Dasar Optocoupler: Fungsi, Jenis, dan Aplikasi Praktis

Optocoupler, atau yang juga dikenal sebagai optoisolator, photocoupler, optical coupler, atau optical isolator, adalah komponen elektronik terintegrasi yang memungkinkan dua rangkaian elektronik terpisah saling terhubung tanpa kontak listrik langsung. Sebagai desainer PCB, insinyur, atau hobiis, Anda memiliki berbagai pilihan sakelar, relai, dan coupler untuk menyesuaikan PCB Anda. Dengan begitu banyak komponen dan opsi PCB yang tersedia di pasaran, memilih yang paling cocok untuk proyek Anda bisa menjadi tantangan.

Misalnya, Anda mungkin bertanya-tanya apa fungsi optocoupler dan bagaimana cara kerjanya berbeda dari relai lain. Panduan berikut bertujuan untuk menjelaskannya. Di sini, kami akan membahas optocoupler, berbagai jenisnya, dan manfaatnya bagi Anda dan proyek Anda.

Apa Itu Optocoupler?

Optocoupler memiliki banyak nama. Beberapa orang menyebutnya sebagai opsi, meskipun secara teknis, optocoupler adalah komponen elektronik terintegrasi. Umumnya, tipe dasar terdiri dari badan persegi panjang dengan empat pin. Setiap pin adalah subkomponen. Pin pertama adalah anoda, pin kedua adalah katoda, pin ketiga adalah kolektor, dan pin keempat adalah emitor.

LTV-816 1 channel opto-isolator

Sumber: Wikimedia Commons

Selain itu, terdapat indentasi lingkaran di sudut badan utama di dekat pin pertama. Hal ini memungkinkan kita mengidentifikasi pin-pin yang berbeda. Badan juga berisi beberapa teks yang mencantumkan nomor bagian optocoupler. Dengan demikian, kita menggunakannya untuk mengidentifikasi jenis optocoupler dan mencari datasheet produsen.

Namun, optocoupler pada dasarnya adalah relai status padat yang menghubungkan dua rangkaian elektronik terpisah. Rangkaian pertama akan terhubung melalui dua pin pertama (pin 1 dan 2), sementara rangkaian kedua akan terhubung ke dua pin terakhir (pin 3 dan 4). Ini memungkinkan rangkaian pertama mengontrol rangkaian kedua.

Mudah untuk salah mengidentifikasi optocoupler sebagai Integrated Circuit/mikrochip (IC) karena tampilannya. Ini terutama berlaku untuk optocoupler TRIAC.

Mikrochip Elektronik di latar belakang putih

Bagaimana Cara Kerja Optocoupler?

Kita dapat menggunakan optocoupler untuk mentransfer sinyal elektronik antara dua rangkaian yang terisolasi. Ini adalah salah satu atribut terpentingnya. Kadang-kadang, lonjakan tegangan dan kebisingan mungkin terjadi pada satu rangkaian. Tanpa optocoupler yang mengisolasi rangkaian, gangguan ini dapat menyebar ke rangkaian kedua dan menyebabkan kerusakan. Optocoupler mencegah kerusakan ini terjadi pada kedua rangkaian.

Selain itu, optocoupler hanya akan membiarkan elektron mengalir ke satu arah karena bahan semiconductor-nya. Akibatnya, ini memungkinkan dua rangkaian yang saling terhubung untuk menggunakan tegangan dan arus yang berbeda.

Lebih jauh lagi, ini memungkinkan Anda untuk memperluas kemampuan perangkat Anda. Ini sebagian besar disebabkan oleh bagaimana optocoupler memfasilitasi isolasi galvanik antara dua rangkaian terpisah. Misalnya, kita dapat menambahkan transistor ke rangkaian kedua tanpa mengganggu rangkaian pertama dalam konfigurasi dua rangkaian. Ini akan memungkinkan Anda mengontrol jumlah tegangan dan arus yang lebih tinggi. Selain itu, ini mungkin memungkinkan Anda untuk mengotomatisasi kontrol rangkaian dengan menambahkan komponen elektronik.

Struktur Optocoupler

Optocoupler hadir dalam berbagai jenis dan konfigurasi. Namun, untuk mempermudah pemahaman, kami akan fokus terutama pada versi phototransistor.

Diagram rangkaian optocoupler phototransistor

Sumber: Wikimedia Commons

Diagram di atas menggambarkan phototransistor yang menghubungkan dua rangkaian. Jika Anda memperhatikan bagian phototransistor pada diagram, Anda akan melihat bahwa terdapat simbol LED di sebelah kiri:

Gambar simbol LED

Sumber: Wikimedia Commons

Sedangkan di sebelah kanan, terdapat simbol transistor:

Gambar simbol transistor

Sumber: Wikimedia Commons

Kita dengan mudah dapat melihat dari gambar di atas bahwa phototransistor adalah versi modifikasi dari transistor biasa. Selain itu, Anda dapat memahami mengapa kita menyebut terminal ketiga dan keempat di sisi transistor sebagai kolektor dan emitor. Lebih jauh lagi, Anda juga dapat melihat mengapa kita menyebut terminal pertama dan kedua sebagai anoda dan katoda.

Secara umum, transistor memiliki tiga terminal. Namun, terdapat perbedaan kecil di sini. Pin basis pada rangkaian transistor biasa tidak ada pada rangkaian phototransistor. Ini karena transistor dalam optocoupler bekerja sedikit berbeda. Alih-alih menggunakan sinyal elektronik dari pin basis, transistor dalam optocoupler menggunakan cahaya dari LED.

Cahaya bersinar dari LED dan mengenai transistor, menyala-nyalakan transistor dan memungkinkan arus mengalir dalam rangkaian listrik utama. Mereka bereaksi terhadap input optik, bukan hanya input arus listrik. Optocoupler hadir dalam dua topologi umum. Komponen internal dapat diletakkan satu di atas lainnya atau berdampingan.

Topologi optocoupler

Sumber: Wikimedia Commons

Meskipun kita tidak dapat melihat kerja internal phototransistor (kecuali jika transparan), kita dapat membuatnya sendiri menggunakan rangkaian sederhana. Kami akan menjelaskannya lebih lanjut di bagian bawah panduan ini. Namun terlebih dahulu, mari kita jelajahi jenis optocoupler lainnya.

Jenis Optocoupler

Optocoupler dipegang dengan sepasang potong kait.

Ada enam jenis optocoupler yang paling umum. Mereka adalah:

• Optocoupler Resistif: Ini adalah optocoupler paling awal. Mereka menggunakan bola lampu pijar, lampu neon, dan LED inframerah GaAs sebagai sumber cahaya. Selain itu, mereka menggunakan sulfida kadmium untuk bahan transistor. Orang juga menyebut jenis optocoupler ini sebagai vactrol.
  Karena merupakan perangkat fotosensitif yang lebih lama, mereka sedikit lebih lambat dari bentuk optocoupler yang lebih modern. Akibatnya, ini adalah alasan mengapa mereka hampir sudah usang.
• Optocoupler Dioda: Optocoupler dioda menggunakan LED inframerah arsenida galium sebagai sumber cahaya dan fotodioda silikon sebagai reseptor. Ini menjadikannya jenis optocoupler yang paling cepat — terutama ketika mereka menggunakan dioda PIN.
• Optocoupler Transistor: Sama seperti optocoupler dioda, mereka juga menggunakan LED inframerah GaAs sebagai sumber cahaya. Namun, mereka menggunakan fototransistor silikon bipolar atau fototransistor Darlington sebagai sensor. Ini membuat tingkat transfer dan waktu respons mereka lebih cepat dari optocoupler resistif, tetapi lebih lambat dari optocoupler dioda.
• SRC Terisolasi Optik: SRC terisolasi optik menggunakan LED inframerah bersama dengan pengatur tegangan terkontrol silikon. Kecepatan transfer mereka dapat bervariasi. Namun, mereka tidak secepat optocoupler berbasis dioda dalam konfigurasi apa pun. Namun demikian, mereka masih memiliki waktu respons yang cukup baik dan tingkat transfer.
• TRIAC Terisolasi Optik: Jenis optocoupler ini menggunakan triode untuk arus bolak-balik (TRIAC) sebagai jenis sensor. Ini ditambah dengan LED inframerah GaAs sebagai sumber cahaya. Meskipun mereka tidak memiliki tingkat transfer yang cepat, mereka memiliki rasio transfer arus yang sangat tinggi.
• Relai Status Padat: Relai status padat menggunakan tumpukan LED inframerah GaAs sebagai sumber cahaya. Selain itu, mereka menggunakan tumpukan fotodioda yang menggerakkan sepasang MOSFET atau satu IGBT tunggal sebagai sensor. Mereka dapat memiliki kecepatan transfer yang sangat tinggi dan rasio transfer arus yang tidak terbatas.

Cara Membuat Rangkaian Optocoupler Sederhana

Optocoupler dipegang dengan sepasang potong kait di depan PCB

Daftar Komponen:

• Resistor Terbantuan Cahaya (LDR) 50-100K Ohm
• Dioda Emisi Cahaya (LED) Putih 3V 0.02A
• Dioda Emisi Cahaya (LED) Merah 2V 0.02A
• Baterai 9V x 2
• Sakelar
• Resistor 300 Ohm
• Resistor 150 Ohm x 2 (atau resistor 300 Ohm)

Penjelasan dan Instruksi:

LED merah dan optocoupler

Optocoupler sederhana ini menggunakan resistor terbantuan cahaya (LDR) dan LED putih. LDR mengubah beban resistansinya berdasarkan paparan cahaya. Jadi, dalam kegelapan, resistansinya sangat tinggi. Sebaliknya, ketika kita mengeksposnya pada cahaya terang, resistansinya sangat rendah. Dalam konteks ini, ia akan berfungsi sebagai fotodioda kita.

Pada rangkaian primer, kita akan membutuhkan LED putih yang memiliki jatuhan tegangan 3 volt dan menggunakan 0,02 ampere. Selanjutnya, kita akan menggunakan baterai 9 volt sebagai sumber daya dan mengontrol rangkaian menggunakan sakelar. Karena cahaya LED putih memerlukan arus 3 volt, kita akan membutuhkan resistor dengan jatuhan tegangan 6 volt. Jadi, resistor harus memiliki resistansi 300 Ohm ((9V – 3V) ÷ 0,02A).

Jadi rangkaian primer Anda akan terdiri dari baterai yang terhubung positif ke sakelar, resistor, dan lampu LED putih. Anda dapat menggunakan papan roti atau kabel untuk menghubungkan komponen. Secara keseluruhan, ini akan bertindak sebagai rangkaian kontrol kita.

Kita akan memiliki LED merah dengan jatuhan tegangan 2 Volt dan arus listrik 0,02 Ampere pada rangkaian sekunder.

Kita akan menggunakannya sebagai indikator untuk menunjukkan ketika rangkaian berfungsi. Selain itu, kita akan menghubungkan LDR ke rangkaian ini. Jelas, LDR perlu duduk di samping lampu LED putih.

LDR akan memberikan resistansi sekitar 70 Ohm ketika kita mengeksposnya pada cahaya dari LED. Anda akan perlu menghubungkan LDR ke LED merah. Untuk memberi daya pada rangkaian sekunder, kita akan menggunakan baterai 9 Volt lainnya. Lagi, kita akan perlu resistor untuk menurunkan tegangan sehingga LED dapat bekerja secara efektif. Kami menyarankan menggunakan dua resistor 150 Ohm. Namun, satu resistor 300 Ohm juga akan baik.

Namun, setelah Anda selesai membangun rangkaian, Anda akan perlu membungkus beberapa lem hitam di sekitar LDR dan LED putih. Anda harus memastikan bahwa Anda menghubungkannya. Ini akan memblokir cahaya sekunder di ruangan. Alternatifnya, Anda dapat menguji rangkaian dalam ruangan yang sangat gelap.

Ketika Anda menekan tombol rangkaian primer (rangkaian input), LED putih akan menyala. Lalu ia akan menyinar cahaya terhadap LDR, yang akan menyala-nyalakan LED merah pada rangkaian output. Cahaya dari LED putih berfungsi seperti sinyal listrik dalam sakelar. Proyek ini cukup sederhana untuk menggambarkan kerja internal optocoupler. Namun, Anda dapat meningkatkannya dengan menerapkan pemancar inframerah bersama dengan reseptor. Alih-alih cahaya terlihat, proyek ini akan menggunakan cahaya inframerah.

Aplikasi Optocoupler

Pemasang PCB kecil dengan IC, kapasitor, optocoupler, dan semiconductor lainnya

Sekarang kita memahami cara kerja optocoupler, sekarang kita dapat menjelajahi di mana kita dapat menerapkannya. Kita dapat menggunakan optocoupler sebagai sakelar sederhana yang diaktifkan cahaya. Namun, peralatan elektronik dan perangkat apa yang paling cocok untuk mereka? Berikut adalah daftar di mana kita dapat menggunakan optocoupler:

• Kontrol solenoida
• Kontrol motor
• Dimmer lampu pijar
• Mikroprosesor
• Ballast lampu
• Deteksi AC
• Isolasi tegangan
• Sakelar elektromagnetik
• Mikrokontroler

Manfaat Optocoupler

Sekumpulan optocoupler

Mengapa Anda ingin menggunakan optocoupler alih-alih relai elektromekanis atau sakelar? Berikut adalah beberapa keuntungannya:

• Mereka memfasilitasi pengiriman satu arah sinyal listrik
• Optocoupler membuat proyek Anda lebih andal dengan membuatnya tahan terhadap gangguan
• Mereka dapat memfasilitasi isolasi listrik antara beberapa rangkaian
• Optocoupler dapat memisahkan bagian input dan output proyek Anda, sehingga memudahkan pemecahan masalah
• Mereka mengurangi sinyal output eksternal pada bagian input rangkaian Anda
• Optocoupler memungkinkan Anda mengontrol rangkaian AC besar dengan menggunakan sinyal digital kecil
• Memungkinkan Anda mentransfer sinyal analog antara dua rangkaian terpisah
• Mereka memungkinkan Anda menghubungkan komponen tegangan tinggi dengan perangkat tegangan rendah
• Optocoupler dapat membantu mengurangi atau sepenuhnya menghilangkan kebisingan listrik dari sinyal
• Memungkinkan Anda merancang dan membangun perangkat elektronik yang lebih tahan terhadap lonjakan daya, lonjakan tegangan, dan colokan petir

Kesimpulan

Dalam teks di atas, kami memberikan panduan yang mudah dipahami dan mendalam tentang optocoupler. Jika Anda telah mencapai bagian panduan ini, Anda memiliki pemahaman yang lebih dalam tentang optocoupler. Namun, kami berharap Anda telah menemukan panduan ini bermanfaat. Seperti biasa, terima kasih telah membaca.