Optoizolatör, fotokuplör veya optikal izolatör olarak da bilenen optokuplörler, birbiri ile optik bağlantılı ışın verici ve fotoalıcıdan oluşan, elektriksel bir bağlantı olmadan düşük gerilimlerle, yüksek gerilim ve akımları kontrol edebilen ve iki devrenin elektriksel olarak izolasyonunu (yalıtılmasını) sağlayan, bir devre elemanıdır.
Optokuplörlerin görevi, iki devreyi birbirinden fiziksel olarak ayırmak, yani elektriksel olarak yalıtmaktır. Örnek verecek olursak, 12 voltluk ve 220 voltluk gerilimin kullanıldığı devrelerde, bu gerilimleri ayrı tutmak için optokuplörler kullanılır. Böylece optokuplörler sayesinde, farklı akımlar aynı devrede birbirinden izole edilerek güvenli bir şekilde akar ve devre sorunsuz bir şekilde çalışır.
Özetleycek olursak;
Optokuplörler zayıf akım ve gerilim ile, arada elektriksel bağ bulunmadan, yüksek akım ve gerilimleri kontrol eder.
Optokuplör Çeşitleri
Kullandığı LED diyot ve sensöre göre birkaç optokuplör çeşitleri vardır:
Optokuplörler, devre çizimlerinde aşağıdaki sembol ile gösterilir:
Optokuplörün Kullanıldığı Alanlar
İki farklı devre arasında izolasyonu sağlamak için kullanılan optokuplörler, ses ve müzik endüstrisinde, beyin akımyazımında, bilgisayar ve telekomünikasyon teknolojisinde, otomasyon endüstrisinde ve daha birçok alanda kullanılır. Ayrıca doğru bir optokuplörü seçmek için maksimum işlem sıcaklığına, akım transfer oranlarına ve tiplerine bakılmalıdır.
UYGULAMALAR
İncelediğimiz devrede, 3V’luk bir kontrol sinyali ile, 24V gerilimde çalışan bir lambanın kontrolü yapılmak istenmiştir. Devrede S1 anahtarı kapatıldığında; R1 direnci üzerinden geçen akımla optokuplör içindeki LED enerjilenecek; böylece paket içerisindeki fototransistörün kollektör emiter uçları arası iletime geçecektir. Bu işlem sonucunda 24V’luk lamba ışık verecektir.
Bu uygulamada optokuplör kullanım sayesinde; devrenin 24V’luk kısmında oluşabilecek bir arıza durumunda, kontrol sinyalini sağlayan 3V gerilimli devre bundan etkilenmeyecektir. Çünkü aralarında bir elektriksel bağ bulunmamaktadır. Görüldüğü üzere 3V gibi düşük bir gerilimle alıcının kontrolü sağlanmıştır. Bu devrede optokuplör içindeki LEDin ışık vermesi sağlandığı sürece 24V’luk lambamız çalışabilecektir. 100 ohmluk öndirenç değeri değiştirilerek; 3V’dan daha düşük değerlerle de paket içerisindeki LED ışık verebilir. Böylece 3V’dan daha düşük değerler ile de 24V’luk lambanın kontrolü sağlanabilecektir.
Yukardaki devrede ise Arduino PWM çıkışları ile motor kontrol edilmektedir. Elektriksel izolasyonu sağlamak için ise TLP621 optokuplörü kullanılmıştır.
Yukardaki devrede ise PIC ile izolasyonlu ampul yakma devresi gösterilmiştir.
Optokuplörlerin görevi, iki devreyi birbirinden fiziksel olarak ayırmak, yani elektriksel olarak yalıtmaktır. Örnek verecek olursak, 12 voltluk ve 220 voltluk gerilimin kullanıldığı devrelerde, bu gerilimleri ayrı tutmak için optokuplörler kullanılır. Böylece optokuplörler sayesinde, farklı akımlar aynı devrede birbirinden izole edilerek güvenli bir şekilde akar ve devre sorunsuz bir şekilde çalışır.
Özetleycek olursak;
Optokuplörler zayıf akım ve gerilim ile, arada elektriksel bağ bulunmadan, yüksek akım ve gerilimleri kontrol eder.
Optokuplör Çeşitleri
Kullandığı LED diyot ve sensöre göre birkaç optokuplör çeşitleri vardır:
- Diyot Optokuplör: Infrared LED ışık ve silikon fotodiyot sensör kullanır. Hızı yüksektir.
- Dirençli Optokuplör: Doğrusal akkor teli lamba, neon lamba veya infrared LED kullanır. Sensör olarak CdS veya CdSe fotodirenç vardır. Hızı genellikle düşüktür.
- Transistör Optokuplör: Infrared LED kullanır. Sensör olarak çiftkutuplu silikon fototransistör veya Darlington tipi fototransistör kullanır. Ortalama bir hıza sahiptir.
- SCR Optokuplör: Infrared LED ve silikonlu doğrultucu sensör kullanır. Hızı yavaş ve orta arasıdır.
- Triak Optokuplör: Infrared LED kullanır. Sensör olarak TRIAC yani Alternatif Akım Triyodu kullanır. Hızı yavaş ve orta arasıdır.
- Katıhal Röle: Infrared LED kümesi ve sensör olarak fotodiyot kümesi kullanır. Hızı yavaştan hızlıya kadar çıkabilmektedir.
Optokuplörler, devre çizimlerinde aşağıdaki sembol ile gösterilir:
Optokuplörün Kullanıldığı Alanlar
İki farklı devre arasında izolasyonu sağlamak için kullanılan optokuplörler, ses ve müzik endüstrisinde, beyin akımyazımında, bilgisayar ve telekomünikasyon teknolojisinde, otomasyon endüstrisinde ve daha birçok alanda kullanılır. Ayrıca doğru bir optokuplörü seçmek için maksimum işlem sıcaklığına, akım transfer oranlarına ve tiplerine bakılmalıdır.
UYGULAMALAR
İncelediğimiz devrede, 3V’luk bir kontrol sinyali ile, 24V gerilimde çalışan bir lambanın kontrolü yapılmak istenmiştir. Devrede S1 anahtarı kapatıldığında; R1 direnci üzerinden geçen akımla optokuplör içindeki LED enerjilenecek; böylece paket içerisindeki fototransistörün kollektör emiter uçları arası iletime geçecektir. Bu işlem sonucunda 24V’luk lamba ışık verecektir.
Bu uygulamada optokuplör kullanım sayesinde; devrenin 24V’luk kısmında oluşabilecek bir arıza durumunda, kontrol sinyalini sağlayan 3V gerilimli devre bundan etkilenmeyecektir. Çünkü aralarında bir elektriksel bağ bulunmamaktadır. Görüldüğü üzere 3V gibi düşük bir gerilimle alıcının kontrolü sağlanmıştır. Bu devrede optokuplör içindeki LEDin ışık vermesi sağlandığı sürece 24V’luk lambamız çalışabilecektir. 100 ohmluk öndirenç değeri değiştirilerek; 3V’dan daha düşük değerlerle de paket içerisindeki LED ışık verebilir. Böylece 3V’dan daha düşük değerler ile de 24V’luk lambanın kontrolü sağlanabilecektir.
Yukardaki devrede ise Arduino PWM çıkışları ile motor kontrol edilmektedir. Elektriksel izolasyonu sağlamak için ise TLP621 optokuplörü kullanılmıştır.