اپتوکوپلر(optocoupler) یکی از قطعات الکترونیکی مهم و کاربردی است که در واقع از ترکیب یک دیود نوری و یک ترانزیستور یا یک کلید تحریک شونده با نور تشکیل شده اند. اپتوکوپلرها دارای کاربردهای حفاظتی، کاهش نویز، ایزوله سازی سیگنال ها و ... هستند. اپتوکوپلرها، عمل ایزوله سازی را با استفاده از نور انجام می دهند. در این مقاله نحوه عملکرد، کاربردها، مزایا و محدودیت های اپتوکوپلرها بررسی شده و اهمیت آنها را در سیستم های الکترونیکی مورد بحث و بررسی قرار داده‌ایم.
بیشتر بخوانید: تست اپتوکوپلر
اپتوکوپلر چیست؟
اپتوکوپلر یک قطعه الکترونیکی است که دارای یک منبع تولید نور و یک گیرنده نور است که ورودی و خروجی مدار را از لحاظ الکتریکی از هم ایزوله می کند. در تصویر پایین، نماد الکترونیکی اپتوکوپلر به همراه دو قطعه پرکاربرد از آن یعنی PC817 و 4N35 نمایش داده شده است:
نحوه عملکرد اپتوکوپلر
سمت ورودی یا منبع نور معمولا یک LED (دیود ساطع کننده نور) است که سیگنال های الکتریکی دریافتی را به نور تبدیل می کند. در همین حال گیرنده، اغلب یک ترانزیستور فعال شونده با نور یا یک فتودیود است که نور ساطع شده را تشخیص داده و مطابق سیگنال نوری دریافتی شروع به هدایت می کند. این دو المان در یک پک آی سی مانند قرار گرفته و ورودی و خروجی مدار را از لحاظ الکتریکی جدا می کنند. در حقیقت زمین سمت ورودی اپتوکوپلر از زمین سمت خروجی، ایزوله و جدا می شود.
کاربرد اپتوکوپلر
اپتوکوپلرها دارای کاربردهای متعددی هستند که مهم ترین آن ها در این بخش مورد بررسی قرار گرفته اند:
1) جداسازی سیگنال
اپتوکوپلرها به منظور جداسازی سیگنال های کنترل ولتاژ پایین از مدارهای قدرت استفاده می شوند. این اتفاق در اتوماسیون صنعتی بسیار مهم است، جایی که مدارهای کنترل حساس باید در برابر نویزهای الکتریکی و افزایش ولتاژ بالقوه محافظت شوند.
2) تنظیم منبع تغذیه
اپتوکوپلرها نقش حیاتی در تنظیم ولتاژ و کنترل فیدبک دارند. با مقایسه ولتاژ خروجی با ولتاژ آداپتور، اپتوکوپلر می تواند فیدبکی را به سمت بخش کنترل ارسال کرده و عمل تثبیت ولتاژ خروجی توسط آی سی کنترلر صورت گیرد.
3) رابط های ارتباطی
اپتوکوپلرها در رابط های ارتباطی مختلف مانند RS-232، RS-485 و USB به منظور ایزوله سازی استفاده می شوند. این ایزوله سازی، زمین های ورودی و خروجی را از یکدیگر مجزا ساخته و انتقال داده های قابل اطمینان و حفاظت در برابر نوسانات ولتاژ را فراهم می‌کند.
4) دستگاه های پزشکی
اپتوکوپلرها در دستگاه های پزشکی و در بخش هایی که ایمنی بیمار در اولویت قرار دارد و به منظور ایزوله سازی مدارهای حساس مانند ECG (الکتروکاردیوگرام) و EEG (الکتروانسفالوگرام) از منبع تغذیه ورودی برای جلوگیری از شوک الکتریکی و تداخل استفاده می شوند.
مزایای اپتوکوپلر
اپتوکوپلرها دارای مزایای مختلفی هستند که مهم ترین آن ها عبارتند از: 1- ایزوله سازی الکتریکی، 2- ابعاد کوچک، 3- سرعت عملکرد بالا و 4- مصرف انرژی الکتریکی پایین.
معایب اپتوکوپلر
اپتوکوپلرها دارای محدودیت هایی هستند که هنگام استفاده و طراحی بایستی مورد توجه قرار گیرند. در این بخش این محدودیت های مهم توضیح داده شده اند:
1) پهنای باند محدود
اپتوکوپلرها پهنای باند محدودی در مقایسه با اتصالات مستقیم الکتریکی دارند. این محدودیت، استفاده از آن ها را در کاربردهایی که نیاز به سیگنال های فرکانس بالا یا ارتباطات پهنای باند وسیع دارند محدود می کند.
2) وابستگی به دما
تغییرات دما ممکن است موجب تاثیر در عملکرد اپتوکوپلرها شود. بدین منظور، برای انتخاب اپتوکوپلرها بایستی به درجه حرارت مناسب برای کاربردهای خاص دقت شود.
3) تخریب در طول زمان
با گذشت زمان، عملکرد اپتوکوپلرها می تواند به دلایلی مانند تخریب خروجی نور LED یا تغییر در حساسیت دریافت کننده نوری، کاهش یابد. تست و جایگزینی منظم این قطعات ممکن است در کاربردهای مهم، ضروری باشد.
جمع بندی
اپتوکوپلر یکی از اجزای ضروری در سیستم‌های الکترونیکی جدید است که برای دستیابی به ایزولاسیون الکتریکی بسیار کارامد است. توانایی اپتوکوپلر در ایزوله کردن مدارهای ورودی از خروجی در حالی که حفاظت در برابر نویزهای الکتریکی و خطرات احتمالی را تضمین می کند، از مزایای مهم آن است. در این مقاله، در مورد اپتوکوپلرها، نحوه عملکرد و کاربردهای آن در مدارات مختلف بحث شد و مزایا و محدودیت های استفاده از آن مورد بررسی قرار گرفت. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد اپتوکوپلر و نکات عملی مربوط به آن به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
