Photocoupler

Photocoupler hay phần tử cách ly quang (opto-isolator), hay optocoupler, là một phần tử bán dẫn thực hiện truyền tín hiệu giữa hai phần mạch bị cách ly với nhau về điện bằng cách sử dụng ánh sáng.

Cách ly bằng ghép quang học cho phép tránh được sự xâm nhập điện áp cao tới hệ thống thu nhận tín hiệu. Linh kiện thương phẩm hiện đạt được mức cách ly vào-ra là 10 KV và đáp ứng với biến đổi ở mức 10 kV/μs.

Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của photocoupler đơn giản. Có thể lập bằng linh kiện rời gồm một diode phát quang LED hướng luồng sáng vào cửa sổ của một điốt quang hoặc transistor cảm quang (phototransistor), tất cả gói trong vỏ che kín ánh sáng.

Khi LED phát sáng với cường độ sáng nào đó, thì vùng base của transistor cảm quang tiếp nhận ánh sáng và giảm mức điện trở thuần tương đương của transistor, làm dòng qua transistor Ic tăng. Khi đó sẽ có hai mức độ chính:
Nếu cường độ sáng đủ mạnh, thì transistor cảm quang đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu logic, và trong thực tế đây là ứng dụng chủ yếu của photocoupler.
Nếu cường độ sáng đủ yếu, transistor cảm quang không đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu analog. Chế độ này có thể được sử dụng nhưng không nhiều, vì rằng đường đặc tuyến quan hệ vào-ra có đoạn tuyến tính khá hẹp, không đảm bảo truyền trung thực tín hiệu.

Các photocoupler thương phẩm được chuẩn hóa các đặc trưng kỹ thuật, đặc biệt là mức độ cách ly và tốc độ đáp ứng xung để hoạt động trong các thiết bị số.

Ứng dụng
Photocoupler được dùng trong các thiết bị số cần đến cách ly điện với nhau, nhằm tránh sốc điện hoặc gây nhiễu lẫn nhau. Các thiết bị đo đạc thí nghiệm thường được thiết kế số hóa số liệu, và truyền số liệu sang máy tính nhúng thông qua photocoupler. Khi đó các phần mạch được cung cấp nguồn từ các modul nguồn khác nhau.

Photocoupler cũng được tích hợp lên các transistor, MOSFET, IGBT, TRIAC công suất lớn để đóng mở dòng điện. Các linh kiện hợp thành này thường được gọi là rơ le bán dẫn.

Tham khảo

;Tài liệu

S. Ananthi (2006). A text book of medical instruments. New Age International. .
Avago Technologies (2010). Safety Considerations When Using Optocouplers and Alternative Isolators for Providing Protection Against Electrical Hazards. January 2010. Truy cập ngày 5 tháng 11 năm 2010.
Stuart R. Ball (2004). Analog interfacing to embedded microprocessor systems. Elsevier. .
Christophe Basso (2009). Dealing with Low-Current Optocouplers. Energy Efficiency and Technology, ngày 1 tháng 9 năm 2009. Truy cập ngày 2 tháng 11 năm 2010.
Ashok Bindra (2000). MEMs-Based Magnetic Coils Exceed The Limitation Of Optical Couplers . Electronic Design, ngày 24 tháng 7 năm 2000. Truy cập ngày 4 tháng 11 năm 2010.
Geoffrey Bottrill, Derek Cheyne, G. Vijayaraghavan (2005). Practical electrical equipment and installations in hazardous areas. Newnes. .
Nicholas Collins (2009). Handmade Electronic Music: The Art of Hardware Hacking. Taylor & Francis. .
Ritchie Fliegler, Jon F. Eiche (1993). Amps!: the other half of rock 'n' roll. Hal Leonard Corporation. .
Paul Horowitz, Winfield Hill (2006). The Art of Electronics. Cambridge University Press. .
Alexander Jaus (2005). Navigating the Regulatory Maze with Optocouplers. Power Electronics Technology, May 2005, pp.&nbsp;48–52.
Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock (2010). Grounds for Grounding: A Circuit to System Handbook. Wiley-IEEE. .
S. Kaeriyama, S. Uchida, M. Furumiya, M. Okada, M. Mizuno (2010). A 2.5kV Isolation 35kV/us CMR 250Mbps 0.13mA/Mbps Digital Isolator in Standard CMOS with an On-Chip Small Transformer. IEEE 2010 Symposium on VLSI Circuits. Honolulu, June 16–18, 2010. . pp.&nbsp;197–198.
Linda Kincaid (2010). Analog Devices Introduces Digital Isolator with Integrated Transformer Driver and PWM Controller . Analog Devices. ngày 21 tháng 10 năm 2010. Truy cập ngày 3 tháng 11 năm 2010.
Jeremy Seah Eng Lee, Alexander Jaus, Patrick Sullivan, Chua Teck Bee (2005). Building a Safe and Robust Industrial System with Avago Technologies Optocouplers. Avago Technologies. Truy cập ngày 2 tháng 11 năm 2010.
Herbert F. Mataré (1978). Light-Emitting Devices, Part II: Device Design and Applications. Advances in electronics and electron physics, Volume 45 (1978), , pp.&nbsp;40–200.
Forrest M. Mims (2000). Mims Circuit Scrapbook (volume 2). Newnes. .
John Myers (2002). Magnetic Couplers in Industrial Systems . Sensor Magazine. March 2002. Truy cập ngày 4 tháng 11 năm 2010.
NVE Corporation (2007). Application Bulletin AB-7. GMR in Isolation. March 2007. Truy cập ngày 4 tháng 11 năm 2010.
Robert A. Pease (1991). Troubleshooting Analog Circuits. Newnes. .
PerkinElmer (2001). Photoconductive Cells and Analog Optoisolators (Vactrols). Truy cập ngày 2 tháng 11 năm 2010.
Dan I. Porat, Arpad Barna (1979). Introduction to digital techniques. Wiley. .
E. Fred Schubert (2006). Light-emitting diodes. Cambridge University Press. .
Silonex (2002). Audio level control with resistive optocouplers. (PDF version). Truy cập ngày 2 tháng 11 năm 2010.
John Teagle, John Sprung (1995). Fender Amps: The First Fifty Years. Hal Leonard Corporation. .
Vishay Semiconductors (2008). Application Note 56. Solid State Relays. ngày 4 tháng 6 năm 2008. Truy cập ngày 5 tháng 11 năm 2010.
Gerald Weber (1997). Tube Amp Talk for the Guitarist and Tech. Hal Leonard Corporation. .

Liên kết ngoài