Giáo trình môn quang điện tử - chương 7

Từ thông thường nhất cho linh kiện này là Opto-Couplers. Bộ ghép quang dùng để truyền đạt tín hiệu và đồng thời tạo sự cách điện giữa những mạch điện. Ngoài ra nó còn dùng tránh các vòng đất (ground circuit circuit terrestre) gây nhiễu trong mạch điện. Sự truyền đạt tín hiệu được thực hiện qua ánh sáng....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình môn quang điện tử - chương 7 Chương 5: Ghép quang và khuếch đại quang Chương 7 GHÉP QUANG VÀ KHUẾCH ĐẠI QUANG7.1. Ghép quang Bộ ghép quang còn gọi là Photo coupled isolator, Photo -couplers,Photo-coupled pairs và Optically Coupled pairs.Từ thông thường nhất cholinh kiện này là Opto-Couplers. Bộ ghép quang dùng để truyền đạt tín hiệu vàđồng thời tạo sự cách điện giữa những mạch điện. Ngoài ra nó còn dùng tránhcác vòng đất (ground circuit circuit terrestre) gây nhiễu trong mạch điện. Sựtruyền đạt tín hiệu được thực hiện qua ánh sáng.7.1.1. Cơ chế hoạt động Thông thường bộ ghép quang gồm 1 diot với vật liệu bán dẫn loại III/V(v.d.GaAs) phát ra tia hồng ngoại và 1 phototransitor với vật liệu silic.Vớidòng điện thuận, diot phát ra bức xạ hồng ngoại với chiều dài sóng khoảng650-950nm. Dòng điện thuận IF có cường độ khoảng 1-30mA. Hình 7.1. Opto-Couplers Năng lượng bức xạ này được chiếu lên trên bề mặt của phototransitor(face to face) hay chiếu gián tiếp qua một môi trường dẫn quang . Bộ ghépquang face to face thường được dùng nhất. 1 Chương 5: Ghép quang và khuếch đại quang Đầu tin tín hiệu được phần phát (LED hồng ngoại) trong bộ ghép quangbiến thành tín hiệu ánh sáng. Sau đó tín hiệu ánh sáng được phần nhận(photodiot, phototransitor, IC có tổ hợp diot) biến lại thành tín hiệu điện Hình 7.2. Nguyên lý làm việc của Opto-Couplers Tuỳ theo loại bộ ghép quang tần số truyền đạt tín hiệu có thể từ DC đến20MHz. Bộ ghép quang được 1 vỏ nhựa loại DIP (Dual -In-Line-Plastic) bảovệ. Vỏ nhựa này chắn sáng và cách điện. Phần phát và phần thu được ghépbằng 1 loại nhựa trong suốt và cách điện.7.1.2. Các tính chất quan trọng1. Tính cách điện Như đã nói bộ ghép quang thường được dùng để cách điện giữa 2 mạchđiện có điện thế cách biệt khá lớn. Bộ ghép quang có thể làm việc với dòngđiện 1 chiều hay tín hiệu điện có tần số khá cao. Đặc biệt với thể tích nhỏ bé,bộ ghép quang tỏ ra ưu việt hơn so với biến thế.2. Điện trở cách điện Đó là điện trở với dòng điện 1 chiều giữa ngõ vào và ngõ ra của bộghép quang. Nó có trị số bé nhất là 1011Ω, như thế đủ đáp ứng yêu cầu thôngthường . Như thế chúng ta cần chú ý, với dòng điện rò trong khoảng nA có thểảnh hưởng đến hoạt động của mạch điện, ví dụ khi dòng điện rò chạy vào cựcgốc của phototransitor còn để trống. Gặp trường hợp này ta có thể tạo nhữngkhe trống trên mạch in hay 1 đường mạch in nối với điện thế đất giữa ngõ ravà ngõ vào. Với bộ ghép quang ta cần có mạch in loại tốt.3. Điện dung ghép nối Sự miễn nhiễu tín hiệu đồng hành (common mode transient immunity) Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có phototransitor, LED, phần cơ. Giữacác phần tử này có thể tạo ra 1 điện dung từ 0.3…2pF. Điện dung này được đokhi chân ở ngõ vào cũng như chân ở ngõ ra được nối tắt. Với sự thay đổi caoáp khá nhanh (500V/µs – ví dụ do những xung điện nhiễu trong lưới điện)giữa ngõ ra và ngõ vào, điện dung ký sinh có thể truyền đi sự thay đổi này vàxung điện ở ngõ ra có những gai nhọn. Trong trường hợp này, nên sử dụng bộ 2 Chương 5: Ghép quang và khuếch đại quangghép quang không có chân nối với cực gốc, và giữa cực thu và cực phát nênnối 1 tụ điện để làm giảm gai nhiễu xung ra. Để không tạo thêm điện dung kýsinh , với bộ ghép quang ta không nên dùng chân đế cắm IC..Với trị số điệndung ghép nối cáng bé ta có sự miễn nhiễu đồng hành càng tốt.4. Điện thế cách ly: Điện thế cách ly là điện thế cao nhất giữa ngõ vào và ra mà bộ ghépquang có thể chịu đựng nổi. Điện thế cách ly còn tuỳ thuộc vào cấu trúc củabộ ghép quang, không khí…5. Hiệu ứng trường Dưới 1 một thế khá cao giữa LED và phototransitor có khoảng cách khágần, ta có 1 điện trường khá lớn. Nếu bộ ghép quang làm việc với điều kiệnnhư thế liên tục vài ngày, các thông số của bộ ghép quang (đặc biệt làphototransitor) bị thay đổi. Hiệu ứng trường càng rõ ràng hơn với nhiệt độ cao (100 o) và 1 điện thế1 chiều khá cao (1kV). Các thông số như độ khuếch đại, điện áp và dòng điệnngược có thể bị thay đổi, với 1 điện trường khá lớn So với transitor, các thông số của LED rất ổn định dưới tác dụng củađiện trường. Người ta có thể bảo vệ lớp chuyển tiếp pn của transitor silic bằng1 màng ion trong suốt để chống lại ảnh hường của điện trường (TransparentIon Shield – Trios)6. Sự lão hoá Với thời gian, công suất phát sáng của LED bị giảm đi, do đó ta có hệsố truyền đạt của 1 bộ ghép quang bé đi. Người ta tránh sự lão hoá của 1 bộghép quang bằng phương pháp “Burn in “. Sau khi sản xuất, các bộ ghépquang được cho làm việc với dòng điện và với nhiệt độ x ...