Transoptory - zastosowanie i zasada działania

Transoptor to podstawowy element elektroniczny, który zapewnia izolację galwaniczną. Możemy dzięki niemu odseparować od siebie dwie części obwodu w taki sposób, aby nie płynął między nimi prąd, lecz zachodziła wymiana informacji. Jak są zbudowane i gdzie możemy je znaleźć?

Co to jest transoptor?

Zdecydowana większość tych elementów została zamknięta w obudowie identycznej jak dla układów scalonych, chociaż zawiera tylko dwa elementy. Jednym z nich jest dioda LED, a drugim fototranzystor, czasem fotodioda. Między nimi znajduje się przegroda z tworzywa sztucznego, która odizolowuje je od siebie, a jednocześnie umożliwia przenikanie światła z nadajnika (diody LED) do odbiornika (fotoelementu).

Jeżeli dioda LED świeci, przez stronę odbiorczą transoptora może płynąć prąd. Kiedy zgaśnie, przepływ prądu również ustaje. Zmieniając prąd diody (czyli jej jasność - chociaż tego świecenia nie widać na zewnątrz) można zmieniać prąd płynący między zaciskami transoptora po jego stronie odbiorczej.

Podstawowy parametr

Dioda LED charakteryzuje się napięciem przewodzenia i maksymalnym prądem, jaki może przewodzić. Z kolei dla fototranzystora istotne jest maksymalne napięcie kolektor-emiter (czyli między wyprowadzeniami transoptora) oraz maksymalny prąd kolektora. Ale jest jeszcze jeden parametr, który znajdziemy tylko w nocie katalogowej transoptora.

Jest nim CTR - Current Transfer Ratio - czyli stosunek prądów: odbieranego do nadawanego. CTR = 50% oznacza, że wpuszczając w diodę nadawczą prąd o natężeniu 1mA, między zaciskami fototranzystora popłynie około 0,5mA. Z kolei CTR = 400% oznacza wzmocnienie prądu: 1mA po stronie nadawczej to aż 4mA po stronie odbiorczej.

Transoptory zawierające fotodiody zawsze będą miały CTR mniejszy od 100%, ponieważ nie potrafią wzmacniać. Fototranzystory już posiadają tę właściwość i dlatego ich CTR może wynosić kilkaset procent. Ale nie zawsze - trzeba dokładnie wczytać się w notę katalogową.

Nie zawsze takie samo

CTR zmienia się - na ten parametr ma wpływ zarówno temperatura, jak i prąd diody nadawczej. Może się zmieniać w bardzo szerokich granicach, od niemal zera aż do wartości maksymalnej. Przedstawia to poniższa charakterystyka.

Dlatego diody nadawcze transoptorów warto sterować prądem o zalecanej wartości, a nie minimalnej lub maksymalnej. Uzyskany wtedy CTR może znacząco odbiegać od zakładanego.

Możliwe modyfikacje

Producenci stosują różne zabiegi, aby poprawić działanie transoptorów. Jednym z nich jest sterowanie tranzystora wyjściowego przy użyciu fotodiody. To sprzęgnięcie działa w zasadzie tak samo jak zwykły fototranzystor, ale jest szybsze w działaniu, zaś wartość CTR staje się bardzo wysoka. W ten sposób jest zbudowany np. 6N138

Przykłady transoptorów

Rynek komponentów elektronicznych jest bogaty w różne transoptory. Oto najpopularniejsze z nich.

PC817

Chyba najpopularniejszy z transoptorów. Jego parametry są przeciętne, lecz wysoka popularność sprawiła, że cena tego elementu stała się niska. Jest stosowany tam, gdzie nie trzeba wysokiej szybkości ani dokładności - na przykład w sprzężeniu zwrotnym zasilaczy impulsowych albo jako izolator galwaniczny dla niezbyt szybkich interfejsów cyfrowych.

Znany jest również jako LTV817.

4N25

Ten transoptor posiada 6 nóżek. Wyprowadzenie bazy fototranzystora jest dołączone do jednej z nich, co umożliwia sterowanie nim przez zewnętrzny układ.

Można w ten sposób wstępnie spolaryzować ten tranzystor, aby pracował bardziej liniowo lub służył jako wzmacniacz. Można też to wyprowadzenie zostawić niepołączone z niczym.

CNY70

To również jest transoptor, chociaż wygląda zupełnie inaczej. Pełni rolę czujnika odbiciowego. Im bliżej znajduje się przeszkoda, tym większa część światła diody LED (świecącej w podczerwieni) odbija się do fototranzystora. W ten sposób można określać dystans, na przykład w robotach albo włącznikach zbliżeniowych.

Transoptory szczelinowe

Jeszcze czym innym są tak zwane transoptory szczelinowe, gdzie dioda nadawcza i fototranzystor znajdują się naprzeciw siebie. Jednak nie ma między nimi izolatora, lecz jest kilkumilimetrowa szczelina - stąd nazwa. Przesłona, która znajdzie się w tej szczelinie, przesłania światło fotodiody i prąd tranzystora spada do zera.

Może służyć jako czujnik krańcowy albo do pomiaru prędkości obrotowej. Obracająca się tarcza z przepuszczającymi światło rowkami wystarczy, aby wygenerować serię impulsów. Na podstawie ich częstotliwości można obliczyć prędkość obrotową.

Podsumowanie

Transoptory to proste elementy elektroniczne, które znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba odizolowania dwóch obwodów od siebie. Ale nie tylko - mogą służyć również jako czujniki odbiciowe lub krańcowe, jeżeli są zbudowane w nieco inny sposób. Parametrem cechującym każdy transoptor jest CTR.