Transoptor: jego rodzaje i różne zastosowania w obwodach DC / AC

Sprzęgacz optyczny to element elektroniczny, który przesyła sygnały elektryczne między dwoma izolowanymi obwodami. Transoptor zwany również Optoizolatorem, fotozłączem lub izolatorem optycznym.

Często w obwodach, zwłaszcza w obwodach niskiego napięcia lub bardzo wrażliwych na zakłócenia, transoptor jest używany do izolowania obwodów, aby zapobiec możliwości kolizji elektrycznych lub aby wykluczyć niepożądane szumy. Na obecnym rynku komercyjnym można zakupić optozłącznik z wejściem od 10 kV do 20 kV na wyjściu wytrzymywanym o wytrzymałości napięciowej 25 kV / uS.

Struktura wewnętrzna transoptora

To jest wewnętrzna struktura transoptora. Po lewej stronie odsłonięte są pin 1 i pin 2, jest to dioda LED (dioda elektroluminescencyjna), dioda LED emituje światło podczerwone do światłoczułego tranzystorapo prawej stronie. Fototranzystor przełącza obwody wyjściowe poprzez kolektor i emiter, tak samo jak typowe tranzystory BJT. Natężenie diody LED bezpośrednio steruje fototranzystorem. Ponieważ dioda LED może być sterowana przez inny obwód, a fototranzystor może sterować różnymi obwodami, więc dwa niezależne obwody mogą być sterowane przez transoptor. Ponadto, pomiędzy fototranzystorem i diodą podczerwieni, przestrzeń jest przezroczysta i nieprzewodząca; izoluje elektrycznie dwa różne obwody. Wydrążona przestrzeń między diodą LED a fototranzystorem może być wykonana przy użyciu szkła, powietrza lub przezroczystego plastiku, izolacja elektryczna jest znacznie wyższa, zwykle 10 kV lub wyższa.

Rodzaje transoptorów

Na rynku dostępnych jest wiele różnych typów transoptorów w zależności od ich potrzeb i możliwości przełączania. W zależności od zastosowania dostępne są głównie cztery typy transoptorów.

1. Opto-łącznik wykorzystujący fototranzystor.
2. Sprzęgacz optyczny wykorzystujący tranzystor fotograficzny Darlington.
3. Opto-łącznik wykorzystujący Photo TRIAC.
4. Opto-sprzęgacz wykorzystujący Photo SCR.

Transoptor foto-tranzystorowy

Na górnym zdjęciu konstrukcja wewnętrzna jest pokazana wewnątrz transoptora fototranzystora. Typ tranzystora może być dowolny, niezależnie od tego, czy jest to PNP, czy NPN.

Fototranzystor może być dalszych dwóch typów w zależności od dostępności pinów wyjściowych. Na drugim obrazku po lewej jest dodatkowe wyprowadzenie, które jest wewnętrznie połączone z bazą tranzystora. Ten pin 6 służy do sterowania czułością fototranzystora. Często pin jest używany do połączenia z masą lub ujemnym za pomocą rezystora o dużej wartości. W tej konfiguracji można skutecznie kontrolować fałszywe wyzwalanie spowodowane szumem lub przejściami elektrycznymi.

Ponadto przed użyciem transoptora opartego na fototranzystorach użytkownik musi znać maksymalne wartości znamionowe tranzystora. PC816, PC817, LTV817, K847PH to nieliczne powszechnie stosowane transoptory oparte na fototranzystorach. Zdjęcie - Sprzęgacz optyczny oparty na tranzystorze jest używany w izolacji związanej z obwodem prądu stałego.

Transoptor tranzystorowy foto-Darlington

Na górnym obrazku znajdują się dwa rodzaje symboli, pokazana jest konstrukcja wewnętrzna opto-sprzęgacza opartego na Photo-Darlington.

Tranzystor Darlington to dwie pary tranzystorów, gdzie jeden tranzystor steruje inną bazą tranzystora. W tej konfiguracji tranzystor Darlington zapewnia wysokie wzmocnienie. Jak zwykle dioda LED emituje podczerwień i steruje bazą tranzystora pary.

Ten typ transoptora jest również używany w obszarze związanym z obwodem prądu stałego do izolacji. Szósty pin, który jest wewnętrznie połączony z bazą tranzystora, służy do sterowania czułością tranzystora, jak omówiono wcześniej w opisie fototranzystora. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 to tylko kilka przykładów opto-sprzęgacza opartego na foto-Darlingtonie.

Transoptor Photo-TRIAC

Na górnym obrazku pokazana jest konstrukcja wewnętrzna lub transoptor oparty na TRIAC.

TRIAC jest używany głównie tam, gdzie potrzebne jest sterowanie lub przełączanie oparte na AC. Dioda LED może być sterowana za pomocą prądu stałego, a TRIAC służy do sterowania prądem zmiennym. Również w tym przypadku sprzęgło optyczne zapewnia doskonałą izolację. Oto jedna aplikacja triaka. Przykładami transoptorów na bazie foto-TRIAC są IL420 , 4N35 itp. Są przykładami transoptora opartego na TRIAC.

Transoptor oparty na Photo-SCR

SCR oznacza prostownik sterowany silikonem, SCR zwany również tyrystorem. Na górnym obrazku pokazano wewnętrzną konstrukcję transoptora opartego na Photo-SCR. Podobnie jak inne transoptory, dioda LED emituje podczerwień. SCR jest kontrolowany przez intensywność diody LED. Opto-sprzęgacz oparty na foto-SCR stosowany w obwodach prądu przemiennego. Dowiedz się więcej o tyrystorze tutaj.

Kilka przykładów transoptorów opartych na foto-SCR to: - MOC3071, IL400, MOC3072 itd.

Zastosowania transoptora

Jak omówiono wcześniej, kilka transoptorów używanych w obwodzie prądu stałego i kilka transoptorów używanych w operacjach związanych z prądem przemiennym. Ponieważ transoptor nie pozwala na bezpośrednie połączenie elektryczne między dwoma stronami, głównym zastosowaniem transoptora jest izolacja dwóch obwodów.

Od przełączania innych aplikacji, tak jak w przypadku, gdy tranzystor może być użyty do przełączania aplikacji, można użyć transoptora. Może być używany w różnych operacjach związanych z mikrokontrolerami, w których cyfrowe impulsy lub informacje analogowe potrzebne z obwodu wysokiego napięcia, transoptor może być używany do doskonałej izolacji między nimi.

Opto-łącznik może być używany do wykrywania AC, operacji związanych ze sterowaniem DC. Zobaczmy kilka zastosowań tranzystorów optycznych.

Transoptor do przełączania obwodu prądu stałego:

W obwodzie górnym zastosowano obwód transoptora oparty na fototranzystorze. Będzie działał jak typowy przełącznik tranzystorowy. Na schemacie zastosowano tani optyczny sprzęgacz PC817 oparty na fototranzystorze. LED na podczerwień będzie kontrolowane przez przełącznik S1. Gdy przełącznik będzie włączony, źródło z baterii 9 V będzie dostarczać prąd do diody LED przez rezystor ograniczający prąd 10k, którego natężenie jest kontrolowane przez rezystor R1. Jeśli zmienimy wartość i zmniejszymy rezystancję, intensywność diody będzie wysoka, co spowoduje duże wzmocnienie tranzystora.

Z drugiej strony tranzystor jest fototranzystorem sterowanym przez wewnętrzną diodę podczerwieni, gdy dioda LED emituje światło podczerwone, fototranzystor się zetknie i VOUT będzie miał wartość 0, wyłączając obciążenie podłączone do niej. Należy pamiętać, że zgodnie z kartą katalogową prąd kolektora tranzystora wynosi 50mA. R2 zapewniają VOUT 5v. R2 to rezystor podciągający.

Możesz zobaczyć przełączanie diody LED za pomocą transoptora na poniższym filmie…

W tej konfiguracji opto-sprzęgacz oparty na fototranzystorze może być używany z mikrokontrolerem do wykrywania impulsów lub przerwań.

Transoptor do wykrywania napięcia AC:

Tutaj pokazano inny obwód do wykrywania napięcia AC. Dioda na podczerwień jest sterowana za pomocą dwóch rezystorów 100k. Dwa rezystory 100k użyte zamiast jednego rezystora 200k zapewniają dodatkowe bezpieczeństwo w przypadku zwarcia. Dioda LED jest podłączona do gniazdka ściennego Linia (L) i Linia neutralna (N). Po naciśnięciu przycisku S1 dioda LED zaczyna emitować światło podczerwone. Fototranzystor odpowiada i przekształca VOUT z 5V na 0V.

W tej konfiguracji sprzęgacz optyczny może być podłączony do obwodu niskiego napięcia, takiego jak mikrokontroler, gdzie wymagane jest wykrywanie napięcia AC. Wyjście wygeneruje kwadratowy impuls od wysokiego do niskiego.

Obecnie pierwszy obwód jest używany do sterowania lub przełączania obwodu prądu stałego, a drugi służy do wykrywania obwodu prądu przemiennego i sterowania lub przełączania obwodu prądu stałego. Następnie zobaczymy sterowanie obwodem prądu przemiennego za pomocą obwodu prądu stałego.

Transoptor do sterowania obwodem prądu przemiennego za pomocą napięcia stałego:

W górnym obwodzie dioda jest ponownie sterowana baterią 9V poprzez rezystor 10k i stanem wyłącznika. Z drugiej strony zastosowano transoptor oparty na foto-triaku, który steruje LAMPĄ AC z gniazda 220V AC. Rezystor 68R służy do sterowania TRIAC BT136, który jest sterowany przez foto-TRIAC wewnątrz zespołu transoptora.

Ten typ konfiguracji służy do sterowania urządzeniami elektrycznymi za pomocą obwodów niskiego napięcia. IL420 jest używany w górnym schemacie, który jest optozłączem opartym na foto-TRIAC.

Poza tym typem obwodów, sprzęgacz optyczny może być używany w SMPS do wysyłania informacji o zwarciu lub przetężeniu strony wtórnej do strony pierwotnej.

Jeśli chcesz zobaczyć układ scalony transoptora w prawdziwym działaniu, sprawdź poniższe obwody:

• Wprowadzenie do oktoptora i połączenia z ATmega8
• Przedpłacony licznik energii wykorzystujący GSM i Arduino
• Obwód ściemniacza TRIAC sterowany zdalnie na podczerwień
• Oświetlenie awaryjne Raspberry Pi z detektorem ciemności i zaniku zasilania sieciowego
• Automatyka domowa sterowana zdalnie na podczerwień za pomocą mikrokontrolera PIC