फोटोकप्लर म्हणजे काय, त्याची निवड आणि वापर कसा करावा?

ऑप्टिकल सिग्नलचा माध्यम म्हणून वापर करून सर्किट्सना जोडणारे ऑप्टोकपलर्स, त्यांच्या उच्च बहुउपयोगिता आणि विश्वासार्हतेमुळे, जसे की टिकाऊपणा आणि इन्सुलेशन, ध्वनिशास्त्र, वैद्यकशास्त्र आणि उद्योग यांसारख्या उच्च अचूकता अपरिहार्य असलेल्या क्षेत्रांमध्ये सक्रिय घटक आहेत.

पण ऑप्टोकपलर केव्हा आणि कोणत्या परिस्थितीत काम करतो, आणि त्यामागील तत्त्व काय आहे? किंवा जेव्हा तुम्ही तुमच्या स्वतःच्या इलेक्ट्रॉनिक्स कामात फोटोकपलरचा प्रत्यक्ष वापर करता, तेव्हा त्याची निवड कशी करावी आणि तो कसा वापरावा हे तुम्हाला कदाचित माहीत नसेल. कारण ऑप्टोकपलर आणि 'फोटोट्रान्झिस्टर' व 'फोटोडायोड' यांच्यात अनेकदा गफलत होते. त्यामुळे, या लेखात फोटोकपलर म्हणजे काय याची ओळख करून दिली जाईल.
फोटोकप्लर म्हणजे काय?

ऑप्टोकपलर हा एक इलेक्ट्रॉनिक घटक आहे, ज्याचे मूळ प्रकाशीय आहे.

कपलर, ज्याचा अर्थ "प्रकाशाद्वारे जोडणी" असा होतो. याला कधीकधी ऑप्टोकपलर, ऑप्टिकल आयसोलेटर, ऑप्टिकल इन्सुलेशन इत्यादी नावांनीही ओळखले जाते. यात प्रकाश उत्सर्जक घटक आणि प्रकाश ग्रहण करणारा घटक असतो, आणि हे ऑप्टिकल सिग्नलद्वारे इनपुट बाजूच्या सर्किटला आउटपुट बाजूच्या सर्किटशी जोडते. या सर्किट्समध्ये कोणतेही विद्युत कनेक्शन नसते, दुसऱ्या शब्दांत, ते इन्सुलेशनच्या स्थितीत असतात. त्यामुळे, इनपुट आणि आउटपुटमधील सर्किट कनेक्शन वेगळे असते आणि केवळ सिग्नल प्रसारित केला जातो. इनपुट आणि आउटपुटमध्ये उच्च व्होल्टेज इन्सुलेशनद्वारे, लक्षणीयरीत्या भिन्न इनपुट आणि आउटपुट व्होल्टेज पातळी असलेल्या सर्किट्सना सुरक्षितपणे जोडले जाते.

याव्यतिरिक्त, हा प्रकाश सिग्नल प्रसारित करून किंवा रोखून, ते एका स्विचप्रमाणे कार्य करते. याचे सविस्तर तत्त्व आणि कार्यप्रणाली नंतर स्पष्ट केली जाईल, परंतु फोटोकप्लरचा प्रकाश उत्सर्जित करणारा घटक हा एक LED (प्रकाश उत्सर्जक डायोड) असतो.

१९६० च्या दशकापासून ते १९७० च्या दशकापर्यंत, जेव्हा एलईडीचा शोध लागला आणि त्यात लक्षणीय तांत्रिक प्रगती झाली,ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सभरभराट झाली. त्या वेळी, विविधऑप्टिकल उपकरणेशोध लागले, आणि फोटोइलेक्ट्रिक कपलर त्यापैकीच एक होता. त्यानंतर, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आपल्या जीवनात झपाट्याने शिरले.

① तत्त्व/कार्यप्रणाली

ऑप्टोकपलरचे तत्त्व असे आहे की, प्रकाश-उत्सर्जक घटक इनपुट विद्युत सिग्नलचे प्रकाशात रूपांतर करतो आणि प्रकाश-ग्रहण करणारा घटक तो प्रकाश विद्युत सिग्नल परत आउटपुट बाजूच्या सर्किटला पाठवतो. प्रकाश-उत्सर्जक घटक आणि प्रकाश-ग्रहण करणारा घटक हे बाह्य प्रकाशाच्या ब्लॉकच्या आत असतात आणि प्रकाश प्रसारित करण्यासाठी ते दोन्ही एकमेकांसमोर असतात.

प्रकाश-उत्सर्जक घटकांमध्ये वापरला जाणारा सेमीकंडक्टर म्हणजे एलईडी (प्रकाश-उत्सर्जक डायोड) होय. दुसरीकडे, प्रकाश-ग्रहण करणाऱ्या उपकरणांमध्ये वापरण्याचे वातावरण, बाह्य आकार, किंमत इत्यादींवर अवलंबून अनेक प्रकारचे सेमीकंडक्टर वापरले जातात, परंतु सामान्यतः सर्वात जास्त वापरला जाणारा फोटोट्रान्झिस्टर आहे.

जेव्हा कार्यरत नसतात, तेव्हा फोटोट्रान्झिस्टरमधून सामान्य सेमीकंडक्टरच्या तुलनेत खूप कमी विद्युत प्रवाह वाहतो. जेव्हा त्यावर प्रकाश पडतो, तेव्हा फोटोट्रान्झिस्टर पी-टाइप सेमीकंडक्टर आणि एन-टाइप सेमीकंडक्टरच्या पृष्ठभागावर एक फोटोइलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स निर्माण करतो, ज्यामुळे एन-टाइप सेमीकंडक्टरमधील होल्स पी-रिजनमध्ये जातात, पी-रिजनमधील मुक्त इलेक्ट्रॉन एन-रिजनमध्ये जातात आणि विद्युत प्रवाह वाहू लागतो.

फोटोट्रान्झिस्टर हे फोटोडायोडइतके प्रतिसादक्षम नसतात, परंतु त्यांच्यातील अंतर्गत विद्युत क्षेत्रामुळे ते इनपुट सिग्नलच्या शेकडो ते १००० पटींनी आउटपुट वाढवतात. त्यामुळे, ते अगदी क्षीण सिग्नलसुद्धा पकडण्याइतके संवेदनशील असतात, हा एक फायदा आहे.

खरं तर, आपल्याला दिसणारा 'लाइट ब्लॉकर' हे त्याच तत्त्व आणि कार्यप्रणालीवर चालणारे एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण आहे.

तथापि, प्रकाश अवरोधक सामान्यतः सेन्सर म्हणून वापरले जातात आणि प्रकाश-उत्सर्जक घटक व प्रकाश-ग्रहण करणारा घटक यांच्यामधून प्रकाश-अवरोधक वस्तू पार करून आपली भूमिका बजावतात. उदाहरणार्थ, याचा उपयोग व्हेंडिंग मशीन आणि एटीएममध्ये नाणी व नोटा ओळखण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

② वैशिष्ट्ये

ऑप्टोकपलर प्रकाशाद्वारे सिग्नल प्रसारित करत असल्यामुळे, इनपुट बाजू आणि आउटपुट बाजूमधील इन्सुलेशन हे एक प्रमुख वैशिष्ट्य आहे. उच्च इन्सुलेशनवर नॉईजचा सहज परिणाम होत नाही, तसेच ते लगतच्या सर्किट्समधील अपघाती विद्युत प्रवाह रोखते, जे सुरक्षिततेच्या दृष्टीने अत्यंत प्रभावी आहे. आणि त्याची रचना स्वतःच तुलनेने सोपी आणि तर्कसंगत आहे.

त्याच्या दीर्घ इतिहासामुळे, विविध उत्पादकांची समृद्ध उत्पादन श्रेणी हा देखील ऑप्टोकपलरचा एक अद्वितीय फायदा आहे. कोणताही प्रत्यक्ष संपर्क नसल्यामुळे, भागांमधील झीज कमी होते आणि आयुष्य जास्त असते. दुसरीकडे, प्रकाशमान कार्यक्षमतेत सहज चढ-उतार होणे हे वैशिष्ट्य देखील आहे, कारण काळ आणि तापमानातील बदलांमुळे एलईडी हळूहळू खराब होतो.

विशेषतः जेव्हा पारदर्शक प्लास्टिकचे अंतर्गत घटक दीर्घकाळानंतर धूसर होतात, तेव्हा त्यातून प्रकाश फारसा चांगला येत नाही. तथापि, कोणत्याही परिस्थितीत, यांत्रिक संपर्काच्या तुलनेत त्याचे आयुष्य खूप जास्त असते.

फोटोट्रान्झिस्टर सामान्यतः फोटोडायोडपेक्षा कमी वेगवान असतात, त्यामुळे त्यांचा वापर उच्च-गती संप्रेषणासाठी केला जात नाही. तथापि, हा तोटा नाही, कारण काही घटकांमध्ये वेग वाढवण्यासाठी आउटपुट बाजूला प्रवर्धन सर्किट्स असतात. खरे तर, सर्वच इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्सना वेग वाढवण्याची गरज नसते.

③ वापर

फोटोइलेक्ट्रिक कपलरयांचा उपयोग प्रामुख्याने स्विचिंग ऑपरेशनसाठी केला जातो. स्विच चालू केल्यावर सर्किटला ऊर्जा मिळते, परंतु वरील वैशिष्ट्यांमुळे, विशेषतः इन्सुलेशन आणि दीर्घायुष्यामुळे, हे उच्च विश्वसनीयता आवश्यक असलेल्या परिस्थितींसाठी अत्यंत योग्य आहे. उदाहरणार्थ, नॉईज हा वैद्यकीय इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑडिओ उपकरणे/कम्युनिकेशन उपकरणांचा शत्रू आहे.

याचा उपयोग मोटर ड्राइव्ह सिस्टीममध्येही केला जातो. याचे कारण असे की, मोटर चालवताना तिचा वेग इन्व्हर्टरद्वारे नियंत्रित केला जातो, परंतु उच्च आउटपुटमुळे तो आवाज (नॉईज) निर्माण करतो. हा आवाज केवळ मोटरलाच निकामी करत नाही, तर 'ग्राउंड'मधून प्रवाहित होऊन इतर उपकरणांवरही परिणाम करतो. विशेषतः, लांब वायरिंग असलेली उपकरणे हा उच्च आउटपुट आवाज सहजपणे पकडतात, त्यामुळे जर असे कारखान्यात घडले, तर त्यामुळे मोठे नुकसान होते आणि काहीवेळा गंभीर अपघातही होऊ शकतात. स्विचिंगसाठी उच्च इन्सुलेशन असलेल्या ऑप्टोकपलरचा वापर करून, इतर सर्किट्स आणि उपकरणांवरील परिणाम कमी केला जाऊ शकतो.

दुसरे, ऑप्टोकपलरची निवड आणि वापर कसा करावा

उत्पादन डिझाइनमधील अनुप्रयोगासाठी योग्य ऑप्टोकपलरचा वापर कसा करावा? खालील मायक्रोकंट्रोलर डेव्हलपमेंट इंजिनिअर्स ऑप्टोकपलरची निवड आणि वापर कसा करावा हे स्पष्ट करतील.

① नेहमी उघडे आणि नेहमी बंद

फोटोकप्लरचे दोन प्रकार आहेत: एक प्रकार ज्यामध्ये व्होल्टेज लागू नसताना स्विच बंद (ऑफ) असतो, एक प्रकार ज्यामध्ये व्होल्टेज लागू केल्यावर स्विच चालू (ऑफ) होतो आणि एक प्रकार ज्यामध्ये व्होल्टेज नसताना स्विच चालू होतो आणि व्होल्टेज लागू केल्यावर बंद होतो.

पहिल्याला 'नॉर्मली ओपन' आणि दुसऱ्याला 'नॉर्मली क्लोज्ड' म्हणतात. निवड कशी करायची, हे सर्वप्रथम तुम्हाला कोणत्या प्रकारच्या सर्किटची आवश्यकता आहे यावर अवलंबून असते.

② आउटपुट करंट आणि लागू केलेले व्होल्टेज तपासा

फोटोकपलरमध्ये सिग्नल वाढवण्याचा गुणधर्म असतो, परंतु ते नेहमीच इच्छेनुसार व्होल्टेज आणि करंट प्रवाहित करत नाहीत. अर्थात, त्याचे रेटिंग ठरलेले असते, परंतु अपेक्षित आउटपुट करंटनुसार इनपुट बाजूकडून व्होल्टेज लावावे लागते.

जर आपण उत्पादनाची माहितीपत्रक (प्रोडक्ट डेटा शीट) पाहिले, तर आपल्याला एक तक्ता दिसेल ज्यामध्ये उभ्या अक्षावर आउटपुट करंट (कलेक्टर करंट) आणि आडव्या अक्षावर इनपुट व्होल्टेज (कलेक्टर-एमिटर व्होल्टेज) दर्शवलेला असतो. एलईडीच्या प्रकाशाच्या तीव्रतेनुसार कलेक्टर करंट बदलतो, म्हणून अपेक्षित आउटपुट करंटनुसार व्होल्टेज लावा.

तथापि, तुम्हाला असे वाटू शकते की येथे गणना केलेला आउटपुट करंट आश्चर्यकारकपणे कमी आहे. कालांतराने एलईडीची होणारी झीज विचारात घेतल्यानंतरही, हे करंटचे असे मूल्य आहे जे विश्वसनीयपणे आउटपुट केले जाऊ शकते, म्हणून ते कमाल रेटिंगपेक्षा कमी आहे.

याउलट, काही प्रकरणांमध्ये आउटपुट करंट जास्त नसतो. त्यामुळे, ऑप्टोकपलर निवडताना, “आउटपुट करंट” काळजीपूर्वक तपासा आणि त्याला जुळणारे उत्पादन निवडा.

③ कमाल प्रवाह

कमाल वहन प्रवाह म्हणजे प्रवाहाचे ते कमाल मूल्य आहे जे ऑप्टोकपलर वहन करताना सहन करू शकतो. पुन्हा, खरेदी करण्यापूर्वी प्रकल्पाला किती आउटपुटची आवश्यकता आहे आणि इनपुट व्होल्टेज काय आहे, हे आपल्याला माहीत असल्याची खात्री करणे आवश्यक आहे. याची खात्री करा की कमाल मूल्य आणि वापरला जाणारा प्रवाह या मर्यादा नाहीत, तर त्यात काही अतिरिक्त वाव (मार्जिन) आहे.

④ फोटोकप्लर योग्यरित्या सेट करा

योग्य ऑप्टोकपलर निवडल्यानंतर, चला त्याचा एका प्रत्यक्ष प्रोजेक्टमध्ये वापर करूया. याची स्थापना करणे सोपे आहे, फक्त प्रत्येक इनपुट साइड सर्किट आणि आउटपुट साइड सर्किटला जोडलेले टर्मिनल्स जोडा. तथापि, इनपुट साइड आणि आउटपुट साइडची दिशा चुकणार नाही याची काळजी घेतली पाहिजे. त्यामुळे, तुम्ही डेटा टेबलमधील चिन्हे देखील तपासली पाहिजेत, जेणेकरून पीसीबी बोर्ड काढल्यानंतर फोटोइलेक्ट्रिक कपलरचा फूट चुकीचा असल्याचे तुमच्या लक्षात येणार नाही.