Photo quang (Opto)

I. Opto là gì?

Optocoupler, hay còn được gọi là bộ cách ly quang hoặc optoquang, là một linh kiện quang điện tử có khả năng truyền tín hiệu điều khiển giữa hai mạch hoạt động ở mức điện áp khác nhau bằng cách sử dụng ánh sáng.

Ưu điểm chính của optocoupler là khả năng cách ly điện áp giữa các mạch đầu vào và đầu ra. Sự tiếp xúc duy nhất giữa đầu vào và đầu ra của optocoupler là một dải ánh sáng. Điện trở cách ly giữa hai mạch có thể lên tới hàng ngàn Megaohm. Điều này làm cho optocoupler thích hợp cho các mạch có điện áp cao và có thể có điện thế khác nhau lên đến vài nghìn volts.

II. Cấu tạo của opto

Cấu tạo của một opto quang gồm hai thành phần chính: 

• Phần phát ánh sáng: thường là một diode phát quang (LED - Light Emitting Diode). Bộ phận này nằm ở phía đầu vào. Chúng có nhiệm vụ lấy tín hiệu đến rồi chuyển tín hiệu này thành tín hiệu ánh sáng. 
• Phần nhận ánh sáng: Đây là loại linh kiện có khả năng dò và phát hiện ánh sáng. Bộ phận này sẽ phát hiện hoặc nhận ánh sáng từ phần phát và chuyển nó thành tín hiệu điện. Linh kiện này có thể là một photodiode, transistor quang, quang trở, SCR quang hoặc TRIAC quang.
• Cả hai thành phần này thường được tích hợp bên trong một vỏ bọc kín và được điều chỉnh để phù hợp với nhau, tạo ra các bước sóng phù hợp để đạt được sự ghép nối tối đa.

III. Nguyên lý hoạt động của opto

Khi một dòng điện nhỏ đi qua hai đầu của đèn Led có trong opto sẽ làm đèn phát sáng. Khi đèn phát sáng sẽ kết nối hai cực của photo transistor hay photo diode mở cho dòng điện chạy qua. Trong đó, ta sẽ có hai mức độ ánh sáng chính:

• Nếu cường độ ánh sáng đủ mạnh: transistor cảm quang sẽ đạt trạng thái bão hòa. Lúc này, photocoupler thực hiện truyền tín hiệu logic. Thực tế, tình huống này là ứng dụng chủ yếu của photocoupler.
• Nếu cường độ ánh sáng yếu: transistor cảm quang sẽ không đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler phải thực hiện truyền tín hiệu analog. Chế độ này có đoạn tuyến tính khá hẹp, tín hiệu truyền cũng không đảm bảo. Vì vậy, chế độ này không được sử dụng nhiều. 

IV. Ứng dụng của opto

Opto (optocoupler) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và điện tử với các ứng dụng chính sau:

• Bảo vệ và cách ly: Trong các hệ thống điện tử, opto được sử dụng để cách ly giữa các mạch điều khiển và mạch công suất. Điều này đảm bảo rằng khi các sự cố xảy ra trên một mạch, như chập cháy hoặc tăng áp đột ngột, không làm ảnh hưởng đến các thành phần khác trong hệ thống.
• Chuyển đổi tín hiệu: Opto được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu giữa các thiết bị hoạt động ở điện áp cao và các mạch logic hoạt động ở điện áp thấp. Điều này giúp giữ cho các mạch logic điện áp thấp không bị ảnh hưởng bởi các biến động điện áp từ các thiết bị hoạt động ở điện áp cao.
• Cách ly nhiễu: Trong các ứng dụng nơi mà sự cách ly giữa hai mạch là cần thiết để ngăn chặn nhiễu, opto được sử dụng để ngăn chặn nhiễu được truyền từ một mạch sang mạch khác. Điều này đặc biệt quan trọng khi kết nối giữa các mạch thu thập thông tin điện áp cao và các mạch logic điện áp thấp, nơi mà các tín hiệu nhiễu có thể gây ra sự cố hoặc lỗi trong hệ thống.

Mạch opto cách ly 4 kênh