CHƯƠNG V: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ

Chia sẻ: Nguyen Cuong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

1.380
lượt xem 221
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

kiện quang điện tử là những linh kiện cảm biến có đặc tính đổi dạng năng lượng ánh sáng thành dòng điện hay ngược lại đổi dòng điện thành ánh sáng . Những linh kiện có đặc tính đổi từ ánh sáng thành dòng điện như: quang trở, quang diode, quang transistor, tế bào quang điện, quang SCR, quang triac,…..; những linh kiện có đặc tính đổi dòng điện thành ánh sáng là diode phát quang ( Led ), Led hồng ngoại....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG V: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG V LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ KHÁI NIỆM Linh kiện quang điện tử là những linh kiện cảm biến có đặc tính đ ổi dạng năng lượng ánh sáng thành dòng điện hay ngược lại đổi dòng điện thành ánh sáng . Những linh kiện có đặc tính đổi từ ánh sáng thành dòng điện như: quang trở, quang diode, quang transistor, tế bào quang điện, quang SCR, quang triac,…..; nh ững linh ki ện có đặc tính đổi dòng điện thành ánh sáng là diode phát quang ( Led ), Led hồng ngoại. BÀI 17: MẶT CHỈ THỊ VÀ ĐIỆN TRỞ QUANG I. Mặt chỉ 1.Mặt chỉ thị LED bảy đọan: LED bảy đoạn có loại anốt chung va catốt chung. Hiện nay LED bảy đo ạn được dùng nhiều trong các thiết bị chỉ thi số . Hình 17-1 là ký hiệu của LED bảy đoạn có an ốt chung, hình 17-2 là ký hi ệu của LED bảy đoạn có catốt chung. +Vcc +Vcc a b c d e f g a b c d e f g Hình17-1: LED baû ñoaï anoáchung y n t Hình 17-2: LED baû ñoaï catoáchung y n t a f b g e c Hình 17-3 d LED bảy đoạn là tập hợp bởi bảy LED được chế tạo dạng thanh dài sắp xếp như hình 17-3 và được ký hiệu bằng bảy chữ cái là a, b, c, d, e, f và g. Ph ần ph ụ c ủa đèn là một chấm sáng (P) để chỉ dấu phẩy thập phân. Khi cho các thanh sáng với các số l ượng và vị trí thích hợp ta có nhũng chữ số từ 0 đến 9 và những chữ cái t ừ A đ ến F nh ư hình 17-3. LED bảy đoạn được điều khiển bằng các loại IC giải mã như IC 7447, 7448 họ logic hay 4511, 4513 họ CMOS. 2.Mặt chỉ thị tinh thể lỏng LCD: a.Cấu tạo: LCD là chữ viết tắt bởi Liquid Crytal Display. Tinh thể lỏng dùng trong LCD là những hợp chất hữu cơ có đặc tính Nematic ( các phân tử tinh thể lỏng nằm song song TMC - 143-
với nhau ); Ở nhiệt độ thấp thì LCD ở trạng thái rắn , khi ở nhiệt độ nóng chảy thì LED chuyển sang trạng thái lỏng. b. Đặc trưng kỹ thuật: - Khoảng nhiệt độ sử dụng :-100C đến +600C - Điện áp : 3V đến 6V ( chuẩn là 4,5V) - Tần số : 30Hz đến 200Hz - Thời gian đóng :40ms - Thời gian ngắt :80ms Hình 17-4: Moädaï g LCD t n - Dòng điện tiêu hao 0,2 µ A Một màn LCD bảy đoạn tiêu hao công suất khoảng 10 µW . LCD có cách sắp xếp như LED bảy đoạn có tuổi thọ từ 10.000 giờ đến 100.000 giờ và hiện nay đang được sử dụng thay thế dần các loại LED bảy đoạn. Hình 17-4 là một loại LCD tiêu biểu. II. Điện trở quang (photoresistor) 1. Cấu tạo- ký hiệu- hình dạng:  Quang trở còn được gọi là điện trở tùy thuộc ánh sáng LDR (viết tắt b ởi Light Dependen Resiztor ) có trị số thay đổi theo độ sáng chiếu vào quang trở . Khi bị che tối thì quang trở có điện trở rất lớn , khi được chiếu sáng thì điện trở giảm nhỏ .  Quang trở thường chế tạo từ chất sunfua cadminan nên lấy kí hiệu cds, Selenid Cadmium (CdSe) sunfit chì (Pbs)…trong đó lo ại quang tr ở Cds có độ nhạy phổ gần như mắt người nên thông dụng nhất . Chất siliciumnhạy nhất đối với tia hồng ngoại , chất germanium nhạy nhất đ ối với ánh sáng thấy được và tia tử ngoại.  Quang trở được chế tạo bằng một màn bán dẫn trên nền cách điện n ối ra hai đầu kim loại rồi đặt trên một vỏ nhựa, mặt trên có lớp thủy tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngồi tác động vào . CdS CdS Hoaë c Kyù u quantg trôû hieä Hình daï g quantg trôû n 2. Hình tính: Kyù u vaø Đặc 17-5: hieä hình daï g cuû quang trôû n a R  Quang trở trở có trị số điện trở thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu vào nó. Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại.  Điện trở khi bị che tối khoảng vài trăm KΩ đến vài MΩ. Điện trở khi bị chiếu sáng khoảng vài trăm Ω đến vài KΩ. LUX  Quang trở có hai loại: loại sử dụng ánh Hình 17-6: Ñaë tính cuû quang trôû c a sáng thường và loại sử dụng ánh sáng hồng ngoại . TMC - 144-
3. Ứng dụng: Quang trở được sử dụng nhiều trong RB RC các mạch điện tử, mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng, đóng mở, đèn V CC mờ, bộ cảnh báo lửa. . . .  Hình 14 – 3: Mạch tự động sáng khi trời tối. Khi trời sáng thì cds có trị số điện trở nhỏ nên transistor không dẫn đèn led tắt. Trời tối thì cds CdS có trị số điện trở lớn nên transistor dẫn thì đèn led sáng. Hình 17-7: Mạch tự động sáng khi trời tối.  Hình 17-8: Mạch điều khiển dòng điện qua Taû i tải dùng triac, Diac kết hợp với quang trở để tác động theo ánh sáng. Khi cds bị che tối sẽ có trị số R điện trở lớn làm điện áp trên tụ C tăng cao đến mức ( khoảng 32V ) đủ để Diac dẫn điện và Triac 220V được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải. Tải ở đây có thể là các loại đèn chiếu sáng lối đi hay C chiếu sáng bảo vệ, khi trời tối đèn tự động sáng. CdS Khi trời sáng cds có trị số nhỏ làm điện áp trên tụ nhỏ không đủ để dẫn diac. Hình 17-8 BÀI 18: DIODE QUANG – LED HỒNG NGOẠI I. DIODE QUANG( PHOTO DIODE ) 1. Cấu tạo – ký hiệu – hình dạng : Có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn PN như diode thường, nhưng chất bán dẫn ở đây dùng loại có hiệu ứng quang điện cao. Tiếp giáp PN được đặt trong vỏ cách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng chi ếu vào, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng. TMC - 145-
Kyù u diode quang hieä Loãnhaä aùh saùg n n n Hình daï g diode quang n Hình 18 - 1: Kyù u vaø hieä hình daï g diode quang n 2. Nguyên lý làm việc - Đặc tính của diode quang: - Đối với diode thường khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diode lớn . Khi phân cực ngược thì dòng điện ngược rất nhỏ qua diode . - Đối với diode quang : + Khi phân cực thuận thì hai trường hợp diode được chiếu sáng hay che tối dòng điện thuận qua diode hầu như không thay đổi. + Khi phân cực ngược nếu diode được chiếu sáng thì dòng đi ện ngược tăng lớn hơn nhiều lần khi bị che tối. Dòng điện qua diode bị phân cực ngược sẽ biến đổi một cách tuyến tính với c ường đ ộ sáng ( lux) chiếu vào diode - Trị số điện trở của diode quang trong trường hợp được chiếu sáng và bị che tối. + Khi bị che tối: Rngược = ∞ Ω, Rthuận = rất lớn + Khi chiếu sáng Rngược = 10 KΩ  100 KΩ, Rthuận = vài trăm Ω. ID ID R + VDC - LUX Hình 18 - 2: Ñaë tính cuû diode quang c a  Các thông số kỹ thuật của diode quang: a. Điện áp ngược cực đại VRmax = 30V. b. Dòng điện ngược khi tối; IR = 2 µA ( 0 lux ) c. Dòng điện ngược khi có ánh sáng IR = 7 µA (100 lux ) d. Tần số làm việc cực đại f = 1 MHz e. Công suất tiêu tán cực đại Pmax = 50 mw 3. Ứng dụng: Diode quang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự đ ộng đi ều khi ển theo ánh sáng, báo động cháy, điều khiển từ xa (Remote control )… TMC - 146-
+ VCC D1 470 ΚΩ T - 33 ΚΩ OP-AMP + D2 100 ΚΩ 2,2 ΚΩ Hình 18 - 3 Hình 18 - 3: Khi diode quang bị che tối, transistor không được phân c ực nên ngưng dẫn, OP- AMP có điện áp V-i > V+i nên Vra = 0V Led không sáng. Khi diode quang được chiếu sáng thì transistor được phân cực thuận nên dẫn đi ện, OP-AMP cóđi ện áp Vi+ > V-i nên Vra = VCC đèn Led sáng. II. LED HỒNG NGOẠI 1. Cấu tạo-Hình dạng –Ký hiệu: Led hồng ngoại được viết tắt bởi IR Led (Infra Red Led ), hay còn gọi là nguồn phát ra tia hồng ngoại (Infra Red Emitters) . Led hồng ngoại được chế tạo bằng chất Asenic – Galium (GaAs). Ánh sáng quang học cũng có những đặc tính như ánh sáng nhìn thấy được như sợi hội tụ qua thấu kính , tiêu cự…. Led hồng ngoại có đời sống hkoảng 100.000 giờ ( khoảng 11 n ăm ), với các đặc trưng kỹ thuật như : - Điện áp thuận : Vf = 1,1V – 5V - Dòng điện thuận If = vài chục mA đến v ài trăm mA - Công suất cực đại :Pmax = vài trăm mW. Hình 18-4: Ký hiệu và hình dáng của Led hồng ngoại Dưới đây là hai loại Led hồng ngoại tiêu biểu với các giá trị thông số kỹ thuật: TMC - 147-
Mã hiệu Pmax VFmax IFmax Rise/Fall Time MEH 520 200 mW 2,6V 100mA 800nS MEH 740 75 mW 1.6V 20mA 800nS 2. Ứng dụng: Người ta có thể dùng quang điện trở, photo transistor, photo diode đ ể thu sóng hồng ngoại. Led hồng ngoại có thể dùng rong mạch thu phát âm thanh, truyền tin, đi ều khiển từ xa. @Mạch phát và mạch thu dùng led hồng ngoại: a. Sơ đồ mạch phát : Trong đó C1= 100µF tụ lọc nguồn; C2 = 2,2nF R1= 10k Ω ; Q1: 2SC1815; D1 :led R2= 56Ω Mạch phát ra tia hồng ngoại có tần số khoảng 10kHz, xung ra dạng vuông, có dòng trung bình khoảng 50mA. IC 1 5 10 4 AST Q Q 1 SW 1 6 AST 11 2N 1069 -T Q O N /O F F 8 12 +T 13 R ET O SC 3 R C C R 1 R 2 1 56 10k C 2 C X 2 .2 n 2 BT1 9 R X D 0 R ST 9V LED 4047 Hình 18-5a Sơ đồ mạch phát VC C 9V b. Sơ đồ mạch thu : K1 C1 R6 100u R3 220 C5 R1 4 .7 k R9 100n 4 .7 K 12k C3 Q2 R LY 1 2SA 1015 C6 D1 Q? R5 R8 2N 1069 4 .7 n 1 .5 M C4 1 .5 M R2 4 .7 U R7 10n C7 C2 D2 D 1 10 n 1 .2 M 4 .7 K 1U Q3 2SC 1015 Q1 2SC 1015 TMC - 148-
Hình 18-5b: Sơ đồ mạch thu Trong đó : R1 : 12K ;R2 : 1,2M ;R3: 4,7K ;R4 : 1K ;R5 : 1,5M R6 : 220 ;R7 : 4,7K ;R8 : 1,5M ;R9 : 4,7K ;C1 : 100 F C2 : 10 F ;C3 : 4,7 F ;C4 : 14 F ;C5 : 100 F ;C6 : 4,7 F ;C7 : 1 F Q1,Q2,Q3,Q4 : 2SC1015 c. Nguyên lý họat động: Sau khi nhấn nút ON/OFF thì mạch phát họat động. Led hồng ngo ại phát ra tia hồng ngoại. Ở mạch thu, led thu tiếp nhận rồi tự gi ải đi ều chế để lấy tín hi ệu xung 10kHz đưa đến Q1, Q2, Q3 làm cho Q1 không họat động được, Q4 ho ạt đ ộng làm cho role Y1 hút. Ngược lại không nhấn nút ON/OFF thì rơle Y1 không hút. T ừ r ơle Y1 ta có thể đưa đến điều khiển một thiết bị điện nào đó. Mạch phát dạng khác: (Hình 18-5c) 6 . .9 V R 2 R 3 R 1 R 4 R 5 10K 10K 10 K 47K 1 0 KC 1 C 2 100n 100n Hình 18-5c Q 1 Q 2 Q 3 N PN N PN N PN LED Nguyên lý họat động: Sơ đồ nguyên lý máy phát tia hồng ngoại trên có bước sóng khoảng 850mm. LD1 là LED phát hồng ngoại. Bộ đa hài Q1, Q2 phát xung vuông có tần số kho ảng 10kHz đ ể kích Q3 họat động điều chế sóng hồng ngoại. Mạch thu dạng khác: (Hình 18-5d) Tương tự như máy thu ở hình 14-9a, ta chỉ thay đổi lại cách m ắc ở phần Q4 nh ư sau: 9V R 5 47K Hình 18-5d SC R C 1 D 2 Q 3 N PN C 3 100n 220 C 2 D 1 470n Khi có tín hiệu hồng ngoại Q4 dẫn bão hòa và SCR tắt. d. Ứng dụng của mạch: Κ Báo động khi có kẻ gian. TMC - 149-
Khi có kẻ gian đi qua khu vực làm che khuất tia hồng ngo ại t ừ m ạch phát chi ếu đ ến mạch thu làm cho mạch thu mất tín hiệu, Q4 mất điện áp nên tắt, c ổng G c ủa SCR lúc này rất dương nên dẫn và cấp nguồn còi báo động. Κ Rung chuông khi có khách đến: Nếu hệ thống dùng báo chuông khi có khách đến thì có th ể b ỏ còi hú m ắc SCR vào chuông. Κ Đếm sản phẩm trong một dây chuyền sản xuất: Khi cần đếm sản phẩm thì SCR được thay bằng Transistor C2335 (khóa ngu ồn) cho chuông 110V hay 220V hoặc H106 (khóa nguồn) cho chuông dùng pin. C ứ m ỗi l ần đ ồ vật chạy ngang tầm che khuất tia hồng ngoại là một lần báo chuông. BÀI 19: TẾ BÀO QUANG ĐIỆN (PHOTOCELL) I -Cấu tạo- ký hiệu:  Với hiệu ứng quang điện, ta có sự phát sinh một điện áp ở lớp tiếp giáp PN, khi lớp này được chiếu sáng. Dựa vào hiệu ứng trên người ta chế t ạo lo ại tế bào quang điện loại bán dẫn, gọi chung là diode quang điện bán dẫn.  Loại này có cấu tạo tương tự như diode bán dẫn, gồm hai lớp bán d ẫn khác nhau tiếp xúc nhau. Nhưng lớp bán dẫn ở đây dùng loại có hiệu ứng quang điện cao. Tế bào quang điện gồm hai loại:  Khi tế bào quang điện làm việc ở chế độ máy phát gọi là pin quang điện ( photo cell ), pin mặt trời (solar cell ), đôi khi người ta còn g ọi là t ế bào quang điện ( photoclement ).  Khi tế bào quang điện làm việc ở chế độ quang điện trở gọi là diode quang ( photo diode ) ( đã khảo sát phần III – Bài 14). + Teábaø quang ñieä o n Diode quang ñieä n Hình 19 - 01: Kyù u teá o quang ñieä hieä baø n II- Nguyên lý làm việc: TMC - 150-
Aù h saù g n n Aù h saù g n n - + + - + - + - - + - P + - + - N + - + N P - - + - - + - - + - + - Etx Rtaû i I0 E0 E - + I0 + - Rtaû i a-Teábaø quang ñieä o n b-Diode quang ñieä n Hình 19 - 02  Nối hai cực của diode với 1 điện trở mạch ngồi R t (Hình 19-02a) suất điện động EÞ sẽ duy trì dòng điện IÞ xoay chiều qua mạch. Trong trường hợp này diode quang điện đã biến đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Diode quang làm việc ở chế độ máy phát và đ ược gọi là pin quang điện ( phot cell ), pin mặt trời,( solar cell), đôi khi còn gọi là t ế bào quang điện ( photo clement ).  Thông thường mỗi pin mặt trời cho điện thế khoảng 0,4V  0,5V. - Nối 2 cực của diode với nguồn điện E theo chiều phân c ực ngược (Hình 19- 02b) thì tế bào quang điện làm việc ở chế độ quang trở gọi là photo diode ( ta đã nghiên cứu bài photo diode( đã khảo sát phần I – Bài 18) ở trên ). Aù h saù g n n - + - - + - P 1- Cheáñoäteábaø quang ñieä (pin o n - N + - maë trôø) t i - + - 2- Cheáñoäphoto diode Rtaû i 1 E + - 2 Hình 18 - 02: Minh hoï cheáñoälaø vieä a m c cuû teábaø quang ñieä a o n III- Ứng dụng:  Mắc nối tiếp nhiều tế bào quang diện tạo ra pin mặt trời. BÀI 20: TRANSISTOR QUANG - JFETQUANG I. TRANSISTOR QUANG ( PHOTO TRANSISTOR ) TMC - 151-
 Vế cấu tạo quang transistor coi như gồm có một quang diode và một transistor. Trong đó quang diode làm nhi ệm vụ cảm bi ến quang đi ện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại.  Độ khuếch đại của photo transistor từ 100  1000 lần và độ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sáng chiếu vào mối nối.  Tần số làm việc của photo transistor kho ảng vài trăm KH z , trong khi đó tần số làm việc của photo diode khoảng vài MHz .  Độ nhạy của photo transistor gấp vài trăm lần so với photo diode .  Để tăng độ nhạy người ta còn chế tạo loại quang transistor ráp ki ểu darlington ( gọi là Darlington photo transistor ). a - Transistor quang b - Darlington photo transistor Hình20 - 1: Kyù u quang transistor hieä  Trường hợp bỏ hở cực B thì mạch làm việc theo nguyên lý transistor quang, nếu bỏ hở cực E thì mạch làm việc theo nguyên lý của quang diode.  Hình 20 – 2a: Dùng transistor quang để ghép darlington với transisitor công suất để điều khiển rơle R Y. Khi được chiếu sáng quang transistor dẫn làm transistor công suất dẫn cấp điện cho rơle.  Hình 20 – 2b: Lấy điện thế VC của quang transistor để phân cực cho cực B của transistor công suất. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ d ẫn điện làm VC giảm, cực B của transistor công suất không được phân c ực nên ngưng dẫn và rơle RY không được cấp điện.;  Hình 20 - 2c: Dùng transistor công suất loại PNP. Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ dẫn điện tạo sụt áp trên điện trở R để phân cực cho B cực transistor công suất loại PNP dẫn điện cấp điện cho rơle + VCC + VCC + VCC R RY R RY RY a b c Hình 20 - 2: Caù maï h öù g duï g cuû quang transistor c c n n a d Đồng hồ ánh sáng ( quang kế ) : Trong nhiếp ảnh và trong phòng thí nghi ệm khi cần một quang kế ta có thể lắp mạch đơn giản như hình 20-2d . Ở đây dùng quang transitor loại Darlington. Biến trở 5KΩ là để chỉnh điểm chuẩn cho quang kế. II. JFET QUANG ( PHOTO JFET ) TMC - 152-
 Đối với Jfet quang ánh sáng được tập trung chíếu thẳng vào cực Gate các hạt mang điện tích được phát sinh trong vùng gần l ớp chuyển ti ếp PN của cực G, do đó dòng IG tăng lên. RG sẽ làm thay đổi điện áp cực G. Điện áp này tác động vào dòng I d ( Drain) và có một tín hiệu khuếch đại ở tải R. Độ khuếch đại cũng tuyến tính nhưng có t ỷ l ệ bình phương với cường độ chiếu sáng. Độ nhạy của photo Jfet tuỳ thuộc rất lớn vào trị số điện trở R cổng G. Trị số có th ể lên đ ến 100 MΩ.  Photo Jfet được chế tạo dùng với ánh sáng tử ngo ại với lớp chuyển tiếp giáp PN nằm cách bề mặt vài µm. V CC D G RG S V GS Hình 20 - 3: Phaâ cöï cho photo Jfet n c BÀI 21: SCR QUANG ( PHOTO THYRISTOR )  Về cấu tạo SCR quang gồm 1 quang diode đóng vai trò cảm biến quang điện và một SCR đóng vai trò dẫn điện.  Cấu tạo tương tự như SCR thường, nhưng SCR quang có vỏ bọc với cửa sổ quang trong suốt. Hình 21 - 01: Kyù u SCR quang hieä  Nguyên tắc hoặt động của SCR quang giống như SCR thường nhưng tín hiệu điều khiển là tín hiệu quang. Khi cường độ tín hiệu quang tăng, thì VAK giảm.  Tín hiệu quang chỉ làm nhiệm vụ kích cho SCR dẫn mà không điều khiển giá trị dòng anốt.  Cường độ tín hiệu quang có tác dụng làm thay đổi thời gian đóng m ở SCR.  Độ nhạy của SCR quang tùy thuộc vào điện áp thuận, nhiệt độ và c ấu trúc của no.ù Để SCR quang càng nhạy, cấu trúc của nó càng nh ỏ và mỏng do đó chỉ làm việc với điện áp thấp và dòng điện nh ỏ, SCR quang được dùng để điều khiển SCR công suất và có thể đặt ở nơi có đi ện thế cao. TMC - 153-
IA SCR Quang IA R PS1 < PS2 + VCC PS2 P S1 - IH PS =0 VAK VBO a- Phaâ cöï cho SCR quang n c b - Ñaë tính cuû SCR quang c a Hình 21-02: Phaâ cöï cho SCR quang baè g cöôø g ñoäsaù g n c n n n BÀI 22: CÁC BỘ GHÉP QUANG ( OPTO - COUPLERS ) Trong các hệ thống tự động điều khiển phần công suất thường có đi ện th ế cao thường là 220 V – 380 V, có trường hợp 660 V hay 1000 V, trong khi các m ạch đi ều khiển thường có công suất thấp - như các mạch logic, máy tính hay các h ệ th ống ph ải tiếp xúc với con người. Để tạo sự cách điện giữa mạch điều khi ển và mạch công su ất có sự khác biệt lớn về điện thế người ta chế tạo ra các bộ ghép quang. I. Cấu tạo - Nguyên lý: Bộ ghép quang gồm hai phần gọi là sơ cấp và thứ c ấp, phần sơ c ấp là m ột diode loại GaAs phát ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một quang transistor lo ại silic. Khi phân cực thuận, diode phát ra bức xạ hồng ngo ại chi ếu lên m ặt của quang transistor. Bộ ghép quang hoạt động theo nguyên lý: Tín hiệu được sơ cấp là led hồng ngoại ( còn gọi là phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng . Tín hi ệu ánh sáng đ ược phần thứ cấp là quang transistor ( còn gọi là phần nhận ) đổi thành tín hiệu điện. 1 4 IF IC 2 3 Hình 22-01: Sô ñoànguyeâ lyù gheù quang n boä p II. Đặc trưng kỹ thuật  Bộ ghép quang dùng để cách điện giữa hai mạch điện có điện thế cách biệt lớn. Điện thế cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp thường từ vài trăm Volt đến hàn g ngàn Volt.  Bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện một chiều hay tín hiệu xoay chiều có tần số khá cao.  Điện trở cách điện giữa sơ và thứ cấp có trị số rất lớn thường khoảng vài chục đến trăm MΩ đối với dòng điện một chiều. TMC - 154-
 Hệ số truyền đạt dòng điện ( current transfer Ratio ) là tỉ số ph ần trăm của dòng điện ra ở thứ cấp IC với dòng vào ở sơ cấp IF . Đây là thông số quang trọng nhất của bộ ghép quang thường có trị số từ vài chục phần trăm đến vài trăm phần trăm tuỳ thuộc loại bộ ghép quang. III. Các bộ ghép quang: 1-Bộ ghép quang transistor ( OPTO – Transistor ) Thứ cấp của bộ ghép quang này là photo transistor loại silic. Đ ối v ới b ộ ghép quang transistor có 4 chân thì transistor không có c ực B, tr ường h ợp b ộ ghép quang transistor có 6 chân thì cực B được nối ra ngồi như hình 22-2b. 1 4 1 6 2 3 2 5 a 3 4 b Hình 22 - 02: Kyù u OPTO Transistor hieä Bộ ghép quang không có cực B có 1 lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém. Nếu nối giữa cực B và E một điện trở thì các bộ ghép quang transistor là bộ ghép quang khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyền đạt lại bị giảm sút. 2- Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor : Bộ ghép quang với quang Darlington – Transistor có nguyên lý nh ư b ộ ghép quang với quang Transistor nhưng với hệ số truyền đạt lớn h ơn vài trăm l ần nh ờ tính chất khuếch đại dòng của mạch darlington. Bộ ghép quang này có nhược điểm là bị ảnh hưởng bởi nhiệt đ ộ rất l ớn nên thường được chế tạo có điện trở nối giữa chân B và E của Transisitor sau đ ể ổn định nhiệt. 1 6 2 5 3 4 Hình 22-03: Quang Darlinton Transistor Thí dụ một vài thông số đặc trưng của các bộ ghép quang transisitor.  Loại quang transistor 4N35: IF = 10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% - BUCEo =30V  Loại quang Darlington Transistor ILD 32 có: IF = 10 mA - hệ số truyền đạt dòng điện 500% - BUCEo =30V 3- Bộ ghép quang với quang Thyristor ( OPTO- Thyristor ): TMC - 155-
Bộ ghép quang Thyristor có cấu tạo bán dẫn như hình 22-4 gồm có m ột quang doide và 2 transistor ghép theo nguyên lý của SCR. Khi có ánh sáng hồng ngoại do Led ở sơ cấp chiếu vào quang diode thì s ẽ có dòng IB cấp cho Transistor NPN và khi Transistor NPN d ẫn thì s ẽ đi ều khi ển Transistor PNP dẫn điện. Như vậy quang thyristor đã được dẫn và sẽ duy trì tr ạng thái d ẫn mà không cần kích liên tục ở sơ cấp. A 1 6 5 2 4 G K Hình 22-04: Kyù u vaøcaá truù baù daã töông ñöông hieä u c n n cuû OPTO Thyristor a Để tăng khả năng chống nhiễu người ta n ối gi ữa chân G và K bằng 1 đi ện tr ở t ừ vài KΩ đến vài chục KΩ. 4- Bộ ghép quang với quang Triac ( OPTO – Triac ): OPTO – Triac có cấu trúc bán dẫn tương đương như hình 22-05: T2 1 6 2 5 4 G T1 Hình 22-05: Kyù u vaøcaá truù baù daã hieä u c n n töông cuû OPTO - Triac a IV- Ứng dụng của OPTO – COUPLERS: Các loại OPTO – couplers có dòng điện ở sơ cấp cho Led hồng ngo ại khoảng 10 mA. Đối với OPTO- Transistor khi thay đ ổi tr ị số dòng đi ện qua Led h ồng ngoại ở sơ cấp sẽ làm thay đổi dòng điện ra IC của photo Transistor thứ cấp. OPTO – Couplers có thể dùng để thay cho rơle hay biến áp xung đ ể giao tiếp với tải thường có điện áp cao và dòng điện lớn. TMC - 156-
+ 5V + 24 V R1 R5 R2 10K 220 R4 22K 1K T2 D 2SB772 T1 2SC458 Ñ R3 24V Logic 10K 350mA Xung vaø o OPTO - T 4N25 Hình 22-06 Mạch điện hình 22-06 là ứng dụng của OPTO – Transistor điều khiển đóng ngắt đèn. Khi ngõ ra của mạch logic ở cao (gần 5V) đèn Led c ủa n ối quang 4N25 tắt, quang transitor ngưng dẫn , dòng điện từ nguồn +24V qua 22K và vào cực b transistorT1 làm T1 dẫn kéo theo T2 dẫn và đèn Đ sáng. Khi ngõ ra của mạch logic thấp ( gần 0V) đèn Led của n ối quang sáng. Quang transitror d ẫn không cho dòng điện từ nguồn +24V vào T1 nên T1 ng ưng dẫn kéo theo T 2 ng ưng dẫn và đèn Đ tắt. Mạch điện hình 22-07 là ứng dụng của OPTO – Transistor đi ều khi ển đóng ng ắt Rơ-le. Quang transistor trong bộ ghép quang được ghép Darlington v ới transistor công suất bên ngồi, khi Led hồng ngoại ở sơ cấp được cấp nguồn 5V thì thì quang Transistor dẫn điều khiển Transistor công suất dẫn để cấp điện cho rơle R Y. Điện trở 390 ohm để giới hạn dòng qua Led hồng ngoại khoảng 10mA. + 24V RY R + 5V Hình 22-07: Maï h ñieä ñoù g ngaé rôle duø g OPTO-transistor c n n t n R1 R3 R4 Taû i 150 180 2,4K C 0.1µF Ñieä theá n D T2 400V ñieà khieå u n 2N6071B Taû i 3 - 25V V + R T1 2SC458 OPTO- T 110 V 12V R2 MOC 3011 R5 10K 47 Hình 22-08a Hình 22-08b Mạch điện hình 22-08a là ứng dụng của OPTO – Triac đ ể đóng ng ắt đi ện cho t ải dùng nguồn xoay chiều. Điện trở R để giới hạn dòng qua Led h ồng ngo ại kho ảng 10 TMC - 157-
mA. Khi Led sơ cấp được cấp nguồn 12 V thì Triac sẽ được kích và dẫn đi ện tạo dòng kích cho Triac công suất. Khi Triac công suất được kích sẽ dẫn đi ện nh ư m ột công t ắc để đóng điện cho tải. Hình 22-08b:Triac của nối quang điều khiển Triac dòng lớn (ví dụ 2N6071B) cung cấp công suất cho tải hoạt động ở nguồn đi ện 50 Hz. Về phía đi ều khi ển transitor 2N222 bảo vệ không cho dòng quá lớn qua Led c ủa n ối quang : khi dòng qua Led lớn do điện thế điều khiển lớn thì điện thế của cực B transitor cũng l ớn làm transitor dẩn chia xẻ bớt dòng điện với Led. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Cấu tạo, ký hiệu, ứng dụng của điện trở quang ? 2. So sánh cấu tạo, nguyên lý và đặc tính kỹ thuật của diode phát quang (Led) và quang diode ? 3. Ứng dụng của led hồng ngoại? 4. Cách phân biệt các loại OPTO – Couplers như: OPTO – Transistor, OPTO Thysristor và OPTO – Triac ? Ứng dụng của từng loại? 5. Cho biết các đặc trưng kỹ thuật của các bộ ghép quang ? 6. Nêu ứng dụng của các bộ ghép quang? Phân tích nguyên lý ho ạt đ ộng các mạch điện ứng dụng của bộ ghép quang? TMC - 158-