Optokuplör Nedir? Çalışma Prensibi Optokuplör Devresi
Optokuplör nedir: Aralarında elektriki bir bağlantı olmadan düşük gerilimlerle, yüksek gerilim ve akımları kontrol eden devre elemanıdır. Bu devre elemanına optokuplör denir.
Optoizolatör, fotokuplör veya optikal izolatör olarak da bilinirler. Elektronik cihazların içinde, birçok küçük devre elemanları bulunur. Bunlardan biri de örümceğe benzeyen bacaklarıyla optokuplörlerdir. Elektronik bir eleman olan optokuplörler, birbiri ile optik bağlantılı ışın vericiden ve foto alıcıdan oluşurlar.
Optokuplör Yapısı
Optokuplörün yapısında bir LED diyot ve onun yaydığı ışıktan etkilenerek iletime geçen bir adet foto eleman vardır. Optokuplörlerde ışık verici olarak kullanılan LED diyotlar galyum arsenürden yapılmıştır. Işık yayan eleman olarak “LED”, “İnfraruj LED” kullanılır. Işık algılayıcı olarak “foto diyot“, “foto transistör”, “foto tristör”, “foto triyak” vb. gibi elemanlar kullanılır.
Aşağıdaki şekil de 4N25 DIP-6 Transistor Çıkışlı optokuplör entegresi verilmektedir. Bu şekilde bir adet LED tam karşısına milimetrik olarak yerleştirilmiş bir fototransistörden oluşmuştur. LED yandığı zaman transistör iletime geçer. LED sönük ise transistör yalıtımdadır.
Optokuplör Çalışma Prensibi
Optokuplörün sözcük anlamı optik kuplaj’dır. Kuplaj bir sistem içindeki iki katın birbirinden ayrılması fakat aralarındaki sinyal iletişiminin sürmesi olayıdır. Optokuplörlerin görevi, iki devreyi birbirinden fiziksel olarak ayırmak, yani elektriksel olarak yalıtmaktır. Ayrılma fiziksel olarak gerçekleşir fakat iletişim optik yada manyetik olarak devam eder.
Örneğin; 12Volt ve 220 voltluk gerilimin kullanıldığı devrelerde, bu gerilimleri ayrı tutmak için kullanılır. Optokuplörler sayesinde, farklı akımlar aynı devrede birbirinden izole edilir. Böylece akımlar güvenli bir şekilde akar ve devre sorunsuz bir şekilde çalışır.
Optokuplörler, iki elektronik devre arasında izolasyonu sağlamadan başka işlemler için de kullanılırlar. Mesela optokuplörler trafolar gibi çalışabilirler. Ayrıca geri besleme elemanı olarak kullanılabilirler. Birden fazla bağımsız devrenin çıkışlarını bir araya getirmek (toplama elemanı olarak) için kullanılabilirler.
Giriş uçlarında bir LED diyot ve çıkış uçlarında LED diyotun yaydığı ışıktan etkilenen, iletimi sağlayan bir adet foto eleman bulunur. Optokuplörlerin giriş uçlarına elektrik akımı verilir. Bu durumda LED diyot ışık yayar ve yayılan bu ışık fototransistör tarafından algılanarak iletime geçirilir. Bu sayede elektrik akımı ışık ile iletimi sağlanır. Böylece farklı gerilimler birbirinden ayırt edilir, devrenin sorunsuz çalışması sağlanmış olur.
Işık Yayan ve Işık Algılayıcı Optokuplör
Bu elemanlarda ışık yayan elemanlar LED ve Enfraruj LED kullanılırken ışık algılayıcı olarak fototransistör, fotodiyot, foto triyak ve foto tristör vb. gibi elemanlar kullanılır. Optokuplörler daha çok, iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel bağlantı olmadan, ışık yolu ile iletişim kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Düşük gerilim ile çalışan bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör vasıtasıyla kumanda edilebilir. Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklı olduğu için en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır.
Optokuplör Çeşitleri
Kullandığı LED diyot ve sensöre göre birkaç optokuplör (optocoupler) çeşitleri:
- Dirençli Optokuplör: Doğrusal akkor teli lamba, neon lamba veya infrared LED kullanır. Sensör olarak CdS veya CdSe fotodirenç vardır. Hızı genellikle düşüktür.
- Diyot Optokuplör: Infrared LED ışık ve silikon fotodiyot sensör kullanır. Hızı yüksektir.
- Triak Optokuplör: Infrared LED kullanır. Sensör olarak TRIAC yani alternatif akım triyodu kullanır. Hızı yavaş ve orta arasıdır.
- Transistör Optokuplör: Infrared LED kullanır. Sensör olarak çift kutuplu silikon fototransistör kullanılır. Ya da Darlington tipi fototransistör kullanır. Ortalama bir hıza sahiptir.
- Katıhal Röle: Infrared LED kümesi ve sensör olarak fotodiyot kümesi kullanır. Hızı yavaştan hızlıya kadar çıkabilmektedir.
- SCR Optocoupler: Infrared LED ve silikonlu doğrultucu sensör kullanır. Hızı yavaş ve orta arasıdır.
Optokuplörler, devre çizimlerinde şu sembol ile gösterilir:
Optokuplör Kullanım Alanları
Optokuplörler daha çok, iki farklı devre arasında izolasyonu sağlamak için kullanılır. Çok düşük bir gerilimle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir. Böylelikle tetikleme devresi hiçbir şekilde zarar görmez. Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklıdır. Bundan dolayı en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır.
- PLC’ ler,
- Ses ve müzik endüstrisi
- Switch mode devrelerde,
- Mikroişlemcili sistemlerde,
- Otomasyon endüstrisi
- Endüstriyel sistemlerde,
- Veri transferinde,
- MOSFET ve IGBT sürücülerde
- Bilgisayar ve telekomünikasyon teknolojisi gibi.
Günümüzde elektronik devrelerin çoğunda optokuplörler kullanılmaktadır. Doğru bir optokuplörü seçmek için maksimum işlem sıcaklığına, akım transfer oranlarına ve tiplerine bakılmalıdır.
Optokuplör Bir Elektronik Röledir
Optokuplörün mekanik röleye göre avantajları
- Mekanik parçaları yoktur.
- İki devre arasında büyük izolasyon vardır.
- Yüksek işletme hızları,
- Sıçramasız anahtarlama,
- Boyutları küçüktür,
- Titreşim ve sarsıntıya duyarsızlık,
- Devingen parçaların olmaması,
- Mantık ve mikroişlemci devreleri ile uyumluluk,
- DC ile 100+MHz arası bant genişliği, olarak sıralanabilir.
Dezavantajları
- Gücü düşüktür.
Optokuplör Sağlamlık Testi
Optokuplör ölçümü iki multimetre kullanarak yapılabilir. Yada basit Optokuplör test devresi ile de yapılır. Optik kuplörler entegre kılıf içindedir. Optik kuplörün sağlamlığı kontrol edilirken o optokuplorün kataloğunu ve iç bağlantı şemasını bulmak gerekir. Sonra içerisindeki LED diyod doğru polarma edilir. Optokuplör test devresinde butona basılınca optokuplörün transistörü LED’i yakar.
Optokuplör Fiyatları
Optokuplör(optocoupler) elektronik veya robotik sistemler de devre elemanı olarak kullanılır. Optokuplör fiyatları entegre modellerine göre değişir.