ออปโต้ คืออะไร ? Optocoupler หลักการทํางาน ?

สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
สำหรับวันนี้เหมือนดั่งเช่นเคยครับ ผมจะมาแนะนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เรียนรู้ ง่ายๆ ตามแบบฉบับ สไตล์ช่อง ZimZim
และตัวที่ ตกเป็นเป้าหมายของเราในวันนี้ นั้นก็คือ ตัว ออปโต้คัปเปอร์ หรือที่บ้านเราเรียกกันสั้นๆว่าตัว ออปโต้

ออปโต้ ให้เพื่อนๆคิดว่ามันเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัว หนึ่งที่ด้านหนึ่งปล่อยแสงออกมา อีกด้านเป็นตัวรับแสงกลับเข้าไป
ให้เพื่อนๆเข้าใจลักษณะการทำงานเบื้องต้นของมันไว้เท่านี้ก่อน

เราไปรูปภันสันฐานมัน มันซะก่อน
มันจะมีลักษณะ 4 ขา
บนตัวของมัน มีร่องวงกลม หรือ รอยบาก อยู่ 1 จุด
ขาที่อยู่ใกล้ที่สุดจะนับเป็นขาที่ 1
เราจะนับเรียงลงมาจนสุดนะครับ พอสุดแล้วเราจะนับต่อจาก ขวาล่างขึ้นขวาบน
เราจะเรียกตาม ทางทฤษฎี ขาที่1ก็คือ ขา แอโนด
และขาที่2 ก็คือ ขาแคโทด
ตัวหนังสือด้านบน แน่นนอนครับว่านั้น ก็คือ เบอร์ของ เจ้าตัว ออปโต้
เอาสามารถเอาเบอร์ ออปโต้ ไปค้น Datasheet หารายละเอียดจากใน Google ได้ครับ

โดยปกติแล้ว เรามักจะเลือกใช้ Opto เพื่อ แยกวงจร 2วงจรออกจากกัน
สมมุติว่าผมมีบอร์ดตัวหนึ่ง ใบบอร์ดของผมมี วงจร A กับวงจร B
วงจร A ของผม ก็จะเชื่อมต่อขาที่ 1 กับ ขาที่ 2
ส่วนวงจร B ผมจะเชื่อมต่อขาที่ 3 กับขาที่ 4

และถึงแม้ว่าตัว ออปโต้ จะสามารถทำงานร่วมกันได้กับอีกหลายๆวงจร แต่ว่าวงจรทั้งสอง อย่างที่ผมบอกไป มันจะทำงาน แยกออกจากกันอย่างสิ้นเชิง
เมื่อวงจรทั้ง 2 ไม่ได้เชื่อมต่อถึงกัน แต่ทำงานร่วมกัน
แล้วมันดียังไง
ข้อดีของมันก็คือ
1.ถ้าวงจรใดวงจรหนึ่ง ทำงานผิดปกติ ทำงานผิดพลาด เกิดเสีย เกิดช๊อต ขึ้นมา มันก็ไม่ได้ส่งผลกระทบอะไร ให้กับอีกวงจรหนึ่งให้เสียหายเลย
2.การต่อลักษณะนี้ เราสามารถที่จะทำให้ วงจรหนึ่ง สามารถควบคุมอีกวงจรหนึ่งได้ แบบอัตโนมัติ

เขาก็เลยประยุกต์ใช้งานต่าง อย่างเช่นในสายงานสวิตชิ่ง
ใช้ Opto เป็น Feedback ไปให้ IC เพื่อรับรู้การทำงานของอีกฝั่งนึงได้
หรือว่า การใช้แยก กราวด์ร้อนกราวด์เย็น

และ เนื่องจาก ออปโต้ ทำมาจากสารกึ่งตัวนำเพราะฉะนั้นมันจะ ยอมให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียว เท่านั้น
การต่อใช้งานเราจึงจำเป็น ต้องป้อนขั้ว+ขั้ว- ให้ถูกต้อง ถ้าหากป้อนไฟผิด เจ้าตัว opto จะไม่ทำงาน

ออปโต้ สามารถต่อประยุกต์ ใช้แหล่งจ่าย ชุดเดียวกัน ทำงานร่วมกัน หรือ แยก แหล่งจ่าย โดยที่ จัดแรงดัน และจัดกระแส ที่แตกต่างกันได้ อย่างอิสระ
ถ้าหาก เราจะเพิ่มความสามารถของมันโดยการ เพิ่มทรานซิสเตอร์เข้าไป 1 ตัวที่ Output มันก็จะนำกระแสได้เยอะขึ้น

ออปโต้ มันไม่ได้มีแบบเดียวนะครับ มันมีหลากหลายรูปแบบ ทั้งใช้งานกับไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ
ทั้ง Phototransistor เอาไว้ General Purpose Switching DC
Phototriac เอาไว้ Controlling AC loads
Photo-scr เอาไว้ Controlling AC loads

แต่ในการอธิบายในวีดีโอนี้ เราจะใช้ เวอร์ชั่นพื้นฐาน ในการอธิบาย
เรามาดูสัญญลักษณ์ ของตัว ออปโต้กันบ้างครับ

ถ้าสังเกตุ เราจะห็นขาที่ 1 กับ ขา ที่ 2 เป็นสัญลักษณ์ ของไดโอด เปล่งแสง ไดโอดเปล่งแสงก็คือหลอด LED ใช่ไหมครับ แต่ข้างในมันจะไม่ใช่หลอด LED ธรรมดา แต่จะเป็น LED แบบอินฟราเรด
ตามที่เราเข้าใจ แต่แสงอินฟาเรด ค่ามันจะเกินการรับรู้ของสายตามนุษย์
เราจึงมองไม่เห็นแสงนี้ แต่สามารถทดสอบ โดยการกดปุ่มรีโมทค้างไว้ แล้วเรามาดูผ่านกล้องมือถือ เราก็จะเห็นเป็นแสงฟีฟ้าออกมา นั้นก็คือแสงอินฟาเรด
นอกจากกล้องมือถือของเราแล้ว อีกฝั่งหนึ่งมันก็สามารถับรู้แสงตรงนี้ได้เช่นกัน ฝั่งตรงข้าม มันมีชื่อว่า โฟโต้ทรานซิสเตอร์
สัญลักษณ์ของมัน จะมีลักษณะคล้ายๆ ทรานซิสเตอร์ แต่มันไม่มีขา Base เพราะฉะนั้น การไบอัสของมันก็คือการรับแสงเข้าไปนั้นเอง

ถ้าเราจำลองการทำงานก็คือ เมื่อป้อนแหล่งจ่าย ที่ขา 1 ขา 2 มันก็จะมีแสงอิฟาเรด ปล่อยออกมา
เมื่อตัวตัวโฟโต้ทรานซิสเตอร์รับรู้ว่ามีแสงส่องมาโดน มันก็จะยอมให้กระแสที่ไหลผ่านขา 3 ไหลต่อไปที่ขา 4
หลักการทำงานมันมีแค่นี้เลยครับ

แต่ตัวจริงๆ มันจะมีฉนวนหุ้มเอาไว้ เราเลยมองไม่เห็นแสง ขณะที่มันทำงาน
และการมีฉนวนหุ้มก็ช่วย ป้องกันแสงจากภายนอก ที่อาจจะ สาดส่องรบกวน ทำให้วงจร ผิดเพี้ยนไปได้

เราสามารถ ทดลองทำวงจรง่ายๆ โดยการ
จัด กระแส
หลอด LED infrared
ลักษณะการทำงานตอนนี้
มันก็จะทำงานเหมือนกับ ออปโต้ เลยครับ แต่ผมอาจจะต้องใช้เทปพันสายไฟพันเอาไว้สักหน่อยเพื่อป้องกัน แสงรีโมททีวีที่ส่องเข้ามา
ผมจะลองเปลี่ยนเป็นออปโต้ สังเกตุว่า ใช้งานแทนกันได้เลย และประสิทธิภาพ ก็ทำงานได้ดีกว่า

OPTO ที่จริง มันไม่ได้มี 4 ขาเพียงอย่างเดียว
บางตัวมี 6 ขา บางตัวมี8ขา
ยิ่งขา เยอะยิ่ง ละเอียด ตรวสอบการทำงานได้หลายๆจุด
และในวงจร Switching แทบทุกรุ่น ก็จะใช้ตัวมัน ในการตรวจสอบกระแสไฟฟ้า ด้าน DC ว่าทำงานปกติดี หรือเปล่า
เดี๋ยวยังไงรายละเอียด ค่อย พูดถึงอีกทีละกันนะครับ

การวัดดีเสียเบื้องต้น
ให้เพื่อนๆ คิดว่าข้างหนึ่งคือไดโอดข้างหนึ่งคือทรานซิสเตอร์ข้างหนึ่ง

ข้างที่เป็นไดโอด ถ้าเพื่อนๆ มีมัลติเตอร์แบบเข็มให้ ตั้งค่า Rx1 หรือ Rx10
ให้วัดขา 1 ขา 2 สลับกัน ต้องขึ่น 1 ไม่ขึ้น 1
ถ้าขึ้นทั้ง 2 ครั้ง ลัดวงจร ถือว่า ช๊อต
ไม่ขึ้นทั้งสองครั้ง แสดงว่าหลอด ขาด

ข้างที่เป็นทรานซิสเตอร์ให้ตั้งค่า Rx1k หรือ Rx10k
ลักษณะการวัด ก็เหมือนกัน ครับก็คือ
วัดขา 3 กับขา 4 สลับกัน ต้องขึ่น 1 ไม่ขึ้น 1
ถ้าขึ้นทั้ง 2 ครั้ง ลัดวงจร ถือว่า ช๊อต
ไม่ขึ้นทั้งสองครั้ง แสดงว่าหลอด ขาด

สำหรับ เจ้าตัว ออปโต้คัปเปอร์ ที่มีขาย
ผมขออธิบายคร่าวๆไว้เพียงเท่านี้ก่อน ขอบคุณเพื่อนๆทุกท่านที่ติดตามรับชมครับ