Opto là gì? Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách đo kiểm tra

Trong một thiết bị điện tử, không thế thiếu một loại linh kiện quan trọng có tên opto. Vậy opto là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của opto như thế nào? Cách kiểm tra opto quang cũng như cách đo opto quang ra sao? Nếu bạn cũng đang tìm hiểu về loại linh kiện này thì đừng bỏ qua thông tin của bài viết hôm nay nhé!

Opto là gì?

Opto (optocoupler) được gọi là bộ opto cách ly quang hay opto quang. Opto là một linh kiện quang điện tử có chức năng truyền tín hiệu điều khiển giữa hai mạch hoạt động ở mức điện áp khác nhau bằng cách sử dụng ánh sáng. Việc các mạch điện tử của bán dẫn bị cách ly bằng ghép quang học sẽ giúp hệ thống thu nhận tín hiệu có thể ngăn chặn được điện áp xâm nhập vào bên trong. Thông thường mức điện áp có thể ngăn chặn lên tới  10KV.

Hiểu một cách đơn giản, opto quang là sự cách ly giữa điểm đầu vào và đầu ra của  thiết bị. Đặc biệt, opto quang sẽ cho phép các tín hiệu ở mức nhỏ có thể điều khiển được dòng điện và điện áp xoay chiều ở mức lớn hơn. Ở đây sẽ có hai khái niệm bạn cần nắm là bộ ghép quang và bộ cách ly. Yếu tố để phân biệt giữa hai bộ này chính là sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu vào và đầu ra.

– Bộ ghép quang (Opto-coupler): là bán dẫn được dùng để truyền tải thông tin kỹ thuật giữa các mạch với điện thế cách ly lên tới 5000V.

– Bộ cách ly quang (Opto-isolator): sử dụng trong các hệ thống điện và dùng để truyền tải thông tin kỹ thuật giữa các mạch với mức điện thế cách ly là 5000V.

Cấu tạo của opto như thế nào?

Hiểu được opto là gì rồi, vậy bạn cũng cần biết cấu tạo opto quang gồm hai bộ phận chính:

– Phần phát ánh sáng: đây là một diode phát quang (LED – Light Emitting Diode). Bộ phận này nằm ở phía đầu vào, có nhiệm vụ là lấy tín hiệu đến sau đó chuyển tín hiệu này thành tín hiệu ánh sáng.

– Phần nhận ánh sáng: đây là linh kiện dò/phát hiện ánh sáng nằm trong bộ ghép quang. Bộ phận này có nhiệm vụ phát hiện/nhận ánh sáng từ phần phát, sau đó chuyển nó thành tín hiệu điện. Linh kiện này có thể là một photodiode, transistor quang, quang trở, SCR quang hoặc TRIAC quang.

Cả phần phát và phần nhận ánh sáng đều được đặt nằm bên trong một vỏ bọc kín. Chúng được điều chỉnh để phù hợp với nhau. Từ đó tạo các bước sóng phù hợp để đạt được sự ghép nối tối đa.

Ngoài bộ phát và bộ dò ánh sáng, bộ ghép quang còn có thể chứa các mạch điện khác. Ví dụ như điện trở nối tiếp với đèn Led, bộ khuếch đại đầu ra.

Nguyên lý làm việc của opto là gì?

Nguyên lý làm việc của opto được đánh giá khá đơn giản. Khi một dòng điện nhỏ đi qua hai đầu của đèn Led có trong opto. Nó sẽ làm cho đèn phát sáng. Khi đèn phát sáng sẽ kết nối hai cực của phototransistor hay photodiode 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 đủ 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 có được dùng nhưng không nhiều.

Ứng dụng của opto là gì?

Vậy các loại linh kiện opto này có ứng dụng như thế nào trong các hệ thống thiết bị điện?

– Opto được dùng trong các hệ thống công nghiệp: Để làm thành bộ chuyển đổi các tín hiệu điện giữa thiết bị có điện áp cao với các mạch điện áp thấp.

– Opto được dùng trong các hệ thống mà mạch điện cần phải được ngăn cách với nhau. Việc cách ly dòng điện và điện áp giữa hai mạch để ngăn nhiễu đảm bảo việc truyền từ mạch này sang mạch kia không bị ảnh hưởng.

– Opto được sử dụng phổ biến trong các mạch điện tử triac và triac. Với opto sẽ giúp ngăn cách để giảm nhiễu khi dòng điện cấp cho các thiết bị điện tử và bảo vệ khi SCR hoặc TRIAC bị hỏng.

Phân loại linh kiện opto

Trên thị trường hiện nay, các opto đang có hai dòng chính là opto rãnh và opto phản xạ. Mỗi loại opto sẽ có những đặc trưng khác nhau.

Đặc điểm của Opto rãnh – Opto là gì 

Đây là loại opto được thiết kế với một rãnh (hoặc khoảng trống) ở giữa đèn Led phát sáng và transistor quang thu. Thông thường, khi không có vật cản, ánh sáng Led phát ra sẽ truyền đến transistor thu. Nhưng nếu có vật thể nằm trong rãnh này, ánh sáng sẽ bị chặn lại.

Ứng dụng của opto rãnh: sử dụng trong các thiết bị như: đầu cuối dải băng, chuyển mạch giới hạn, phát hiện mức chất lỏng…

Đặc điểm của opto phản xạ

Đây là loại loại opto có led và transistor quang sẽ được bố trị ở cùng phía, có mặt hướng ra bên ngoài. Việc truyền tin giữa đèn Led và transistor thu sẽ theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng qua vật thể phản chiếu ở phía ngoài. Có khoảng cách phù hợp với Led và transistor quang.

Ứng dụng của opto phản xạ: được dùng cho các thiết bị như: phát hiện vị trí dải băng, đo tốc độ, phát hiện khói, phát hiện sương mù…

Hướng dẫn cách đo kiểm tra opto quang

Khi opto gặp sự cố hỏng hóc cũng là lúc bạn cần biết cách kiểm tra opto quang để xác định opto còn sống hay chết. Từ đó, bạn có thể dễ dàng xác định được lỗi hỏng hóc để sửa hoặc thay linh kiện mới.

Đầu tiên, chọn ra một opto quang được sử dụng nhiều nhất, ví dụ PC123 – 4 chân để kiểm tra. Các bước làm sẽ thực hiện ngay trong lúc opto đang làm việc. Thao tác đo và kiểm tra opto như sau:

Bước 1: Kiểm tra đèn Led

Tiến hành xác định chân cực dương và cực âm của bộ phận đèn led phát sáng. Sau đó, bạn lấy ôm kế chọn vào thang đo X1Ω. Kết nối que đo chính xác vào cực âm và cực dương của opto. Bạn đọc kết quả hiển thị trên màn hình:

– Nếu có hiển thị giá trị điện trở và khi đổi chiều kim đồng hồ vẫn không tăng lên. Chứng tỏ đèn Led của opto quang hoạt động bình thường.

– Nếu có hiển thị giá trị điện trở nhưng khi đổi chiều kiểm tra sang một chân khác của đèn LED thì lại không có giá trị. Chứng tỏ đèn Led của opto đã bị hỏng hóc và cần đổi một opto mới.

Bước 2: Kiểm tra transistor quang

Sau khi biết đèn Led vân hoạt động tốt, ta chuyển qua kiểm tra transistor quang. Bạn sử dụng ôm kế để đo giữa chân 3 và chân 4.

– Nếu đồng hồ đo hiển thị kết quả với mức điện trở cao. Chứng tỏ transistor quang vẫn đang hoạt động tốt

– Nếu đồng hồ không đo được thì nguyên nhân là do các transistor quang có điện trở cao. Lúc này, bạn có thể mắc nối tiếp hai ôm kế để tăng giá trị thang đo.

Nếu như bạn không có đủ hai ôm kế thì có thể sử dụng phương pháp thực kiểm để kiểm tra opto

Phương pháp thực nghiệm kiểm tra opto là gì?

Cách đo opto quang theo phương pháp thực nghiệm như sau

Bước 1: Điều chỉnh Ôm kế về thang đo X1KΩ hoặc X10KΩ. Sau đó, chạm các đầu đo của máy đo với emitter và collector (3 và 4). Trong đó, que đỏ nối với chân Collector (4) và que đen nối với Emitter (3).

Bước 2: Mắc nối tiếp một điện trở khoảng 300Ω với cực dương của đèn LED.

Bước 3: Bật nguồn điện và tăng điện áp từ 0 đến 3 volt. Trên Ôm kế sẽ hiển thị giá trị điện trở đầu ra giảm khi điện áp đầu vào tăng và ngược lại.

Thiết bị giúp đo và kiểm tra opto là gì?

Muốn kiểm tra linh kiện opto còn sống hay chết, bạn phải sử dụng ôm kế hoặc đồng hồ vạn năng để đo điện trở của opto. Ôm kế là dụng cụ đo điện trở đã quá phổ biến. Còn đồng hồ vạn năng hiện đại, trang bị nhiều chức năng. Trong đó có khả năng đo điện trở đơn giản, cho kết quả đo nhanh chóng và chính xác. Bạn sẽ dễ dàng đo và kiểm tra opto quang sống hay chết bằng một trong các đồng hồ vạn năng: Kyoritsu 1009, Kyoritsu 1021R, Kyoritsu 1109S, hoặc Hioki DT4256, Hioki DT4281, Hioki 3030-10…

Trên đây là các thông tin về Opto là gì? Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách đo kiểm tra opto quang. Hy vọng bài viết này đã mang đến những thông tin hữu ích về linh kiện bán dẫn này. Qua đó, bạn có thể sử dụng hay đo opto quang đơn giản, nhanh chóng và chính xác. Nếu bạn có nhu cầu sử dụng đồng hồ vạn năng cũng như các thiết bị đo điện chuyên dụng khác. Hãy liên hệ với TKTech để được tư vấn tận tình và mua hàng chính hãng với giá tốt nhé!