Tìm hiểu về Opto

Khái niệm opto

Opto (optocoupler) là linh kiện quang điện tử truyền tín hiệu điều khiển giữa hai mạch hoạt động ở các mức điện áp khác nhau. Ưu điểm chính của opto là cách ly điện giữa các mạch đầu vào và đầu ra. Tiếp xúc duy nhất giữa đầu vào và đầu ra ở opto là một chùm ánh sáng. Điện trở cách li giữa hai mạch lên tới hàng ngàn MΩ. Sự cách ly này rất hữu ích trong các ứng dụng có điện áp cao và điện thế của hai mạch có thể khác nhau tới vài nghìn vôn.

Opto gồm một đèn LED hồng ngoại và một photodetector (chẳng hạn như một diode quang, transistor quang, Darlington, SCR hoặc triac), cả hai được tích hợp nằm bên trong một vỏ bọc kín.

Nó có một đèn LED ở phía đầu vào và một diode quang ở đầu ra. Điện áp nguồn bên trái và điện trở nối tiếp tạo dòng điện qua đèn LED. Sau đó, ánh sáng từ đèn LED bắt đầu đến diode quang và tạo nên một dòng trong mạch đầu ra. Điện áp đầu ra bằng với điện áp đầu ra V2 trừ đi điện áp trên điện trở tải R. Khi điện áp đầu vào thay đổi, lượng ánh sáng sẽ dao động.

Sơ đồ cách ly lý tưởng chỉ cho phép tín hiệu đi theo một hướng và được cung cấp một điện trở cực lớn giữa đầu vào và đầu ra của mạch. Các chức năng này có sẵn trong một lớp linh kiện quang điện nên gọi là optocouplers hoặc optoisolators.

Phương pháp ghép quang học là ưu việt trong nhiều ứng dụng, bởi vì nó loại bỏ một số tính năng kém hấp dẫn của rơle và máy biến áp.

Các opto hoạt động tốt trên các tín hiệu điện áp cao, AC, DC. Do đó, bộ chuyển đổi tín hiệu sử dụng ghép nối quang học đôi khi còn được gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu chung.

Đặc điểm của Opto

Tỷ số truyền dòng điện (CTR): Một trong những thông số quan trọng nhất của opto là hiệu quả cách li của nó. Tham số này được tối đa hóa bằng cách kết hợp chặt chẽ giữa đèn LED và đèn quang điện (thường hoạt động trong dải hồng ngoại). Hiệu quả cách li của một opto có thể được xác định một cách dễ dàng bởi tỷ số truyền đầu ra-đầu vào (CTR) tức là tỷ lệ dòng điện đầu ra Ic (được đo tại đầu thu của transistor quang) chia cho dòng điện đầu vào IF (dòng vào LED thu).

Điện áp cách ly đầu vào-đầu ra (Viso): Chênh lệch điện áp tối đa giữa đầu vào và đầu ra nằm trong khoảng từ 500V đến 4 kV.

Điện áp thu-phát cực đại (VCEmax) : Đây là điện áp DC tối đa cho phép có thể được sử dụng trên các đầu ra bóng bán dẫn. Giá trị có thể thay đổi từ 20 đến 80V.

Băng thông: Đây là tần số có thể truyền qua opto khi nó hoạt động ở chế độ bình thường. Tần số thay đổi trong khoảng giá trị từ 20 to 500 kHz.

Thời gian đáp ứng: Chia thành thời gian tăng t_r và thời gian giảm t*. Đối với đầu ra transistor quang, t_r và t* thường khoảng 2-5us.

Các loại Opto

1. Opto rãnh

Opto rãnh có một khoảng trống (rãnh) giữa LED phát và transistor quang thu; bình thường không có vật cản, ánh sáng từ LED phát sẽ truyền đến transistor thu, nhưng nó sẽ bị chặn lại nếu có vật thể nằm trong rãnh này. Do đó, opto rãnh được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phát hiện đầu cuối dải băng, chuyển mạch giới hạn và phát hiện mức chất lỏng.

2. Opto phản xạ

Các LED và transistor quang được đặt cùng phía ở bên trong opto, cả hai mặt của chúng hướng ra bên ngoài. Việc truyền tín hiệu giữa LED phát và transistor thu theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng qua vật thể phản chiếu (như lớp sơn kim loại thậm chí là sương, khói …) ở phía bên ngoài có khoảng cách phù hợp với led và transistor quang. Do đó, opto phản xạ có thể được sử dụng trong các ứng dụng như phát hiện vị trí dải băng, đo tốc độ, hoặc phát hiện khói hoặc sương mù, v.v.

Ứng dụng của opto

Opto (bộ cách li quang học) được sử dụng nhiều trong công nghiệp cụ thể là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa các thiết bị có điện áp cao (công tắc giới hạn) và các mạch logic điện áp thấp. Các bộ cách ly quang học có thể được sử dụng trong các trường hợp mà giữa hai mạch cần được cách ly với nhau. Sự cách ly điện giữa hai mạch cần phải có một thiết bị để ngăn chặn nhiễu được tạo ra trong quá trình truyền từ mạch này tới mạch kia. Điều này rất cần thiết cho việc ghép nối giữa các mạch thu thập thông tin điện áp cao và các mạch logic điện áp thấp. Vì các mạch thông tin hầu như sẽ phải tiếp xúc với các nguồn nhiễu và các mạch logic không thể chịu được các tín hiệu nhiễu này.

Trong nhiều ứng dụng, mạch điện tử triac và triac chịu sự điều khiển của các hệ thống điện tử nhạy cảm. Ví dụ, một hệ thống vi xử lý được lập trình để bật và tắt động cơ, đèn và máy sưởi cần phải có một thiết bị cách ly chúng nhằm giảm nhiễu dòng điện đến các thiết bị điện tử điều khiển và có thể bảo vệ nó trong trường hợp SCR hoặc TRIAC bị hư hỏng.