หน่วยที่ 8 เรื่อง ออปโต้คัปเลอร์

อปุ กรณ์โฟโต้ : Photo Device และ อปุ กรณ์ออปโต้คปั เปลอร์ : Opto Coupler Device

อปุ กรณ์โฟโต้ : Photo Device เป็ นอปุ กรณ์สารกงึ่ ตวั นาไวแสง มีหลายชนิด อาทเิ ช่น โฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ โฟโต้ดาร์ลงิ ตนั ทรานซิสเตอร์ โดยมหี ลกั การทางานคือ เม่ือได้รับแสงหรือมีแสงมาตกกระทบ จะทาให้ค่าควา ต้านทานภายในลดลง กระแสไฟฟ้าจึงสามารถไหลผ่านได้ แต่ ปริมาณกระแสจะมีน้อยมากเมื่อเทียบกบั ปริมาณแสง

โฟโต้ไดโอด : Photo Diode K NK PA A โครงสร้าง สัญลกั ษณ์ โครงสร้างของโฟโต้ไดโอด ประกอบด้วยสารกงึ่ ตัวนาพี (P) กบั เอน็ (N) โดยรอยต่อ จะถูกห่อหุ้มด้วยวสั ดุทแ่ี สงสามารถผ่านได้ เช่น กระจกใส

การทางานของโฟโต้ไดโอด KR + A เมื่อโฟโต้ไดโอด ได้รับไบอสั กลบั (Reverse Bias) ด้วย แรงดนั ค่าหนึ่งและ มีแสงมาตกกระทบทบี่ ริเวณรอยต่อ ซึ่งมี ความยาวคลื่นหรือแลมด้าทเี่ หมาะสม จะทาให้มีกระแสไฟฟ้า ไหลผ่านในวงจร เมื่อโฟโต้ไดโอด ได้รับไบอสั ตรง (Forword Bias) จะ ทางานเหมือนกบั ไดโอดธรรมดาและมีกระแสไหลผ่านในวงจร

แบบของโฟโต้ไดโอด สามารถแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ 1.แบบทต่ี อบสนองต่อแสงท่สี ามารถมองเห็นได้ 2.แบบทต่ี อบสนองต่อแสงในย่านอนิ ฟาเรด โฟโต้ไดโอด มกี ารเปลย่ี นแปลงความต้านทานต่อแสงเร็ว กว่าแอลดอี าร์ (LDR) มาก จงึ นิยมนาไปใช้ในวงจรทต่ี ้องการ ความเร็วสูง อาทเิ ช่น เคร่ืองนับส่ิงของ ตวั รับรีโมทคอนโทรล วงจรกนั ขโมยอนิ ฟาเรด กระแสไฟฟ้าทไี่ หลผ่าน มกี ารเปลยี่ นแปลงต่อแสงตา่ อยู่ ในช่วง 1-10 uA ดงั น้ัน จงึ ต้องใช้ตัวขยายกระแสเพมิ่ เตมิ

โฟโต้ทรานซิสเตอร์ : Photo Transistor โครงสร้าง ประกอบด้วยโฟโต้ไดโอด ซึ่งจะต่อระหว่าง ขาเบสกบั คอลเลค็ เตอร์ของทรานซิสเตอร์ CC N B BPB N E EE โครงสร้าง วงจรสมมูล สัญลกั ษณ์

การทางานของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ C IP B IB E IE จะต้องไบอสั ตรงที่ขา B กบั ขา E ส่วนท่ีขา C กบั ขา B จะต้องต่อไบอสั กลบั เมื่อมแี สงมาตกกระทบทโ่ี ฟโต้ไดโอด ทาให้เกดิ กระแส IP ไหลผ่านโฟโต้ รวมกบั กระแสเบส IB และ จะถูกขยายด้วยอตั ราขยายของทรานซิสเตอร์(hfe) เป็ นกระแส อมิ ิตเตอร์ IE

โฟโต้ดาร์ริงตนั ทรานซิสเตอร์ : Photo Darington Transistor โครงสร้าง ประกอบด้วยโฟโต้ทรานซิสเตอร 2 ตวั ต่อใน ลกั ษณะดาร์ริงตัน คือขา E ของ TR1 ต่อกบั ขา B ของ TR2 C NC P N B N P B NE E โครงสร้าง สัญลกั ษณ์ ข้อดขี องการต่อวงจรแบบดาร์ริงตัน คืออตั ราขยายจะเพมิ่ สูงขนึ้

แอล.ด.ี อาร์. : LDR ไลท์ ดเี พนเดนท์ รีซิสเตอร์ : Light Dependent Resister เป็ นตัวต้านทานที่เปลยี่ นค่าตามแสง หรือเรีย ตัวต้านทานไวแสง มีค่าความต้านทานทเี่ ปลย่ี นแปลงอยู่ในช่วง 100 โอห์ม จนถงึ 2 มกกะโอห์ม สัญลกั ษณ์ รูปร่าง โครงสร้าง ทาด้วยสารกงึ่ ตวั นา แคดเมยี มซัลไฟด์

การทางานของแอล.ด.ี อาร์. ขณะแอล.ด.ี อาร์. ยงั ไม่ได้รับแสง ค่าความต้านทานจ สูงมาก แต่เมื่อแอล.ด.ี อาร์. มแี สงมาตกกระทบ จะทาให้ค่า ความต้านทานลดลง การนาไปใช้งาน นิยมนาไปใช้เป็ นวงจรเปิ ด-ปิ ดทีท่ างานด้วยแสง

กราฟคุณสมบตั ขิ องแอล.ด.ี อาร์. แสดงความสัมพนั ธ์ระหว่างความเข้มของแสงกบั ค่าความต้านทาน คา่ ความตา้ นทาน ความเขม้ แสงเพิม่ ข้ึน เสน้ อา้ งอิง เวลา ความเขม้ แสงลดลง เมื่อแอล.ด.ี อาร์. ได้รับแสงเพม่ิ ขนึ้ ค่าความต้านทานจะลด ลงตา่ กว่าเส้นอ้างองิ และจะค่อยๆ เพม่ิ ขนึ้ เม่ือความเข้มของแสงลดลง ค่าความต้านทานจะเพมิ่ ขนึ้ เหนือกว่าเส้นอ้างองิ และลดลงมา

ออปโต้คปั เปลอร์ : Opto Coupler หรือ อุปกรณ์เช่ือมต่อทางแสง เป็ นอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ ทใ่ี ช้การเชื่อมต่อกนั ทางแส โดยใช้หลกั การเปลย่ี นสัญญาณไฟฟ้าเป็ นแสง และเปลย่ี นกลบั จากแสงเป็ นสัญญาณไฟฟ้าตามเดมิ ใช้สาหรับการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง 2 วงจร ทีแ่ ย กนั ทางไฟฟ้า เพ่ือป้องกนั การรบกวน

ส่วนอนิ พทุ ส่ วนเอ้าท์ พทุ โครงสร้างของออปโต้คปั เปลอร์ ประกอบด้วยอปุ กรณ์สารกงึ่ ตวั นา 2 ส่วน คือส่วนอนิ พทุ กบั ส่วนเอ้าท์พทุ ทแี่ ยกออกจากกนั ซึ่งอยู่ภายในตวั ถงั ไอซี เดยี วกนั มขี าใช้งาน 6 ขา ส่วนอนิ พทุ จะเป็ นแอลอดี อี นิ ฟาเรด ส่วนเอ้าท์พทุ จะเป็ นอปุ กรณ์โฟโต้ต่างๆ

สัญลกั ษณ์ของออปโต้คปั เปลอร์ ออปโต้ทรานซิสเตอร์ ออปโต้ไดโอด ออปโต้ไทรแอค ออปโต้ไดแอค

การวดั และทดสอบออปโต้ทรานซิสเตอร์ +R + ด้านอนิ พทุ ใช้มิเตอร์ ต้งั ย่าน Rx10k ทาการวดั 2 คร้ัง ผลการวดั เขม็ จะขนึ้ (ค.ต.ท. ตา่ ) 1 คร้ัง และเขม็ จะไม่ขนึ้ (ค.ต.ท. สูง) 1 คร้ัง ถ้าขนึ้ 2 คร้ัง แสดงว่าช็อท (Short)

ด้านเอ้าท์พทุ ต้องจ่ายไบอสั ตรงทางด้านอนิ พทุ โดยผ่านตวั ต้านทาน และใช้มเิ ตอร์ ต้งั ย่าน Rx10k โดยสายดา (ไฟบวก) จบั ทข่ี า คอลเลค็ เตอร์ ส่วนสายแดง (ไฟลบ) จบั ทขี่ าอมิ ิตเตอร์ * ผลการวดั คือเขม็ มเิ ตอร์จะขนึ้ (ค.ต.ท. ตา่ ) ถ้าเขม็ ไม่ขนึ้ (ค.ต.ท. สูง) แสดงว่าเสีย * เมื่อปลดไบอสั ทางด้านอนิ พทุ เขม็ จะลงกลบั ทเี่ ดมิ (ค.ต.ท. เป็ นอนิ ฟิ นิตี)้