Opto (optocoupler) còn 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.

Cấu tạo của Opto Quang

Opto quang bao gồm hai thành phần chính:

Phần Phát Ánh Sáng

• Điốt phát quang (LED): Đây là bộ phận nằm ở đầu vào, có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng. Khi có dòng điện chạy qua, LED phát ra ánh sáng.

Phần Nhận Ánh Sáng

• Linh kiện dò/Phát hiện ánh sáng: Bộ phận này nhận ánh sáng từ LED và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện. Các linh kiện có thể bao gồm:
  • Photodiode: Chuyển đổi ánh sáng thành điện.
  • Transistor Quang: Tăng cường tín hiệu điện từ ánh sáng.
  • Quang Trở: Biến đổi điện trở theo cường độ ánh sáng.
  • SCR Quang hoặc TRIAC: Sử dụng trong các ứng dụng điều khiển công suất.

Nguyên lý hoạt động:

Khi một dòng điện nhỏ đi qua hai đầu của đèn Led có trong opto sẽ làm đèn phát sáng. Khi đèn phát sáng sẽ kết nối hai cực của photo transistor hay photo diode 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 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 không được sử dụng nhiều.

Phân loại Opto Quang phổ biến hiện nay

Trên thị trường hiện nay, chúng ta thường gặp hai loại opto quang chính:

Opto Rãnh

• Cấu tạo: Opto rãnh có thiết kế với một rãnh ngăn cách giữa đèn LED phát sáng và transistor nhận tín hiệu.
• Nguyên lý hoạt động: Khi không có vật thể nào đặt giữa rãnh, ánh sáng từ LED sẽ truyền đến transistor. Ngược lại, nếu có vật thể chắn giữa, ánh sáng sẽ không tới được transistor.
• Ứng dụng:
  • Sử dụng trong các dải băng
  • Chuyển mạch giới hạn
  • Phát hiện mức chất lỏng

Opto Phản Xạ

• Cấu tạo: Trong loại opto này, LED và transistor quang được bố trí ở cùng một phía và hướng ra bên ngoài.
• Nguyên lý hoạt động: Khi LED phát sáng, transistor sẽ nhận tín hiệu qua việc phản xạ ánh sáng từ các vật thể như lớp sương, khói hoặc lớp sơn.
• Ứng dụng:
  • Phát hiện vật thể
  • Các ứng dụng trong môi trường có chất cản trở ánh sáng

Ứng dụng của Opto

Chuyển đổi tín hiệu:

• Opto được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu điện giữa các thiết bị có điện áp cao và mạch điện áp thấp. Điều này giúp bảo vệ các mạch nhạy cảm khỏi điện áp cao.

Cách ly mạch:

• Trong nhiều hệ thống, việc cách ly dòng điện và điện áp giữa các mạch là cần thiết để ngăn chặn nhiễu. Opto giúp đảm bảo rằng tín hiệu được truyền từ mạch này sang mạch kia mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài.

Bảo vệ thiết bị:

• Opto được sử dụng trong các mạch điện tử liên quan đến SCR (Silicon Controlled Rectifier) và TRIAC (Triode for Alternating Current). Chúng giúp ngăn cách và giảm thiểu nhiễu khi dòng điện cấp cho các thiết bị điện tử, đồng thời bảo vệ các linh kiện như SCR hoặc TRIAC khỏi hỏng hóc.

Ứng dụng trong tự động hóa:

• Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, opto giúp truyền tín hiệu giữa các cảm biến và bộ điều khiển mà không cần kết nối trực tiếp, tăng cường độ tin cậy và an toàn.

Giao tiếp dữ liệu:

• Opto còn được sử dụng trong các ứng dụng giao tiếp dữ liệu, nơi cần cách ly giữa các thiết bị để bảo vệ thông tin và ngăn chặn nhiễu tín hiệu.