Optocoupler: de soorten en verschillende toepassingen in DC / AC-circuits

Opto-coupler is een elektronische component die elektrische signalen tussen twee geïsoleerde circuits overdraagt. Optocoupler ook wel Opto-isolator, fotokoppelaar of optische isolator genoemd.

Vaak wordt in circuits, met name laagspannings- of zeer ruisgevoelige circuits, Optocoupler gebruikt om circuits te isoleren om de kans op elektrische botsingen te voorkomen of om ongewenste geluiden uit te sluiten. In de huidige commerciële markt kunnen we Opto-coupler kopen met een ingangsspanning van 10 kV tot 20 kV die bestand is tegen spanningscapaciteit, met een specificatie van 25 kV / uS-spanningstransiënten.

Interne structuur van optocoupler

Dit is de interne structuur van de opto-coupler. Aan de linkerkant zijn pin 1 en pin 2 zichtbaar, het is een LED (Light Emitting Diode), de LED zendt infrarood licht uit naar de lichtgevoelige transistoraan de rechterkant. De fototransistor schakelt het uitgangscircuit door zijn collector en emitter, hetzelfde als typische BJT-transistors. De intensiteit van de LED regelt rechtstreeks de fototransistor. Omdat de LED kan worden bestuurd door een ander circuit en de fototransistor verschillende circuits kan besturen, kunnen twee onafhankelijke circuits worden bestuurd door Optocoupler. Ook tussen de fototransistor en de infrarood-LED is de ruimte transparant en niet-geleidend materiaal; het isoleert elektrisch twee verschillende circuits. De uitgeholde ruimte tussen LED en fototransistor kan worden gemaakt met glas, lucht of een doorzichtig plastic, de elektrische isolatie is veel hoger, typisch 10 kV of hoger.

Soorten optische koppelingen

Er zijn veel verschillende soorten optocouplers die in de handel verkrijgbaar zijn op basis van hun behoeften en schakelmogelijkheden. Afhankelijk van het gebruik zijn er voornamelijk vier soorten optocouplers beschikbaar.

Opto-coupler die Photo Transistor gebruikt.
Opto-coupler die Photo Darlington Transistor gebruikt.
Opto-coupler die Photo TRIAC gebruiken.
Opto-coupler die Photo SCR gebruiken.

Optische koppeling met foto-transistor

In de bovenste afbeelding wordt de interne constructie getoond in een Photo-transistor Optocoupler. Het type transistor kan van alles zijn, of het nu PNP of NPN is.

Photo-Transistor kan verder uit twee typen bestaan, afhankelijk van de beschikbaarheid van de outputpin. Op de tweede afbeelding aan de linkerkant is er een extra pin-out die intern is verbonden met de basis van de transistor. Deze pin 6 wordt gebruikt om de gevoeligheid van de fototransistor te regelen. Vaak wordt de pin gebruikt om verbinding te maken met aarde of negatief met behulp van een hoogwaardige weerstand. In deze configuratie kunnen valse triggering als gevolg van ruis of elektrische transiënten effectief worden gecontroleerd.

Voordat u een optocoupler op basis van een fototransistor gebruikt, moet de gebruiker ook de maximale classificatie van de transistor kennen. PC816, PC817, LTV817, K847PH zijn enkele veelgebruikte op foto-transistor gebaseerde optocouplers. Foto - Transistorgebaseerde optokoppeling wordt gebruikt in DC-circuitgerelateerde isolatie.

Foto-Darlington Transistor Optocoupler

In de bovenste afbeelding zijn er twee soorten symbolen, de interne constructie van op Photo-Darlington gebaseerde optokoppeling wordt getoond.

Darlington-transistor is een twee transistorpaar, waarbij één transistor de andere transistorbasis bestuurt. In deze configuratie biedt de Darlington-transistor een hoog versterkingsvermogen. Zoals gewoonlijk zendt de LED infrarood led uit en bestuurt hij de basis van de transistorpaar.

Dit type opto-coupler wordt ook gebruikt in DC-circuitgerelateerd gebied voor de isolatie. De 6e pin die intern is verbonden met de basis van de transistor, wordt gebruikt om de gevoeligheid van de transistor te regelen zoals eerder besproken in de beschrijving van de fototransistor. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 zijn enkele op foto-Darlington gebaseerde opto-koppelingsvoorbeelden.

Foto-TRIAC Optocoupler

In de bovenste afbeelding wordt de interne constructie of de op TRIAC gebaseerde opto-coupler getoond.

TRIAC wordt voornamelijk gebruikt waar op AC gebaseerde besturing of schakeling nodig is. De led kan worden bediend met behulp van DC en de TRIAC kan worden gebruikt om AC te regelen. Opto-coupler zorgt ook in dit geval voor een uitstekende isolatie. Hier is een Triac-applicatie. De foto-TRIAC gebaseerde opto-coupler voorbeelden zijn IL420 , 4N35 etc zijn voorbeelden van TRIAC gebaseerde opto-coupler.

Op foto-SCR gebaseerde optocoupler

SCR staat voor Silicium gestuurde gelijkrichter, SCR ook wel Thyristor genoemd. In de bovenste afbeelding wordt de interne constructie van een op Photo-SCR gebaseerde opto-coupler getoond. Net als bij andere opto-coupler zendt de LED infrarood uit. De SCR wordt bestuurd door de intensiteit van de LED. Op foto-SCR gebaseerde opto-coupler gebruikt in AC-gerelateerde circuits. Lees hier meer over Thyristor.

Enkele voorbeelden van foto-SCR-gebaseerde optokoppelingen zijn: - MOC3071, IL400, MOC3072 enz.

Toepassingen van Optocoupler

Zoals eerder besproken, enkele Optocoupler gebruikt in DC-circuit en enkele Optocoupler die wordt gebruikt in AC-gerelateerde bewerkingen. Omdat de Optocoupler geen directe elektrische verbinding tussen twee kanten toestaat, is de belangrijkste toepassing van de Optocoupler het isoleren van twee circuits.

Van het schakelen van een andere applicatie, hetzelfde als waar transistor kan worden gebruikt om van applicatie te wisselen, de Optocoupler kan worden gebruikt. Het kan worden gebruikt in verschillende microcontroller-gerelateerde bewerkingen waarbij digitale pulsen of analoge informatie nodig is van een hoogspanningscircuit, Optocoupler kan worden gebruikt voor een uitstekende isolatie tussen deze twee.

Opto-coupler kan worden gebruikt voor AC-detectie, DC-besturing gerelateerde bewerkingen. Laten we eens kijken naar enkele toepassingen van Opto-transistors.

Optocoupler voor schakelen van DC-circuit:

In het bovenste circuit wordt een op foto-transistor gebaseerde optocouplercircuit gebruikt. Het werkt als een typische transistorschakelaar. In het schema wordt een goedkope, op fototransistor gebaseerde optokoppeling PC817 gebruikt. De infrarood led wordt aangestuurd door schakelaar S1. Als de schakelaar aan staat, zal de 9V-batterijbron stroom leveren aan de LED via de stroombegrenzende weerstand 10k.De intensiteit wordt geregeld door de R1-weerstand. Als we de waarde veranderen en de weerstand verlagen, zal de intensiteit van de led hoog zijn, waardoor de transistor hoger wordt.

Aan de andere kant is de transistor een fototransistor die wordt aangestuurd door de interne infrarood led, wanneer de led infrarood licht uitstraalt, zal de fototransistor contact maken en zal de VOUT 0 zijn en de belasting die eroverheen is aangesloten uitschakelen. Onthoud dat volgens het gegevensblad de collectorstroom van de transistor 50mA is. De R2 bieden de VOUT 5v. De R2 is een pull-up-weerstand.

U kunt het schakelen van een LED zien met behulp van een opto-coupler in de onderstaande video…

In deze configuratie kan de op foto-transistor gebaseerde optokoppelaar worden gebruikt met de microcontroller voor het detecteren van pulsen of onderbrekingen.

Optocoupler voor het detecteren van AC-spanning:

Hier wordt een ander circuit getoond om de wisselspanning te detecteren. De infrarood led wordt aangestuurd met behulp van twee 100k weerstanden. De twee 100k-weerstanden die worden gebruikt in plaats van één 200k-weerstand, zijn voor extra veiligheid bij kortsluitinggerelateerde omstandigheden. De LED is aangesloten op de wandcontactdoos Lijn (L) & Neutrale lijn (N). Wanneer de S1 wordt ingedrukt, begint de led infrarood licht uit te stralen. De fototransistor reageert en zet de VOUT om van 5V naar 0V.

In deze configuratie kan de optokoppeling worden aangesloten op een laagspanningscircuit, zoals een microcontrollereenheid, waar AC-spanningsdetectie vereist is. De output produceert een vierkante hoge naar lage puls.

Vanaf nu wordt het eerste circuit gebruikt om het DC-circuit te besturen of te schakelen en het tweede is om het AC-circuit te detecteren en het DC-circuit te regelen of te schakelen. Vervolgens zullen we het regelen van het AC-circuit zien met behulp van een DC-circuit.

Optocoupler voor het besturen van een wisselstroomcircuit met behulp van gelijkspanning:

In het bovenste circuit wordt de LED weer aangestuurd door een 9V batterij via een weerstand van 10k en de toestand van de schakelaar. Aan de andere kant wordt een op foto-TRIAC gebaseerde opto-coupler gebruikt, die de AC LAMP aanstuurt vanaf het 220V AC stopcontact. De 68R-weerstand wordt gebruikt om de BT136 TRIAC te besturen, die wordt bestuurd door de foto-TRIAC in de opto-coupler-eenheid.

Dit type configuratie wordt gebruikt om elektrische apparaten te besturen met behulp van laagspanningscircuits. De IL420 wordt gebruikt in het bovenste schema, een op foto-TRIAC gebaseerde Opto-coupler.

Anders dan dit type schakelingen, kan een optokoppeling worden gebruikt in SMPS om informatie over kortsluiting of overstroomstatus naar de primaire zijde te verzenden.

Als je Optocoupler IC in het echt wilt zien, bekijk dan onderstaande circuits:

Inleiding tot Octocoupler en interface met ATmega8
Prepaid energiemeter met behulp van GSM en Arduino
IR-afstandsbediend TRIAC-dimmercircuit
Raspberry Pi Noodverlichting met Darkness en AC Power Line Off Detector
Huisautomatisering met IR-afstandsbediening met behulp van PIC Microcontroller