Optocoupler: أنواعه وتطبيقاته المختلفة في دوائر التيار المستمر / التيار المتردد

المقرن البصري هو مكون إلكتروني ينقل الإشارات الكهربائية بين دائرتين منفصلتين. يُطلق على Optocoupler أيضًا المعزل البصري أو مقرنة الصور أو المعزل البصري.

غالبًا في الدوائر ، خاصة الدوائر ذات الجهد المنخفض أو الدوائر الحساسة للغاية للضوضاء ، يتم استخدام Optocoupler لعزل الدوائر لمنع فرص الاصطدام الكهربائي أو استبعاد الضوضاء غير المرغوب فيها. في السوق التجاري الحالي ، يمكننا شراء قارنة التوصيل البصري بمدخلات من 10 كيلو فولت إلى 20 كيلو فولت لإخراجها لتحمل قدرة الجهد ، بمواصفات عابرة الجهد 25 كيلو فولت / الولايات المتحدة.

الهيكل الداخلي لجهاز Optocoupler

هذا هو الهيكل الداخلي للمقرنة البصرية. على الجانب الأيسر من الدبوس 1 والدبوس 2 مكشوفان ، إنه مصباح LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) ، ينبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى الترانزستور الحساس للضوءعلى الجانب الأيمن. يقوم الترانزستور الضوئي بتبديل دائرة الإخراج بواسطة المجمع والباعث ، مثل ترانزستورات BJT النموذجية. تتحكم شدة LED مباشرة في الترانزستور الضوئي. نظرًا لأنه يمكن التحكم في LED بواسطة دائرة مختلفة ويمكن للترانزستور الضوئي التحكم في دوائر مختلفة ، لذلك يمكن التحكم في دائرتين مستقلتين بواسطة Optocoupler. أيضًا ، بين الترانزستور الضوئي و LED الأشعة تحت الحمراء ، تكون المساحة شفافة وغير موصلة ؛ يقوم بعزل دائرتين مختلفتين كهربائياً. يمكن صنع الفراغ المجوف بين LED والترانزستور الضوئي باستخدام الزجاج أو الهواء أو البلاستيك الشفاف ، والعزل الكهربائي أعلى بكثير ، عادةً 10 كيلو فولت أو أعلى.

أنواع Optocouplers

هناك العديد من الأنواع المختلفة من Optocouplers المتاحة تجاريًا بناءً على احتياجاتها وقدرات التحويل. اعتمادًا على الاستخدام ، تتوفر بشكل أساسي أربعة أنواع من أجهزة optocouplers.

1. مقرنة البصريات التي تستخدم صور الترانزستور.
2. المقرنة البصرية التي تستخدم Photo Darlington Transistor.
3. مقرنة بصرية تستخدم Photo TRIAC.
4. مقرنة بصرية تستخدم Photo SCR.

Optocoupler صور الترانزستور

في الصورة العلوية ، يظهر البناء الداخلي داخل Optocoupler Photo-Transistor. يمكن أن يكون نوع الترانزستور أي شيء سواء كان PNP أو NPN.

يمكن أن يكون ترانزستور الصور من نوعين آخرين بناءً على توفر دبوس الإخراج. في الصورة الثانية على اليسار ، يوجد دبوس إضافي متصل داخليًا بقاعدة الترانزستور. يستخدم هذا الدبوس 6 للتحكم في حساسية الترانزستور الضوئي. غالبًا ما يتم استخدام الدبوس للاتصال بالأرض أو السالب باستخدام مقاوم عالي القيمة. في هذا التكوين ، يمكن التحكم في التشغيل الخاطئ بسبب الضوضاء أو عابر الكهرباء بشكل فعال.

أيضًا ، قبل استخدام optocoupler القائم على الصور الترانزستور ، يجب أن يعرف المستخدم الحد الأقصى لتصنيف الترانزستور. PC816 ، PC817 ، LTV817 ، K847PH هي عدد قليل من أجهزة optocoupler القائمة على الترانزستور الضوئي المستخدمة على نطاق واسع. يستخدم الترانزستور أساس مقرنة البصريات - صورة بمعزل المتعلقة الدائرة DC.

صورة- دارلينجتون ترانزستور Optocoupler

يوجد في الصورة العلوية نوعان من الرموز ، يظهر البناء الداخلي لمقرن البصريات المستند إلى Photo-Darlington.

دارلينجتون ترانزستور هو زوجان من الترانزستور ، حيث يتحكم أحدهما في قاعدة الترانزستور الأخرى. في هذا التكوين ، يوفر Darlington Transistor قدرة عالية على الكسب. كالعادة ينبعث LED من الأشعة تحت الحمراء ويتحكم في قاعدة زوج الترانزستور.

يستخدم هذا النوع من المقرنات البصرية أيضًا في منطقة ذات صلة بدائرة التيار المستمر للعزل. الدبوس السادس المتصل داخليًا بقاعدة الترانزستور ، ويستخدم للتحكم في حساسية الترانزستور كما نوقش سابقًا في وصف الترانزستور الضوئي. 4N32 ، 4N33 ، H21B1 ، H21B2 ، H21B3 هي أمثلة قليلة لمقرنة ضوئية تعتمد على صور دارلينجتون.

صورة- TRIAC Optocoupler

في الصورة العلوية ، يظهر البناء الداخلي أو المقرن البصري القائم على TRIAC.

يستخدم TRIAC بشكل أساسي عند الحاجة إلى التحكم أو التبديل القائم على التيار المتردد. يمكن التحكم في الصمام باستخدام التيار المستمر ، ويستخدم TRIAC للتحكم في التيار المتردد. توفر قارنة التوصيل البصري عزلًا ممتازًا في هذه الحالة أيضًا. هنا تطبيق Triac واحد. أمثلة المقرنات البصرية المعتمدة على TRIAC هي IL420 و 4N35 وما إلى ذلك ، وهي مثال على مقرن البصريات القائم على TRIAC.

Optocoupler قائم على Photo-SCR

موقف SCR لمعدل التحكم بالسيليكون ، ويشار أيضًا إلى SCR باسم الثايرستور. في الصورة العلوية ، يظهر البناء الداخلي لمقرن البصريات المستند إلى Photo-SCR. تمامًا مثل قارنة التوصيل البصري الأخرى ، يصدر LED الأشعة تحت الحمراء. يتم التحكم في SCR بواسطة شدة LED. مقرنة بصرية قائمة على SCR الضوئية المستخدمة في الدوائر ذات الصلة بالتيار المتردد. تعرف على المزيد حول الثايرستور هنا.

بعض الأمثلة على قارنات التوصيل الضوئية القائمة على SCR هي: - MOC3071 ، IL400 ، MOC3072 إلخ.

تطبيقات Optocoupler

كما تمت مناقشته من قبل عدد قليل من Optocoupler المستخدم في دائرة DC وعدد قليل من Optocoupler المستخدم في العمليات المتعلقة بالتيار المتردد. نظرًا لأن Optocoupler لا يسمح بالتوصيل الكهربائي المباشر بين الجانبين ، فإن التطبيق الرئيسي لـ Optocoupler هو عزل دائرتين.

من التبديل بين التطبيقات الأخرى ، مثل المكان الذي يمكن فيه استخدام الترانزستور لتبديل التطبيق ، يمكن استخدام Optocoupler. يمكن استخدامه في العديد من العمليات المتعلقة بالمتحكم الدقيق حيث النبضات الرقمية أو المعلومات التناظرية المطلوبة من دارة عالية الجهد ، يمكن استخدام Optocoupler لعزل ممتاز بين هذين.

يمكن استخدام قارنات البصريات للكشف عن التيار المتردد والعمليات المتعلقة بالتحكم في التيار المستمر. دعونا نرى بعض تطبيقات الترانزستورات البصرية.

Optocoupler لتبديل دائرة DC:

في الدائرة العليا ، يتم استخدام دائرة optocoupler القائمة على Photo-Transistor. سيكون بمثابة مفتاح ترانزستور نموذجي. في التخطيطي ، يتم استخدام مقرنة بصرية PC817 منخفضة التكلفة تعتمد على الترانزستور. و سوف تسيطر الصمام بالأشعة تحت الحمراء قبل التبديل S1. عندما يكون المفتاح في وضع التشغيل ، سيوفر مصدر البطارية 9 فولت التيار إلى LED عبر المقاوم الحالي المحدد 10 كيلو. يتم التحكم في الكثافة بواسطة المقاوم R1. إذا قمنا بتغيير القيمة وجعلنا المقاومة أقل ، فإن شدة الصمام ستكون عالية مما يجعل الترانزستور يكسب عالياً.

على الجانب الآخر ، يكون الترانزستور عبارة عن ترانزستور ضوئي يتم التحكم فيه بواسطة مصباح الأشعة تحت الحمراء الداخلي ، عندما ينبعث الضوء الأحمر من الصمام ، سيتصل ترانزستور الصورة وستقوم VOUT بإيقاف الحمل المتصل عبره. من الضروري أن نتذكر أنه وفقًا لورقة البيانات ، فإن تيار المجمع للترانزستور هو 50 مللي أمبير. يوفر R2 VOUT 5v. R2 هو مقاوم سحب.

يمكنك أن ترى تبديل LED باستخدام opto coupler في الفيديو أدناه…

في هذا التكوين ، يمكن استخدام مقرن البصريات القائم على الترانزستور الضوئي مع المتحكم الدقيق للكشف عن النبضات أو المقاطعة.

Optocoupler للكشف عن جهد التيار المتردد:

هنا تظهر دائرة أخرى للكشف عن جهد التيار المتردد. يتم التحكم في مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء باستخدام مقاومتين 100 كيلو. يستخدم المقاومان 100 كيلو بدلاً من المقاوم 200 كيلو لمزيد من الأمان للحالة المتعلقة بالدائرة القصيرة. يتم توصيل LED عبر خط منفذ الحائط (L) والخط المحايد (N). عند الضغط على S1 ، يبدأ الصمام في إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء. يقوم ترانزستور الصور باستجابة ويحول VOUT من 5 فولت إلى 0 فولت.

في هذا التكوين ، يمكن توصيل مقرن البصريات عبر دائرة الجهد المنخفض مثل وحدة متحكم حيث يلزم الكشف عن جهد التيار المتردد. سينتج الإخراج مربعًا مرتفعًا إلى نبضًا منخفضًا.

اعتبارًا من الآن ، يتم استخدام الدائرة الأولى للتحكم في دائرة التيار المستمر أو تبديلها والثانية هي اكتشاف دائرة التيار المتردد والتحكم أو تبديل دائرة التيار المستمر. بعد ذلك سنرى التحكم في دائرة التيار المتردد باستخدام دائرة التيار المستمر.

Optocoupler للتحكم في دائرة التيار المتردد باستخدام جهد التيار المستمر:

في الدائرة العلوية ، يتم التحكم في LED مرة أخرى بواسطة بطارية 9V من خلال المقاوم 10k وحالة التبديل. على الجانب الآخر ، يتم استخدام مقرنة بصرية تعتمد على TRIAC ، والتي تتحكم في AC LAMP من مخرج التيار المتردد 220 فولت. يستخدم المقاوم 68R للتحكم في BT136 TRIAC الذي يتم التحكم فيه بواسطة photo-TRIAC داخل وحدة المقرنة البصرية.

يستخدم هذا النوع من التكوين للتحكم في الأجهزة الكهربائية باستخدام دوائر الجهد المنخفض. يتم استخدام IL420 في المخطط العلوي وهو مقرن بصري يعتمد على TRIAC.

بخلاف هذا النوع من الدوائر ، يمكن استخدام المقرن البصري في SMPS لإرسال دائرة قصر ثانوية جانبية أو معلومات عن الحالة الحالية إلى الجانب الأساسي.

إذا كنت ترغب في رؤية Optocoupler IC في الواقع ، فتحقق من الدوائر أدناه:

• مقدمة إلى Octocoupler والتفاعل مع ATmega8
• عداد الطاقة مسبقة الدفع باستخدام GSM و Arduino
• دائرة باهتة TRIAC للتحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء
• ضوء الطوارئ Raspberry Pi مع الظلام وكاشف التيار المتردد
• التحكم الآلي بالمنزل عن بعد بالأشعة تحت الحمراء باستخدام متحكم PIC