Chương 8: Cấu kiện quang điện tử
8.4 Các bộ ghép quang
8.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Bộ ghép quang còn gọi là bộ cách ly quang (Photo coupled isolators), còn thông thường ta gọi là bộ ghép quang (Opto- Coupler). Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa các mạch điện có sự khác biệt về điện thế khá lớn mà vẫn truyền dẫn được tín hiệu điện giữa chúng. Ngoài ra nó còn được dùng để tránh các vòng đất gây nhiễu trong mạch điện.
IA
Rt P2 >P1
P1 ≠0
P0=0
ECC
0 UD1 UDo UAK
a/ b/
Hình 8- 43 : Đặc tuyến Vôn -Ampe (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của SCR quang.
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Cấu tạo của bộ ghép quang gồm có một điôt phát quang (LED) có nhiệm vụ phát ra ánh sáng có đáp ứng nhanh với sự thay đổi của dòng điện đi qua nó, và một linh kiện thu quang (ví dụ như điôt quang, tranzito quang, thyrixto quang...). Hai linh kiện này đặt cạnh nhau tạo thành bộ ghép quang, trong đó dòng điện đầu vào của một mạch điện sẽ tạo ra một dòng điện thích ứng ở đầu ra của một mạch điện khác.
Khi LED được phân cực thuận, với dòng điện thuận, LED sẽ phát ra ánh sáng. Ánh sáng này được chiếu trực tiếp lên cấu kiện thu quang hoặc chiếu gián tiếp qua sợi quang dẫn và cấu kiện thu quang sẽ biến tín hiệu quang thành tín hiệu điện. Như vậy, đầu tiên tín hiệu điện được LED biến thành tín hiệu quang, sau đó tín hiệu quang được cấu kiện thu quang biến đổi lại thành tín hiệu điện.
b. Tính chất cách điện : - Điện trở cách điện:
Điện trở cách điện là điện trở với dòng điện một chiều giữa đầu vào và đầu ra của bộ ghép quang. Điện trở cách điện có trị số bé nhất khoảng 1011Ω.
- Điện dung cách điện:
Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có LED và photodiot hoặc phototranzito nên có thể tạo ra một điện dung từ 0,3 đến 2pF giữa đầu vào và đầu ra. Do đó với điện trường thay đổi nhanh (500V/μS) điện dung ký sinh này có thể truyền và tạo ra trên lối ra xung điện có các gai nhọn.
Để giảm ảnh hưởng này ta nên dùng bộ ghép quang không có chân nối ở cực gốc của tranzito quang, và nối một tụ điện giữa lối vào và lối ra để giảm gai nhọn ở xung ra.
- Điện thế cách ly:
Điện thế cách ly là điện thế cao nhất mà bộ ghép quang có thể chịu đựng được. Điện thế cách ly phụ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, không khí,...
- Hệ số truyền đạt dòng điện (CTR):
Hệ số truyền đạt là tham số quan trọng nhất của bộ ghép quang. Hệ số truyền đạt được tính theo % cho biết dòng điện ra lớn hơn so với dòng điện vào của LED trong một bộ ghép quang:
CTR = ra I
I (8. 42)
+U
Ivào LED
-U Điôt quang I ra
Rt
Hình 8- 44 : Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của bộ ghép quang dùng điôt quang.
210 5.5.2 Một số loại bộ ghép quang.
a. Bộ ghép quang với phototranzito:
Bộ ghép quang này gồm có một LED hồng ngoại và một tranzito quang như hình 8- 45a.
b. Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn:
Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn được dùng để tăng hệ số truyền đạt nhờ sự khuếch đại của một tranzito (xem hình 8- 50b).
c. Bộ ghép quang với thyrixto quang:
Bộ ghép quang này gồm có một LED hồng ngoại và một thyrixto quang làm việc với ánh sáng hồng ngoại, xem hình 8- 46a.
Bộ ghép quang với thyrixto quang được dùng để điều khiển một thyrixto công suất khác làm việc.
d. Bộ ghép quang với Triac quang:
Bộ ghép quang với triac quang (xem hình 8-46b) được dùng để điều khiển một triac công suất khác làm việc.
e. Bộ ghép quang có khe hở (Slotted Opto- Coupler):
Bộ ghép quang với khe hở thường được sử dụng để kiểm tra sự xuất hiện của các vật thể.
Hình 8- 47 mô tả một bộ ghép quang với khe hở. Trong mạch, LED phát ra ánh sáng liên tục A
A B B C C
K K
E
E a/ b/
Hình 8- 45: a- Bộ ghép quang với tranzito quang lưỡng cực.
b- Bộ ghép quang với tranzito quang Dacling- tơn.
A1 A1
A2 MT2 K1 G K1 G K2 MT1 a/ b/
Hình 8- 46: a- Bộ ghép quang với Thyrixto quang.
b- Bộ ghép quang với triac quang.
và tranzito quang sẽ kiểm tra sự xuất hiện của bất kỳ vật thể nào cản trở sự chiếu sáng ở trong khe.