اصول و پارامترهای تزويج كننده هاي نوري

اصول و پارامترهای تزويج كننده هاي نوري
يك وسيله تزويج كننده نوري بطور ساده، يك واحد عايق است كه بخش‌هي Rx و Tx با توان بالا، بطور مجزا از يكديگر در درون آن قرار گرفته‌اند و توسطنور به يكديگر تزويج مي‌گردند.
در اينجا بخش Tx يك LED است ولي بخش Rx ممكن است يك ترانزيستور نوري، يك FET نوري، يك تراياك نوري و يا نوع ديگري از عناصر نميه هادي حساس به نور باشد. بخش‌هي Rx و Tx درو ن يك محفظه ايزوله مشترك و بسيار نزديك به هم قرار گرفته‌اند.
بيشتر ابزار تزويج كننده نوري جديد براي بخش Rx از يك ترانزيستور نوري استفاده مي‌كنند. چنين وسيله‌اي بطور ساده تزويج كننده

نوريناميده مي‌شود. چون ورودي (LED) و خروجي (ترانزيستور نوري) بوسيله نور به يكديگر تزويج شده‌اند، اين وسيله، تزويج كننده نوري ناميده مي‌شود.
در نوع به خصوصي از تزويج كننده‌هاي نوري معروف به تزويج كننده‌هاي شياري، تزويج كننده، شياري دارد كه درون محفظه مابين منبع نور LED و حسگر نوري ترانزيستوري قرار گرفته است.
در اين نوع تزويج كننده‌ها در حالت عادي نور مي‌تواند به ترانزيستور نوري برسد. بدون آنكه شيار تاثير زيادي بر تضعيف شدت نور داشته باشد. تزويج كننده نوري با قرار دادن يك جسم تيره در درون شيار، كاملا از بين مي‌رود. بنابراين تزويج كننده‌هاي نوري شيار دار مي‌تواند در بسياري از موارد مانند آشكارسازي حضور، مانند آشكارسازي پايان نوار مغناطيسي، كليدهاي محدود كننده و آشكارسازي سطح مايعات مورد استفاده قرار گيرد.
مدل‌ها ديگري همچون تزويج كننده هاي انعكاسي نيز وجود دارند كه از توضيح آنها صرف نظر مي‌گردد.

در زير تعدادي از پارامترهاي تزويج كننده هاي نوري به اختصار بيان مي‌شود:
o نسبت تبديل تزويج كننده نوري:
يكي از مهم‌ترين پارامترها در يك ابزار تزويج كننده نوري، بازده تزويج كنندگي آن است و براي آنكه اين پارامتر به حداكثر مقدار خود برسد، LED و ترانزيستور نوري (كه معمولا در محدوده مادون قرمز عمل مي‌كند) از نظر طيفي بسيار نزديك به هم قرار مي‌گيرند.
بهترين راه براي تعيين بهره تزويج كننده، بيان نسبت تبديل جريان خروجي به ورودي (CTR) در اين وسيله است. يعني نسبت جريان كلكتور خروجي (Ic) در ترانزيستور نوري به جريان مستقيم (If) در LED است. بنابراين CTR=Ic/If . در عمل، CTR ممكن است با يك عدد ساده مانند 0.5 يا (با ضرب كردن عدد در 100) به عنوان عددي درصدي مانند 50% بيان شود.
در تزويج كننده‌هاي نوري جداساز كه يك طبقه خروجي ترانزيستوري دارند مقدار CTR در محدوده 20% تا 100% است. معمولا مقدار CTR (علاوه بر عوامل ديگر) به مقادير جريان‌هاي ورودي و خروجي وسيله و ولتاژ تغذيه (Vc) ترانزيستور نوري بستگي دارد.
همچنين بايد به اين نكته توجه كرد كه به دليل وجود تغييرات در بهره جريان ترانزيستور نوري و بازده نوري LEDمقادير معمول CTR در يك تزويج كننده نوري ممكن است نسبت به مقدار معمول، تفاوت فاحشي داشته باشند. مقدار CTR واقعي براي يك تزويج كننده نوري كه مقدار CTR معمولي آن 60% است در محدوده 30% تا 90% متغير خواهد بود.
o ولتاژ جداسازي:
اين پارامتر، حداكثر پتانسيل DC مجاز است كه مي‌تواند بين مدارهاي ورودي و خروجي وجود داشته باشد. مقادير معمول اين پارامتر از 500V تا 4kV، تغيير مي‌كنند.
o Vce(MAX): اين پارامتر، حداكثر ولتاز DC مجازي است كه مي‌تواند به دو سر ترانزيستور خروجي اعمال گردد. مقادير معمول در محدوده 20V تا 80V هستند.
o If(MAX):اين پارامتر، حداكثر جريان قابل قبولي است كه مي‌تواند در ورودي LED وجود داشته باشد. مقادير معمول از 40mA تا 100mA متغيرند.
o پهناي باند: اين پارامتر، حداكثر فركانس سيگنال معمول است كه وقتي اين ابزار در حالت معمول مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مي‌تواند از تزويج كننده نوري عبور كند. مقادير معمول اين پارامتر در محدوده 20kHz تا 500kHz قرار دارند و بستگي به نوع ساختار وسيله دارد.

توضيحات بالا مختصري درباره تزويج كننده‌هاي نوري بود. تزويج كننده نوري مورد استفاده در اين پروژه، يك تزويج كننده نوري خاص است. ساختار آن به اينگونه است كه در فرستنده از ديود LED و در گيرنده از يك ترانزيستور نوري استفاده شده. قسمت فرستنده و گيرنده آن بطور موازي با هم قرار دارند و از يك شيشه كه بين آن فضاي خالي وجود دارد، بعنوان شكاف استفاده شده. در انتهاي شيشه ها منشور كوچكي ايجاد شده كه موجب ميشود كه نور از فرستنده به آن بتابد و سپس 90 درجه تغيير مسير به سمت منشور گيرنده دهد. نور پس از برخورد به منشور گيرنده مجددا 90 درجه در امتداد گيرنده تغيير مسير داده و نور به ترانزيستور نوري گيرنده برخود ميكند.
حال اگر جسمي فاصله هوايي بين دو منشور را قطع كند حالت تزويج از بين رفته و براحتي ميتواني آن را آشكار و به عنوان سيگنال وجود يك جسم مورد استفاده قرار دهيم.
قابل ذكر است كه در اين سنسور فقط نوك سنسور و يا همان منشور كه از 1 ميليمتر كمتر است نقش اساسي را بازي مي‌كند.
ديود فرستنده با يك مقاومت 100 اهم به ولتاز تغذيه 5 ولت متصل شده با توجه به افت ولتاژ حدودا 1.4 ولت بروي ديود، مقدار جريان عبوري از ديود براحتي بدست مي‌آيد و مقدار آن تقريبا 36mA است. لازم به ذكر است كه جريان ديود فرستنده در حدود 20 تا 40 ميلي آمپر در اونواع مختلف است.
در گيرنده به منظور آشكار سازي سيگنال تنها از يك مقاومت استفاده شده.
لازم به ذكر است كه ساختمان داخلي بعضي از گيرنده‌ها يك فتو ترانزيستور با آرايش دارينگتون براي افزايش جريان خروجي است.
اما در سنسور استفاده شده در اين پروژه گيرنده تنها يك ترانزيستور نوري ساده است و جريان خروجي آن در حدود 2mA است. بنابراين مقاوت انتخابي 2.2k است.
كلكتور گيرنده به قسمت Vcc و اميتر آن به مقاومت 2.2k و مقاومت نيز به زمين وصل شده است. سيگنال خروجي نيز از پايه اميتر ترانزيستور دريافت مي‌شود.
طرز كار به اين نحو است كه پس از عبور جريان از ديود فرستنده در صورتي كه شكاف سنسور باز باشد تمام نور از طريق منشور به گيرنده مي‌تابد و كلكتور- اميتر گيرنده اتصال كوتاه ميگردد.
بنابراين تمامي ولتاژ منبع تغذيه روي مقاومت خروجي مي‌افتد و سيگنال خروجي يك سطح ولتاژ يك منطقي است.
اگر به هر نحو جريان ديود فرستنده قطع كردد و يا شكاف سنسور مسدود گردد ترانزيستور نوري گيرنده به حالت قطع مي‌رود و در خروجي ولتاژي نخواهيم داشت و يا صفر منطقي در خروجي داريم.
پس هر گاه در خروجي صفر منطقي وجود داشت يعني اين كه يك جسم شكاف را مسدود كرده و در اين پروژه منظور همان رسيدن آسانسور به طبقه مورد نظر است.