. Pada saat itu, berbagaiperangkat optikditemukan, dan kopler fotolistrik adalah salah satunya. Selanjutnya, optoelektronik dengan cepat merambah kehidupan kita.
① Prinsip/mekanisme
Prinsip optocoupler adalah elemen pemancar cahaya mengubah sinyal listrik masukan menjadi cahaya, dan elemen penerima cahaya mengirimkan sinyal listrik kembali 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 (dioda pemancar cahaya). Di sisi lain, terdapat 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 mengalirkan sedikit arus dibandingkan semikonduktor biasa. Ketika cahaya mengenai fototransistor, fototransistor menghasilkan gaya gerak fotoelektro pada permukaan semikonduktor tipe-P dan tipe-N, lubang-lubang pada semikonduktor tipe-N mengalir ke daerah p, elektron bebas semikonduktor di daerah p mengalir ke daerah n, dan arus akan mengalir.
Fototransistor tidak seresponsif fotodioda, tetapi juga memiliki efek memperkuat keluaran hingga ratusan hingga 1.000 kali lipat sinyal masukan (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, sensor cahaya biasanya digunakan sebagai sensor dan menjalankan fungsinya dengan melewatkan objek penghalang cahaya di antara elemen pemancar cahaya dan elemen penerima cahaya. Misalnya, sensor ini dapat digunakan untuk mendeteksi koin dan uang kertas di mesin penjual otomatis dan ATM.
2 Fitur
Karena optocoupler mentransmisikan sinyal melalui cahaya, insulasi antara sisi masukan dan keluaran merupakan fitur utama. Insulasi yang tinggi tidak mudah terpengaruh oleh derau, tetapi juga mencegah aliran arus yang tidak disengaja antara sirkuit yang berdekatan, yang sangat efektif dalam hal keamanan. Strukturnya sendiri relatif sederhana dan terjangkau.
Karena sejarahnya yang panjang, jajaran produk yang beragam dari berbagai produsen juga merupakan keunggulan unik optocoupler. Karena tidak ada kontak fisik, keausan antar komponennya minimal, dan masa pakainya lebih lama. Di sisi lain, terdapat pula karakteristik bahwa efisiensi cahaya mudah berfluktuasi, karena LED akan perlahan menurun seiring berjalannya waktu dan perubahan suhu.
Terutama ketika komponen internal plastik transparan menjadi keruh dalam waktu lama, cahaya yang dihasilkan tidak akan terlalu terang. Namun, bagaimanapun juga, masa pakainya terlalu lama dibandingkan dengan kontak mekanis.
Fototransistor umumnya lebih lambat daripada fotodioda, sehingga tidak digunakan untuk komunikasi berkecepatan tinggi. Namun, hal ini bukan suatu kerugian, karena beberapa komponen memiliki rangkaian penguat di sisi keluaran untuk meningkatkan kecepatan. Faktanya, tidak semua rangkaian elektronik perlu meningkatkan kecepatan.
③ Penggunaan
Kopler fotolistrikTerutama digunakan untuk operasi switching. Sirkuit akan dialiri arus dengan menyalakan sakelar, tetapi dari sudut pandang karakteristik di atas, terutama insulasi dan masa pakai yang lama, sangat cocok untuk skenario yang membutuhkan keandalan tinggi. Misalnya, kebisingan adalah musuh elektronik medis dan peralatan audio/komunikasi.
Ini juga digunakan dalam sistem penggerak motor. Motor ini dikendalikan oleh inverter saat digerakkan, tetapi menghasilkan derau karena output yang tinggi. Derau ini tidak hanya akan menyebabkan motor itu sendiri gagal berfungsi, tetapi juga mengalir melalui "ground" yang memengaruhi periferal. Khususnya, peralatan dengan kabel panjang mudah menangkap derau output tinggi ini, sehingga jika terjadi di pabrik, akan menyebabkan kerugian besar dan terkadang menyebabkan kecelakaan serius. Dengan menggunakan optocoupler berinsulasi tinggi untuk switching, 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
Terdapat dua jenis fotokopler: jenis yang sakelarnya mati ketika tidak ada tegangan yang diberikan, jenis yang sakelarnya menyala ketika ada tegangan, dan jenis yang sakelarnya menyala ketika tidak ada tegangan. Fotokopler akan aktif dan mati ketika 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
Fotokopler memiliki kemampuan untuk memperkuat sinyal, tetapi tidak selalu dapat mengalirkan tegangan dan arus sesuka hati. Tentu saja, fotokopler memiliki rating, tetapi tegangan perlu diberikan dari sisi masukan sesuai dengan arus keluaran 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 dihasilkan dengan andal setelah memperhitungkan kerusakan LED seiring waktu, sehingga lebih rendah dari nilai maksimumnya.
Sebaliknya, ada kasus di mana arus keluaran tidak besar. Oleh karena itu, saat memilih optocoupler, pastikan untuk memeriksa "arus keluaran" dengan cermat dan pilih produk yang sesuai.
③ Arus maksimum
Arus konduksi maksimum adalah nilai arus maksimum yang dapat ditahan oleh optocoupler saat melakukan konduksi. Sekali lagi, kita perlu memastikan berapa banyak output yang dibutuhkan proyek dan berapa tegangan inputnya sebelum kita membeli. Pastikan nilai maksimum dan arus yang digunakan bukan merupakan batasan, tetapi ada batasnya.
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 output. Namun, perlu diperhatikan agar tidak terjadi kesalahan orientasi antara sisi input dan output. Oleh karena itu, Anda juga perlu memeriksa simbol-simbol pada tabel data agar Anda tidak menemukan kesalahan pada kaki kopler fotolistrik setelah menggambar papan PCB.
Waktu posting: 29-Jul-2023