أسباب تسرب المياه من الثلاجة

يطلق على الأوبتوكبلر المستخدم في الدوائر الالكترونية العازل الضوئي Opto-Isolator او الازدواج الضوئي Photo Coupler وهي عبارة عن عنصر الكتروني مصمم لنقل الإشارات الكهربائية بواسطة استخدام الموجات الضوئية لتحقيق الازدواج مع العزل الكهربائي بين الادخال والإخراج. ويعد استخدام العازل الضوئي منذ عام ١٩٦٠ بشكل بطيء وقد ازداد استخدامه منذ عام ١٩٧٠ بسبب التطور في العناصر الضوئية الالكترونية وتطور استخدام التحكم الصناعي وأكثر العوازل الضوئية تستخدم ترانزستور ثنائي القطب السيليكوني لمتحسسات الترانزستور الضوئي لتحقيق سرعة كافية لنقل البيانات في التطبيقات العملية مثل جهاز تخطيط كهربائية الدماغ يحتوي العازل الضوئي على مصدر للضوء يكون عادة قريب من ثنائي الانبعاث الضوئي للأشعة تحت الحمراء LED حيث يحول الإشارة الكهربائية الداخلة الى ضوء، ويمكن ان يكون المتحسس عبارة عن مقاومة ضوئية ، ثنائي ضوئي ، موحد السيطرة السيليكوني او الترياك.

ما هو الأوبتوكبلر (وحدات الربط الضوئي Opto Couplers)

وحدات الربط الضوئي Opto Couplers

الرابط الضوئي أو العازل الضوئي هو عنصر يوصل دارتين بعضهما ببعض باستخدام الضوء لغرض العزل.
تتكون وحدات العزل الضوئية من ثنائي مشع للضوء يرتبط بعنصر إلكتروني (ترانزستور ضوئي، ثايرستور ضوئي).
ويستخدم عادة ثنائي مشع LED كمصدر للضوء وترانزستور ضوئي كمجس ضوئي موضوعان في غلاف معتم بحيث يؤدي تشغيل الثنائي المشع إلى تشغيل الترانزستور الضوئي .
يستخدم الربط المغلق في العزل الكهربائي وفي تحويلات المستوى وفي المفعلات الكهربائية، كما يستخدم الربط مع مفتاح (الحاجز) لتقطيع الإشارة كمجس لكشف الأجسام والاهتزازات وكمفاتيح، وكما يستخدم زوج الانعكاس في عناصر المراقبة وكشف الحركة.
وتتوفر هذه الدارات كدارات متكاملة فيها (ثنائي مشع مع ترانزستور أو ثنائي مشع مع ثايرستور أو ثنائي مشع مع ترانزستور دارلنجتون) تمكن من الحصول على عزل كهربائي قد يصل إلى أكثر من 7000 فولت حسب مواصفات التصنيع.

وظيفة الأوبتوكبلر

إن الغرض الرئيسي من الأوبتوكبلر (العازل الضوئي) هو منع الفولتيات العالية وتغيراتها المفاجئة في احد جانبي الدائرة من وصول التشويه إلى الجانب الأخر من الدائرة.

مبدأ عمل الأوبتوكبلر Optocoupler

عند الضغط على مفتاح التشغيل يسري تيار خلال المقاومة، ثم الثنائي المشع للضوء، فيصدر عن الثنائي شعاع ضوئي، يسقط الشعاع الضوئي على قاعدة الترانزستور فيعمل، ثم يمر تيار من المجمع إلى الباعث، تعمل هذه الوحدات على توفير عزل كهربائي كامل بين الدارات الكهربائية، وتهدف عملية العزل إلى الحماية من الفولتيات العابرة، وتخفيض مستوى الضجيج وعزله بين الدارات الكهربائية، والربط بين الدارات ذوات النقاط الأرضية المختلفة.

ربط دارات ذات جهد عال مع دارات ذات جهد منخفض

ربط دارات ذات جهد عال مع دارات ذات جهد منخفض

من الدائرة السابقة يلاحظ أنه يتحكم بتشغيل الحمل ( هنا مصباح كهربائي) الذي يعمل على جهد 220 فو لت بو اسطة جهد مستمر صغير مقداره 5 V عند إغلاق المفتاح S يعمل على تشغيل الثنائي داخل وحدة الربط فيعمل على تشغيل الترانزستور، ومن ثم يقدح
الثايرستور ويضيء المصباح، أو ممكن أن يكون مكان المفتاح إشارة كهربائية قادمة من أحد المجسات.

دارة التاكوميتر

دارة التاكوميتر

يبين الشكل السابق كيفية استخدام وحدة الربط الضوئي كمقياس سرعة دوران أو عدد الدورات، وتسمى هذه الدارة بالتاكوميتر ، وتسمى أيضا ENCODER ويوجد منها أنواع متعددة حسب الاستخدام، حيث يستخدم قرص دوار فيه عدد من الثقوب يسمح بمرور الضوء من خلاله، يؤدي الضوء المار عبر الثقب (الثقوب) إلى قدح الترانزستور الضوئي المتصل بدوره إلى عداد يعرض سرعة الدوران أو عدد الدورات الكلي .
ولمعرفة سرعة محرك مثلا يوصل القرص الدوار مع المحرك حيث يدور القرص بدوران المحرك بنفس السرعة، وفي أثناء دورانه تولد الدارة عددا من النبضات يساوي عدد الثقوب على القرص لكل دورة كاملة ، ولمعرفة تردد النبضات المتولدة (عدد النبضات في الثانية)، يجب معرفة سرعة دوران المحرك N دورة / دقيقة ومعرفة عدد الثقوب في القرص H.
فإن عدد النبضات المتولدة في الدقيقة الواحدة يساوي H×N ، ومنها يمكن معرفة التردد (عدد النبضات في الثانية) HN/60
إذن يمكن معرفة سرعة المحرك إذا عرف التردد الناتج وعدد الثقوب من خلال القانون التالي:
F=HN/60
N=60F/H

مثال
احسب سرعة محرك إذا كان التردد الناتج من جهاز تاكوميتر يساوي 0.5KHz وعدد الثقوب H=10
السرعة
N=60F/H
N=60×500/10
سرعة المحرك تساوي 3000 دورة في الدقيقة.

أنواع الأوبتوكبلر Opto Couplers

أنواع الأوبتوكبلر Opto Couplers

توجد أنواع مختلفة من وحدات العزل الضوئية منها:

1. وحدات العزل الضوئية التي تستخدم الترانزستور الضوئي PhotoTransistor.
2. وحدات العزل الضوئية التي تستخدم ترانزستورات دارلنغتون الضوئية Photo Darlington Transistor.
3. وحدات العزل الضوئية التي تستخدم الترياك الضوئي Photo TRIAC.
4. وحدات العزل التي تستخدم الثايرستور الضوئي Photo SCR.

مميزات دارات الربط الضوئي (مميزات الأوبتوكبلر)

• الحماية من الفولتيات العابرة.
• تخفيض مستوى الضجيج.
• الربط بين دارات بنقاط أرضية غير مشتركة.

تطبيقات الأوبتوكبلر

تستخدم العناصر الإلكترونية الضوئية في أغراض العزل الكهربائي؛ إذ تستخدم لعزل دارة كهربائية ذات دخل منخفض الفولتية عن دارة ذات خرج فولتية عالية نسبيا، و تستخدم وحدات العزل الضوئي في تطبيقات كثيرة، حيث حلت مكان المرحلات ومحولات العزل، حيث يمكن استخدام دارة للتحكم بعمل دارة أخرى مختلفتين في فولتية التشغيل دون حدوث تغيرات غير مرغوب فيها أو لحماية دارة التحكم من أي خلل كهربائي .

الثنائي الضوئي العازل الضوئي Photodiode Opto-Isolator

الثنائي الضوئي العازل الضوئي Photodiode Opto-Isolator

يستخدم الثنائي الضوئي - العازل الضوئي ثنائيات LED كمصادر للضوء وثنائيات ضوئية سيليكونية كمتحسسات ويكون الثنائي الضوئي بالانحياز العكسي مع مصدر الفولتية الخارجي ، سقوط الضوء الذي يزيد من تيار الانحياز العكسي المار خلال الثنائي والعوازل ذات السرعة العالية تستخدم الثنائي من نوع PI ويكون زمن الاستجابة بحدود جزء من بليون من الثانية وبشكل عام فان السرعة تحدد بوساطة مؤجل في خرج الثنائي LED وانحياز الدائرة وللتقليل من هذا التأخير تستخدم عوازل ضوئية رقمي (Digital Opto-Isolators) التي تحتوي على عناصر لتشغيل LED ومكبرات خارجية لتحسين السرعة.

مرحل الحالة الصلبة Solid State Relay (SSR)

مرحل الحالة الصلبة Solid State Relay (SSR)

عبارة عن عنصر الكتروني يعمل كمفتاح يسيطر على حمل بتيار عالي أو فولتية عالية عند تسليط فولتية قليلة عليه ويحتوي على (ثنائي ضوئي-عازل ضوئي) لغلق دائرة الحمل ويتكون من زوج من الترانزستورات نوع MOSFET. ويشمل متحسس فولتية او تيار يستجيب إلى إشارة التحكم والعناصر الالكترونية التي تعمل كمفتاح بالحالة الصلبة فان بعض أنواعها يعمل على فتح وغلق دائرة الحمل أي لتوصيل القدرة إلى الحمل وأخرى لتمكين إشارة التحكم لتنشيط هذا المفتاح بدون استخدام أجزاء ميكانيكية ويمكن ان يصمم المرحل كمفتاح AC اوDC إلى دائرة الحمل كما في المرحلات الكهروميكانيكية ولكن بدون أجزاء متحركة ومعظم SSR تستخدم الازدواج الضوئي ففولتية التحكم تنشط الثنائي LED فيضيء على الثنائي الضوئي المتحسس(Photo-Voltaic) وتيار الثنائي بحول ذهابا وإيابا إلى الثايرستور SCR او MOSFET لغلق دائرة الحمل.

العازل الضوئي للمتحكمات الدقيقة (Microcontrollers)

عازل ضوئي عاكس

إن العازل الضوئي للمتحكمات الدقيقة (Microcontrollers) أساسي في حاجة هذا المتحكم في تجهيز إشارات إلى المتحكم (Controller) الذي يسيطر على حمل حث (inductive load) مثل محرك الإشارة المدببة Spike (شائبة) مع القوة الدافعة الكهربائية الراجعة من الحمل الحثي يمكن ان تحدث مشكلة في المتحكم الدقيق او تتلفه ويمكن التخلص منها بوضع متسعات منع او ثنائي زينر وغيرها والدائرة الالكترونية السابقة تبين عازل ضوئي عاكس باستخدام الترانزستور NPN موصل بطريقة الباعث المشترك وموصل مع كاثود الثنائي LED للسيطرة على انحيازه.

عازل ضوئي غير عاكس

والدائرة السابقة عبارة عن عازل ضوئي غير عاكس باستخدام ترانزستور PNP موصل بطريقة الباعث المشترك موصل مع انود الثنائي LED للسيطرة على انحيازه وتستخدم هذه الدوائر في الاتصالات والآلات الموسيقية وأجهزة المسيطر (Controller) وأنظمة PLC .

إزاحة مستوى فولتية غير معكوسة باستخدام العازل الضوئي Non-inverting Voltage Level Shifter using sn Opto-Isolator

إزاحة مستوى فولتية غير معكوسة باستخدام العازل الضوئي

يستخدم العازل الضوئي لغرض إزاحة مستوى الفولتية غير العاكس والشكل السابق يوضح الدائرة الالكترونية مع إشارة الدخول وإشارة الخرج وعندما تكون فولتية إشارة الدخول عالية (50) لا يعمل الثنائي LED (أي لا يوجد انبعاث ضوء) فلا يعمل الترانزستور الضوئي فيصبح في حالة OFF فتقترب فولتية الجامع إلى l2V (عالية) وعندما تكون فولتية إشارة الدخول (0)V منخفضة يعمل الثنائي LED فيضيء ويسقط الضوء على الترانزستور الضوئي فيعمل (ON) ويصبح الخرج صفرا (أي يوصل الخرج إلى الأرضي) وبهذا تكون الإشارة الداخلة مطابقة إلى الإشارة الداخلة ومزاحة وتستخدم في أجهزة الكواشف ودوائر الحماية.

إزاحة مستوى فولتية معكوسة باستخدام العازل الضوئي Inverting Voltage Level Shifter using sn Opto-Isolator

إزاحة مستوى فولتية معكوسة باستخدام العازل الضوئي 

الدائرة الالكترونية للإزاحة مستوى عاكس الفولتية العازل الضوئي كما موضح في الشكل السابق وتظهر الفولتيات (0)V الى(5)V و الفولتية (0)V إلى (12)V عندما يكون الدخول عال 5V سوف لا يعمل الثنائي LED فلا يضيء وبسبب عدم سقوط الضوء على الترانزستور الضوئي فلا يعمل (OFF) هذا الترانزستور وتصبح الفولتية على المقاومة Rout V(0) أي منخفضا وعندما يكون الدخول منخفض (0)V يعمل الثنائي LED فيضيء فيسقط على الترانزستور الضوئي ويصبح في حالة توصيل (ON) وتظهر فولتية على المقاومة Rout مقدارها V(l2) ويمكن استخدام هذه الدوائر في أجهزة التحكم الصناعي.

المصادر

كتاب الاتصالات والالكترونيات منهج أردني
كتاب العلوم الصناعية الكترونيك - المناهج العراقية
مصادر أخرى