اُپتوكوپلر چيست و چگونه كار ميكند(optocoupler)

اُپتوایزولاتور (به انگلیسی: opto-isolator) یا اُپتوکوپلر (به انگلیسی: optocoupler)، یک مجموعه فرستنده و گیرندۀ نوری است، به این صورت که در یک مدار، سیگنال به نور تبدیل شده و می‌تابد و در سوی دیگر سنسور این نور را حس کرده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. می‌توان آن را مثلاً در مدارهای کنترلی به کار برد و ولتاژ یک طرف مدار را از ولتاژ طرف دیگر (به ویژه زمین‌های دو طرف را) ایزوله کرد. به همین دلیل به نام اپتوایزولاتور شناخته می‌شود.طراحی پایه یک اپتوکوپلر که اپتوایزولاتور (Opto-Isolator) نیز نامیده می‌شود، از یک LED که نور فروسرخ یا مادون قرمز تولید می‌کند و یک قطعه نیمه‌هادی حساس به نور که برای آشکارسازی نور فروسرخ به کار می‌رود تشکیل شده است. هر دو قطعه LED و قطعه حساس به نور در یک محفظه تاریک قرار داده شده‌اند و پایه‌های فلزی برای اتصال الکتریکی دارند.یک اپتوکوپلر یا اپتوایزولاتور از یک فرستنده یا امیتر نوری، یک LED و یک گیرنده حساس به نور تشکیل شده است. گیرنده می‌تواند یک فتودیود، فتوترانزیستور،‌ مقاومت نوری یا فتورزیستور، SCR یا تریستور نوری (فتوتریستور) یا ترایاک نوری (فتوترایاک) باشد.فتوترانزیستور شکل زیر را در نظر بگیرید. جریان سیگنال منبع از LED ورودی عبور می‌کند و سبب تولید نور فروسرخ در آن می‌شود که شدت آن متناسب با سیگنال الکتریکی است. این نور منتشر شده به بیس فتوترانزیستور می‌رسد و باعث روشن شدن آن می‌شود. در نتیجه، فتوترانزیستور مانند یک ترانزیستور دو قطبی عادی کار خواهد کرد.بیس فتوترانزیستور می‌تواند باز (بدون اتصال) باشد تا حساسیت به انرژی نور فروسرخ LED حداکثر شود. همچنین می‌توان پایه بیس را از طریق یک مقاومت بزرگ زمین کرد و حساسیت سوئیچینگ را کنترل نمود و آن را نسبت به نویزهای الکتریکی خارجی و تغییرات ناگهانی ولتاژ آن پایدارتر و مقاوم‌تر کرد.
وقتی جریان گذرنده از LED قطع شود، انتشار نور فروسرخ نیز متوقف شده و فتوترانزیستور از هدایت باز می‌ایستد. از فتوترانزیستور می‌توان برای سوئیچ کردن جریان در مدار خروجی استفاده کرد. پاسخ طیفی LED و قطعه حساس به نور تطابق زیادی با هم دارند و از طریق یک حائل شفاف مانند شیشه، پلاستیک یا هوا از یکدیگر جدا شده‌اند. از آن‌جایی که اتصال الکتریکی مستقیمی بین ورودی و خروجی یک اپتوکوپلر وجود ندارد، تا حدود
ایزولاسیون الکتریکی وجود دارد.
اپتوکوپلرها در چهار نوع مختلف در دسترس هستند که هر کدام یک منبع LED فروسرخ دارند، اما قطعه حساس به نور آن‌ها با هم متفاوت است. این چهار اپتوکوپلر عبارتند از:
فتوتراتزیستوری (Photo-Transistor)
فتودارلینگتونی (Photo-Darlington)
فوتوتریستوری (Photo-SCR)
فتوترایاکی (Photo-Triac)
چهار اپتوکوپلر مذکور در شکل زیر نشان داده شده‌اند.
An opto-isolator (also called an optocoupler, photocoupler, or optical isolator) is an electronic component that transfers electrical signals between two isolated circuits by using light.[1] Opto-isolators prevent high voltages from affecting the system receiving the signal.[2] Commercially available opto-isolators withstand input-to-output voltages up to 10 kV[3] and voltage transients with speeds up to 25 kV/μs.[4]

A common type of opto-isolator consists of an LED and a phototransistor in the same opaque package. Other types of source-sensor combinations include LED-photodiode, LED-LASCR, and lamp-photoresistor pairs. Usually opto-isolators transfer digital (on-off) signals, but some techniques allow them to be used with analog signals.The value of optically coupling a solid state light emitter to a semiconductor detector for the purpose of electrical isolation was recognized in 1963 by Akmenkalns, et al. (US patent 3,417,249). Photoresistor-based opto-isolators were introduced in 1968. They are the slowest, but also the most linear isolators and still retain a niche market in the audio and music industries. Commercialization of LED technology in 1968–1970 caused a boom in optoelectronics, and by the end of the 1970s the industry developed all principal types of opto-isolators. The majority of opto-isolators on the market use bipolar silicon phototransistor sensors.[5] They attain medium data transfer speed, sufficient for applications like electroencephalography.[6] The fastest opto-isolators use PIN diodes in photoconductive mode.An opto-isolator contains a source (emitter) of light, almost always a near infrared light-emitting diode (LED), that converts electrical input signal into light, a closed optical channel (also called dielectrical channel[7]), and a photosensor, which detects incoming light and either generates electric energy directly, or modulates electric current flowing from an external power supply. The sensor can be a photoresistor, a photodiode, a phototransistor, a silicon-controlled rectifier (SCR) or a triac. Since LEDs can sense light in addition to emitting it, construction of symmetrical, bidirectional opto-isolators is possible. An optocoupled solid-state relay contains a photodiode opto-isolator which drives a power switch, usually a complementary pair of MOSFETs. A slotted optical switch contains a source of light and a sensor, but its optical channel is open, allowing modulation of light by external objects obstructing the path of light or reflecting light into the sensor.