Opto là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Opto trong công nghiệp điện tử

Opto là gì? Opto là một loại linh kiện quang điện tử được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như viễn thông quang học, công nghệ đo lường, điều khiển,… Và bài viết này LED HD sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin chi tiết về linh kiện opto cũng như những ứng dụng hữu ích mà nó mang lại.

Giới thiệu về Opto là gì? 

Opto (optocoupler) hay opto cách ly quang là một loại linh kiện quang điện tử được sử dụng để 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 opto là khả năng cách ly điện giữa mạch đầu vào và đầu ra. Nhờ vào việc sử dụng chùm ánh sáng làm cầu nối truyền tín hiệu, optocoupler đã loại bỏ những mối liên hệ điện giữa hai mạch. Điện trở cách ly giữa hai mạch lên đến hàng nghìn MΩ, giúp bảo vệ các mạch nhạy cảm khỏi nhiễu điện và sự cố chập, đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống. 

Bộ cách ly quang opto gồm có các linh kiện như đèn LED, laser, cảm biến ánh sáng, màn hình hiển thị và nhiều thiết bị khác.

Cấu tạo của Opto 

Opto gồm hai thành phần chính là bộ phát ánh sáng và bộ nhận ánh sáng:

• Bộ phát ánh sáng: Với bộ phát sáng thường là một đèn LED được sử dụng làm bộ phát ánh sáng trong optocoupler. Đèn LED giúp chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng. Bộ phát sáng nằm ở phía đầu của opto và nhận tín hiệu từ mạch điều khiển ngoại vi hay mạch điện tử khác. Khi bộ phát sáng nhận được tín hiệu điện, thì đèn LED sẽ phát ra ánh sáng tương ứng với tín hiệu đó. 
• Bộ nhận ánh sáng: Bộ nhận ánh sáng trong opto với nhiệm vụ chính là nhận và chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện. Sẽ có một số linh kiện được sử dụng như photodiode, transistor quang, quang trở, SCR quang hoặc TRIAC quang và các linh kiện này sẽ có nhiệm vụ phát hiện và phản ứng với ánh sáng, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện tương ứng. 

Ngoài ra, còn một điểm đáng chú ý là cả hai bộ phận trên đều được tích hợp trong cùng một vỏ bọc kín và thường vỏ bọc này sẽ là loại vỏ nhựa hoặc kim loại. Giúp bảo vệ linh kiện bên trong khỏi các tác động bên ngoài và cung cấp một môi trường hoạt động ổn định. 

Ngoài hai thành phần chính là bộ phát và bộ nhận ánh sáng thì mạch optocoupler cũng có một số thành phần mạch điện khác như điện trở dùng nối tiếp với đèn LED để giới hạn dòng điện và bảo vệ LED khỏi quá tải. Hay là bộ khuếch đại đầu ra dùng để tăng cường tín hiệu điện hoặc điện áp sau khi được cách ly. Điện trở nối tiếp với đèn LED và bộ khuếch đại đầu ra đều giúp điều chỉnh và cải thiện hiệu suất của mạch.

Nguyên lý hoạt động của Opto 

Khi một dòng điện nhỏ đi qua 2 đầu LED trong mạch opto, lúc này đèn LED sẽ phát sáng. Đèn LED phát sáng này sẽ kích hoạt phototransistor hoặc photodiode, cho phép dòng điện chạy qua. Trong quá trình này sẽ có hai mức độ ánh sáng khác nhau: 

• Cường độ ánh sáng mạnh: Khi ánh sáng mạnh, transistor cảm quang trong mạch opto sẽ ở trạng thái bão hòa. Trong trạng thái này, photocoupler sẽ truyền tín hiệu logic. Điều này có nghĩa là optocoupler được sử dụng để truyền các tín hiệu logic như “ON” hoặc “OFF” giữa hai mạch điện
• Cường độ ánh sáng yếu: Khi ánh sáng yếu, transistor cảm quang trong mạch opto không đạt trạng thái bão hòa. Trong trường hợp này, photocoupler truyền tín hiệu analog. Tuy nhiên, chế độ này có đoạn tuyến tính hẹp và tín hiệu truyền không được đảm bảo.

Các loại linh kiện quang opto phổ biến nhất hiện nay

Trên thị trường hiện nay, có hai dòng opto chính được sử dụng, đó là opto rãnh và opto phản xạ. Mỗi loại có những đặc trưng riêng biệt:

Opto rãnh 

Opto rãnh là một loại linh kiện quang học có một khoảng trống (rãnh) ở giữa LED phát và transistor thu. Trong hoạt động, nếu không có vật cản nào trong khoảng rãnh thì sẽ cho phép ánh sáng từ LED truyền đến transistor thu. 

Tuy nhiên, nếu có vật thể nằm trong rãnh, thì lúc này ánh sáng sẽ bị chặn lại. Do đó, thường opto rãnh sẽ được sử dụng để phát hiện đầu cuối dải băng, chuyển mạch giới hạn hoặc phát hiện mức chất lỏng.

Opto phản xạ 

Opto phản xạ là một loại linh kiện quang học trong đó LED và transistor quang được đặt cùng phía bên trong. Việc truyền tín hiệu giữa LED phát và transistor thu trong bộ cách ly quang phản xạ dựa trên nguyên tắc phản xạ ánh sáng thông qua vật thể phản chiếu, giống như lớp sơn kim loại, sương mù hoặc khói. Opto phản xạ thường được sử dụng để phát hiện vị trí dải băng, đo tốc độ hoặc phát hiện khói và sương mù, và còn nhiều ứng dụng khác nữa.

Ứng dụng Opto trong các lĩnh vực hiện nay 

Linh kiện quang điện tử opto được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau: 

Ứng dụng trong hệ thống công nghiệp

Trong công nghiệp, opto được sử dụng như một bộ chuyển đổi tín hiệu điện giúp truyền tải giữa các thiết bị điện cao áp với các mạch điện áp thấp. Ngoài ra, linh kiện này còn cung cấp cách ly điện giữa hai mạch, giúp đảm bảo tín hiệu được truyền từ mạch cao áp sang mạch thấp áp mà không gây ra nhiễu hay ảnh hưởng đến các thành phần khác. 

Ứng dụng trong việc cách ly mạch

Trong một số trường hợp, các mạch điện trong hệ thống cần được cách ly hoàn toàn để đảm bảo an toàn và tránh nhiễu. Optocoupler được sử dụng để tạo ra sự cách ly giữa các mạch để ngăn cản sự truyền dẫn của dòng điện và điện áp giữa hai mạch. Việc cách ly này đảm bảo rằng sự cố xảy ra trong một mạch không ảnh hưởng đến mạch khác và giảm thiểu rủi ro về điện áp và nhiễu.

Ứng dụng trong mạch điện tử triac và SCR

Opto được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử triac và SCR để cách ly các thành phần và bảo vệ chúng khỏi nhiễu lẫn nhau khi dòng điện được cấp cho các thiết bị điện tử, đồng thời đảm bảo an toàn và bảo vệ các linh kiện quan trọng trong quá trình hoạt động của triac hoặc SCR.

Bên cạnh chức năng cách ly, thì optocoupler cũng đảm nhận vai trò là bảo vệ các linh kiện quan trọng trong mạch. Khi triac hoặc SCR hoạt động, có thể sẽ xảy ra những sự cố ngoài ý muốn như dao động, tăng áp đột ngột hoặc nhiễu điện từ. Lúc này, optocoupler giúp giới hạn và điều chỉnh dòng điện và điện áp đi vào các linh kiện quan trọng, ngăn chặn các sự cố và bảo vệ chúng khỏi những tác động không mong muốn.

Trên đây là những kiến thức cơ bản về định nghĩa, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ cách ly quang opto mà LED HD cung cấp cho bạn đọc. Hy vọng sau bài viết này sẽ bạn đọc hiểu rõ hơn về linh kiện quang điện tử này. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các sản phẩm màn hình LED bên chúng tôi thì có thể liên hệ đến số hotline 0968 10 03 03 – 0868.009.008 để được tư vấn nhé!