Bộ ghép quang, dùng để kết nối các mạch bằng tín hiệu quang làm môi trường truyền dẫn, là một thành phần quan trọng trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao như âm học, y học và công nghiệp, do tính linh hoạt và độ tin cậy cao, chẳng hạn như độ bền và khả năng cách điện.
Nhưng khi nào và trong hoàn cảnh nào bộ ghép quang hoạt động, và nguyên lý hoạt động của nó là gì? Hoặc khi bạn thực sự sử dụng bộ ghép quang trong công việc điện tử của mình, bạn có thể không biết cách chọn và sử dụng nó. Bởi vì bộ ghép quang thường bị nhầm lẫn với "phototransistor" và "photodiode". Do đó, bài viết này sẽ giới thiệu bộ ghép quang là gì.
Bộ ghép quang là gì?
Bộ ghép quang là một linh kiện điện tử có nguồn gốc từ quang học
Bộ ghép quang, nghĩa là "ghép nối với ánh sáng". Đôi khi còn được gọi là bộ ghép quang, bộ cách ly quang, bộ cách điện quang, v.v. Nó bao gồm phần tử phát sáng và phần tử thu sáng, kết nối mạch đầu vào và mạch đầu ra thông qua tín hiệu quang. Không có kết nối điện giữa các mạch này, nói cách khác, chúng ở trạng thái cách điện. Do đó, kết nối mạch giữa đầu vào và đầu ra là riêng biệt và chỉ có tín hiệu được truyền đi. Kết nối chắc chắn các mạch có mức điện áp đầu vào và đầu ra chênh lệch đáng kể, với cách điện điện áp cao giữa đầu vào và đầu ra.
Ngoài ra, bằng cách truyền hoặc chặn tín hiệu ánh sáng này, nó hoạt động như một công tắc. Nguyên lý và cơ chế chi tiết sẽ được giải thích sau, nhưng phần tử phát sáng của bộ ghép quang là một đèn LED (điốt phát quang).
Từ những năm 1960 đến những năm 1970, khi đèn LED được phát minh và những tiến bộ công nghệ của chúng rất đáng kể,quang điện tửđã trở thành một sự bùng nổ. Vào thời điểm đó, nhiềuthiết bị quang họcđã được phát minh, và bộ ghép quang điện là một trong số đó. Sau đó, quang điện tử nhanh chóng xâm nhập vào cuộc sống của chúng ta.
① Nguyên lý/cơ chế
Nguyên lý hoạt động của bộ ghép quang là phần tử phát sáng chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào thành ánh sáng, và phần tử thu sáng truyền tín hiệu điện trở lại mạch điện đầu ra. Phần tử phát sáng và phần tử thu sáng nằm bên trong khối ánh sáng bên ngoài, và hai phần tử này đối diện nhau để truyền ánh sáng.
Chất bán dẫn được sử dụng trong các linh kiện phát sáng là LED (điốt phát quang). Mặt khác, có rất nhiều loại chất bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị thu nhận ánh sáng, tùy thuộc vào môi trường sử dụng, kích thước bên ngoài, giá cả, v.v., nhưng nhìn chung, loại được sử dụng phổ biến nhất là phototransistor.
Khi không hoạt động, phototransistor mang dòng điện nhỏ hơn nhiều so với chất bán dẫn thông thường. Khi ánh sáng chiếu vào, phototransistor tạo ra suất điện động quang trên bề mặt chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N, các lỗ trống trong chất bán dẫn loại N chảy vào vùng p, các electron tự do trong chất bán dẫn loại p chảy vào vùng n, và dòng điện sẽ chạy qua.
Transistor quang không nhạy bằng diode quang, nhưng chúng cũng có tác dụng khuếch đại tín hiệu đầu ra lên đến hàng trăm đến 1.000 lần tín hiệu đầu vào (do trường điện bên trong). Do đó, chúng đủ nhạy để thu được ngay cả những tín hiệu yếu, đây là một lợi thế.
Trên thực tế, “thiết bị chặn ánh sáng” mà chúng ta thấy là một thiết bị điện tử có cùng nguyên lý và cơ chế.
Tuy nhiên, bộ phận ngắt ánh sáng thường được sử dụng như cảm biến và thực hiện chức năng của mình bằng cách đưa một vật cản sáng vào giữa bộ phận phát sáng và bộ phận thu sáng. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để phát hiện tiền xu và tiền giấy trong máy bán hàng tự động và máy ATM.
② Tính năng
Do bộ ghép quang truyền tín hiệu bằng ánh sáng, nên khả năng cách điện giữa đầu vào và đầu ra là một đặc điểm nổi bật. Độ cách điện cao không dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, đồng thời ngăn ngừa dòng điện vô tình chạy qua các mạch liền kề, cực kỳ hiệu quả về mặt an toàn. Bản thân cấu trúc cũng tương đối đơn giản và hợp lý.
Nhờ lịch sử lâu đời, danh mục sản phẩm phong phú từ nhiều nhà sản xuất cũng là một lợi thế độc đáo của bộ ghép quang. Do không có tiếp xúc vật lý, độ hao mòn giữa các bộ phận nhỏ và tuổi thọ cao hơn. Mặt khác, hiệu suất phát sáng dễ dao động, do đèn LED sẽ giảm dần theo thời gian và nhiệt độ.
Đặc biệt là khi thành phần nhựa trong suốt bên trong bị đục sau một thời gian dài, ánh sáng sẽ không còn tốt nữa. Tuy nhiên, dù thế nào đi nữa, tuổi thọ của đèn vẫn rất dài so với độ tiếp xúc của tiếp điểm cơ học.
Transistor quang thường chậm hơn diode quang, vì vậy chúng không được sử dụng cho truyền thông tốc độ cao. Tuy nhiên, đây không phải là nhược điểm, vì một số linh kiện có mạch khuếch đại ở đầu ra để tăng tốc độ. Trên thực tế, không phải tất cả các mạch điện tử đều cần tăng tốc độ.
③ Cách sử dụng
Bộ ghép quang điệnchủ yếu được sử dụng cho hoạt động đóng cắt. Mạch sẽ được cấp điện khi bật công tắc, nhưng xét về các đặc tính nêu trên, đặc biệt là khả năng cách điện và tuổi thọ cao, nó rất phù hợp với các tình huống đòi hỏi độ tin cậy cao. Ví dụ, nhiễu là kẻ thù của thiết bị điện tử y tế và thiết bị âm thanh/thiết bị truyền thông.
Nó cũng được sử dụng trong các hệ thống truyền động động cơ. Nguyên nhân là do động cơ được điều khiển tốc độ bởi biến tần khi hoạt động, nhưng lại tạo ra tiếng ồn do công suất đầu ra cao. Tiếng ồn này không chỉ khiến động cơ bị hỏng mà còn lan truyền qua "đất" ảnh hưởng đến các thiết bị ngoại vi. Đặc biệt, các thiết bị có dây dẫn dài rất dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn công suất cao này, vì vậy nếu xảy ra trong nhà máy, nó sẽ gây ra tổn thất lớn và đôi khi gây ra tai nạn nghiêm trọng. Bằng cách sử dụng bộ ghép quang có độ cách điện cao để đóng cắt, tác động lên các mạch và thiết bị khác có thể được giảm thiểu.
Thứ hai, cách lựa chọn và sử dụng bộ ghép quang
Làm thế nào để sử dụng bộ ghép quang phù hợp cho ứng dụng thiết kế sản phẩm? Các kỹ sư phát triển vi điều khiển sau đây sẽ giải thích cách lựa chọn và sử dụng bộ ghép quang.
① Luôn mở và luôn đóng
Có hai loại bộ ghép quang: loại công tắc tắt (off) khi không có điện áp, loại công tắc bật (off) khi có điện áp, và loại công tắc bật khi không có điện áp. Có thể bật và tắt khi có điện áp.
Loại trước được gọi là thường mở, loại sau được gọi là thường đóng. Cách lựa chọn phụ thuộc vào loại mạch bạn cần.
② Kiểm tra dòng điện đầu ra và điện áp được áp dụng
Bộ ghép quang có đặc tính khuếch đại tín hiệu, nhưng không phải lúc nào cũng cho phép điện áp và dòng điện đi qua theo ý muốn. Tất nhiên, nó được định mức, nhưng cần phải cấp điện áp từ phía đầu vào theo dòng điện đầu ra mong muốn.
Nếu xem bảng dữ liệu sản phẩm, chúng ta có thể thấy một biểu đồ trong đó trục tung là dòng điện đầu ra (dòng điện cực thu) và trục hoành là điện áp đầu vào (điện áp cực thu-cực phát). Dòng điện cực thu thay đổi tùy theo cường độ ánh sáng LED, vì vậy hãy áp dụng điện áp theo dòng điện đầu ra mong muốn.
Tuy nhiên, bạn có thể nghĩ rằng dòng điện đầu ra được tính toán ở đây nhỏ đến mức đáng ngạc nhiên. Đây là giá trị dòng điện vẫn có thể xuất ra một cách đáng tin cậy sau khi tính đến sự suy giảm của đèn LED theo thời gian, vì vậy nó thấp hơn định mức tối đa.
Ngược lại, có những trường hợp dòng điện đầu ra không lớn. Do đó, khi lựa chọn bộ ghép quang, hãy chắc chắn kiểm tra kỹ “dòng điện đầu ra” và chọn sản phẩm phù hợp.
③ Dòng điện tối đa
Dòng điện dẫn tối đa là giá trị dòng điện tối đa mà bộ ghép quang có thể chịu được khi dẫn điện. Một lần nữa, chúng ta cần đảm bảo biết rõ dự án cần bao nhiêu đầu ra và điện áp đầu vào là bao nhiêu trước khi mua. Hãy đảm bảo rằng giá trị tối đa và dòng điện sử dụng không bị giới hạn, nhưng vẫn có một khoảng dự phòng.
④ Cài đặt bộ ghép quang đúng cách
Sau khi chọn đúng bộ ghép quang, hãy thử sử dụng nó trong một dự án thực tế. Việc lắp đặt rất dễ dàng, chỉ cần kết nối các đầu nối với từng mạch đầu vào và mạch đầu ra. Tuy nhiên, cần cẩn thận để không đặt sai vị trí của đầu vào và đầu ra. Do đó, bạn cũng cần kiểm tra các ký hiệu trong bảng dữ liệu để tránh phát hiện chân ghép quang điện bị sai sau khi vẽ bảng mạch PCB.
Thời gian đăng: 29-07-2023