Optocoupler adalah komponen elektronik yang mentransfer sinyal listrik antara dua rangkaian yang terisolasi. Optocoupler juga dikenal sebagai opto-isolator, photo coupler, atau optical isolator.
Optocoupler umumnya digunakan sebagai saklar elektronik yang dapat berfungsi secara otomatis. Komponen ini sangat mirip dan berkaitan erat dengan sensor atau detektor cahaya.
Dalam artikel kali ini, Teknoindie.com akan menjelaskan tentang apa itu optocoupler, simbolnya, cara kerjanya, berbagai jenis optocoupler, serta fungsinya dalam kehidupan sehari-hari.
Pengertian Optocoupler
Optocoupler adalah komponen elektronik yang menggunakan cahaya untuk mentransfer sinyal listrik antara dua rangkaian yang terisolasi, sehingga memungkinkan isolasi listrik di antara keduanya. Ini berguna untuk melindungi rangkaian sensitif dari tegangan tinggi dan gangguan lainnya.
Optocoupler terdiri dari sebuah LED dan phototransistor dalam satu paket, yang umumnya memiliki 6 pin. LED berfungsi sebagai sumber cahaya, sedangkan phototransistor mendeteksi cahaya yang dipancarkan oleh LED dan mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik. Berbagai paket optocoupler tersedia di pasaran untuk memenuhi kebutuhan aplikasi yang berbeda.
Salah satu fungsi utama optocoupler adalah untuk mencegah tegangan tinggi mempengaruhi rangkaian yang menerima sinyal. Misalnya, dalam aplikasi yang melibatkan tegangan tinggi, optocoupler dapat melindungi komponen dan rangkaian sensitif dari lonjakan tegangan dan noise yang tidak diinginkan.
Optocoupler sangat berguna dalam rangkaian tegangan rendah atau rangkaian yang sangat sensitif terhadap noise. Dengan menggunakan optocoupler, rangkaian ini dapat diisolasi dari gangguan potensial, mencegah kemungkinan tabrakan listrik, dan mengurangi noise yang tidak diinginkan. Ini sangat penting dalam aplikasi seperti peralatan medis, sistem kontrol industri, dan perangkat komunikasi.
Pada dasarnya, optocoupler terdiri dari dua bagian utama: transmitter dan receiver. Transmitter, biasanya berupa LED, berfungsi untuk mengirimkan cahaya optik. Receiver, yang biasanya berupa phototransistor atau photodiode, berfungsi untuk mendeteksi cahaya tersebut dan mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik. Kedua bagian ini terisolasi secara fisik tetapi terhubung melalui jalur cahaya, sehingga memastikan isolasi listrik yang efektif.
Di pasaran, tersedia berbagai jenis optocoupler dengan spesifikasi berbeda. Misalnya, kita dapat menemukan optocoupler dengan kapasitas input tegangan mulai dari 10 kV hingga 20 kV untuk daya tahan tegangan output. Selain itu, beberapa optocoupler memiliki spesifikasi transien tegangan hingga 25 kV/µS, yang memungkinkan mereka menangani lonjakan tegangan sementara dengan efisiensi tinggi.
Dengan karakteristik ini, optocoupler memainkan peran penting dalam banyak aplikasi elektronik, termasuk isolasi sinyal, proteksi lonjakan, dan pengurangan noise. Implementasi yang tepat dari optocoupler dalam desain rangkaian dapat meningkatkan keandalan dan keamanan sistem elektronik secara keseluruhan.
Simbol Optocoupler
Optocoupler, seperti komponen elektronika lainnya, memiliki simbol dan bentuk yang menunjukkan fungsi dan strukturnya. Simbol optocoupler umumnya digambarkan sebagai dua kotak terpisah yang dihubungkan oleh garis lurus dengan panah di sekitarnya, yang mewakili cahaya yang mentransfer sinyal antara kedua bagian. Bentuk fisiknya biasanya persegi panjang dengan 4 hingga 6 pin, meskipun ada beberapa varian dengan jumlah pin yang berbeda.
Setiap pin pada optocoupler memiliki fungsi yang berbeda-beda. Misalnya, pin input LED digunakan untuk menghubungkan sumber cahaya, sedangkan pin output fotodetektor digunakan untuk mengirimkan sinyal yang dihasilkan oleh fotodetektor ke rangkaian output. Selain itu, ada juga pin yang digunakan untuk menghubungkan ground dan sumber daya (Vcc) untuk memberikan daya pada komponen.
Konstruksi Optocoupler
Optocoupler adalah komponen yang terdiri dari LED inframerah dan perangkat fotosensitif yang mampu mendeteksi sinar inframerah yang dipancarkan. Perangkat fotosensitif ini dapat berupa berbagai jenis, seperti photodioda, phototransistor, Pasangan Darlington, SCR, atau TRIAC.
Dalam diagram dasar optocoupler, LED inframerah dan perangkat fotosensitif disatukan dalam satu paket. LED ditempatkan di sisi input, sedangkan perangkat fotosensitif ditempatkan di sisi output. Biasanya, LED diaktifkan oleh sinyal input, dan cahaya yang dipancarkannya kemudian dideteksi oleh perangkat fotosensitif, menghasilkan respons listrik di sisi output.
Dalam rangkaian optocoupler, resistansi biasanya digunakan untuk membatasi arus pada awal rangkaian, sementara resistansi lainnya dapat dihubungkan antara tegangan suplai dan terminal kolektor untuk tujuan tertentu, seperti menstabilkan tegangan atau mengontrol respons optocoupler terhadap sinyal input.
Sebelum memahami cara kerja optocoupler secara mendalam, penting untuk memahami deskripsi pinnya:
- Pin 1: Anoda
- Pin 2: Katoda
- Pin 3: Ground
- Pin 4: Emitor
- Pin 5: Kolektor
- Pin 6: Basis
Cara Kerja Optocoupler
Optocoupler merupakan gabungan antara LED dan photodiode yang dikemas dalam satu paket. Pada diagram rangkaian di atas, saat terjadi peningkatan tegangan di sisi input optocoupler, arus mulai mengalir melalui LED.
Arus listrik ini akan menyebabkan LED memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan kemudian akan jatuh ke phototransistor, yang mengakibatkan arus mengalir melalui phototransistor.
Arus yang mengalir melalui phototransistor berbanding lurus dengan tegangan input yang diberikan. Resistansi input yang ditempatkan di awal rangkaian dapat mengontrol jumlah arus yang mengalir melalui LED dengan menaikkan atau menurunkan nilainya.
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, intensitas cahaya yang dipancarkan oleh LED akan sebanding dengan arus yang mengalir melalui phototransistor.
Hal ini berarti bahwa cahaya dengan intensitas rendah yang dipancarkan oleh LED akan menghasilkan arus level rendah melalui phototransistor. Sebaliknya, cahaya dengan intensitas tinggi akan menghasilkan arus yang lebih besar melalui phototransistor. Akibatnya, terjadi perubahan tegangan yang melintasi terminal kolektor-emitor dari transistor.
Dengan demikian, prinsip kerja optocoupler adalah menggabungkan sinyal masuk dari rangkaian input ke rangkaian output. Proses ini melibatkan konversi cahaya menjadi sinyal listrik yang kemudian diteruskan ke rangkaian output, menjaga isolasi galvanik antara kedua rangkaian tersebut.
Jenis-jenis Optocoupler
Ada beragam jenis optocoupler yang tersedia secara komersial, yang didasarkan pada kebutuhan dan kemampuan switching mereka. Bergantung pada aplikasi penggunaannya, terdapat empat jenis utama optocoupler yang tersedia:
- Optocoupler yang menggunakan phototransistor.
- Optocoupler yang menggunakan Photo Darlington Transistor.
- Optocoupler yang menggunakan Photo TRIAC.
- Optocoupler yang menggunakan Photo SCR.
Berikut adalah penjelasan lengkap mengenai setiap jenis optocoupler tersebut.
1. Optocoupler Phototransistor
Pada diagram di atas, kita dapat melihat struktur internal dari optocoupler berbasis phototransistor. Optocoupler ini menggunakan transistor jenis PNP atau NPN tergantung pada desainnya.
Optocoupler ini memiliki dua jenis tergantung pada konfigurasi pin outputnya. Pada diagram di sebelah kiri, terdapat tambahan pin output yang terhubung secara internal dengan basis transistor.
Pin 6 pada optocoupler ini digunakan untuk mengontrol sensitivitas dari phototransistor. Biasanya, pin ini terhubung dengan ground atau negatif melalui resistor bernilai tinggi. Konfigurasi ini memastikan bahwa transien listrik dapat dikontrol dengan efektif.
Sebelum menggunakan optocoupler berbasis phototransistor, pengguna harus memperhatikan rating maksimum dari transistor yang digunakan. Beberapa jenis optocoupler yang umum digunakan berbasis phototransistor antara lain PC816, PC817, LTV817, dan K847PH. Optocoupler berbasis transistor ini biasanya digunakan dalam isolasi rangkaian DC.
2. Optocoupler Transistor Photodarlington
Pada gambar di atas, terlihat dua jenis simbol dan bagian dalam optocoupler berbasis foto Darlington.
Transistor Darlington terdiri dari dua transistor yang disusun secara seri, di mana satu transistor mengendalikan basis transistor lainnya. Konfigurasi ini memberikan optocoupler kemampuan gain yang tinggi.
Seperti biasa, LED memancarkan cahaya inframerah dan mengontrol basis dari pasangan transistor. Jenis optocoupler ini umumnya digunakan dalam aplikasi yang berkaitan dengan isolasi rangkaian DC.
Pin ke-6, yang terhubung secara internal ke basis transistor, digunakan untuk mengontrol sensitivitas transistor. Beberapa contoh optocoupler berbasis foto Darlington antara lain 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, dan H21B3. Optocoupler jenis ini memiliki kegunaan yang luas dalam berbagai aplikasi elektronik yang memerlukan isolasi galvanik dan peningkatan gain.
3. Optocoupler PhotoTRIAC
TRIAC (Triode for Alternating Current) biasanya digunakan untuk mengendalikan atau mengalihkan arus listrik AC. Meskipun LED dapat dikontrol dengan menggunakan arus searah (DC), TRIAC digunakan untuk mengendalikan perangkat atau beban yang membutuhkan arus bolak-balik (AC).
Optocoupler memberikan isolasi yang sangat baik dalam hal ini. Dalam aplikasi TRIAC, optocoupler digunakan untuk mengisolasi sinyal kontrol yang berbasis DC dari sirkuit daya AC, sehingga menghindari bahaya tegangan tinggi yang dapat merusak sirkuit kontrol.
Contoh optocoupler berbasis foto TRIAC yang umum digunakan antara lain IL420, 4N35, dan sejenisnya. Optocoupler ini memungkinkan penggunaan sinyal kontrol yang aman dan terisolasi dari sirkuit daya AC, menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi yang memerlukan kontrol beban AC dengan keamanan yang lebih tinggi.
4. Optocoupler PhotoSCR
SCR (Silicon Controlled Rectifier) atau Thyristor merupakan komponen semikonduktor yang digunakan untuk mengendalikan arus pada rangkaian AC. Gambar di atas menunjukkan bagian internal dari optocoupler berbasis Photo SCR.
Seperti halnya jenis optocoupler lainnya, LED dalam optocoupler ini memancarkan cahaya inframerah. SCR dikendalikan oleh intensitas cahaya LED. Optocoupler berbasis photo SCR umumnya digunakan dalam rangkaian AC untuk mengendalikan aliran arus.
Beberapa contoh optocoupler berbasis photo SCR yang sering digunakan antara lain MOC3071, IL400, MOC3072, dan sejenisnya. Penggunaan optocoupler ini memungkinkan pengendalian yang aman dan terisolasi terhadap SCR, menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi yang memerlukan kontrol arus AC dengan keamanan yang lebih tinggi.
Aplikasi Optocoupler
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, beberapa optocoupler digunakan dalam rangkaian DC, sementara yang lain digunakan dalam rangkaian AC. Karena optocoupler tidak memungkinkan sambungan listrik langsung antara dua sisi, fungsi utamanya adalah untuk mengisolasi dua rangkaian.
Seperti halnya transistor, optocoupler juga dapat digunakan sebagai perangkat switching. Mereka dapat digunakan dalam berbagai operasi terkait mikrokontroler di mana pulsa digital atau informasi analog diperlukan dari rangkaian tegangan tinggi, optocoupler memberikan isolasi yang sangat baik antara keduanya.
Optocoupler juga dapat digunakan untuk deteksi AC dan operasi terkait kontrol DC. Berikut adalah beberapa kegunaan optocoupler dalam rangkaian elektronika.
1. Optocoupler untuk Switching Rangkaian DC
Pada rangkaian di atas, digunakan rangkaian optocoupler berbasis phototransistor, yang bertindak sebagai saklar transistor pada umumnya.
Dalam skema rangkaian tersebut, optocoupler berbasis phototransistor PC817 digunakan. LED inframerah dikendalikan oleh saklar S1.
Ketika saklar ditekan, sumber baterai 9V memberikan arus ke LED melalui resistor pembatas arus 10k. Intensitas cahaya LED dikendalikan oleh resistor R1.
Dengan mengubah nilai resistor R1 menjadi lebih rendah, intensitas cahaya LED akan meningkat sehingga transistor mendapatkan gain yang lebih tinggi.
Di sisi lain, terdapat phototransistor yang dikendalikan oleh LED inframerah internal. Ketika LED memancarkan cahaya inframerah, phototransistor akan menghantarkan dan VOUT akan menjadi 0, mematikan beban yang terhubung di atasnya.
Perlu diingat bahwa sesuai dengan datasheet, arus kolektor transistor adalah 50mA. Resistor R2 menyediakan VOUT sebesar 5V. R2 adalah resistor pull-up.
Dalam konfigurasi ini, optocoupler berbasis phototransistor dapat digunakan dengan mikrokontroler untuk mendeteksi pulsa atau interupsi. Optocoupler ini memungkinkan isolasi yang baik antara sinyal kontrol dan sirkuit daya, sehingga meningkatkan keandalan dan keamanan dalam pengendalian perangkat elektronik.
2. Optocoupler untuk Mendeteksi Tegangan AC
Rangkaian di atas dirancang untuk mendeteksi tegangan AC. LED inframerah dikendalikan menggunakan dua resistor 100k.
Penggunaan dua resistor 100k sebagai pengganti satu resistor 200k bertujuan untuk memberikan keamanan tambahan dalam menghadapi kondisi yang berhubungan dengan arus pendek.
LED terhubung ke stopkontak dinding pada Line (L) dan Netral (N). Saat S1 ditekan, LED mulai memancarkan cahaya inframerah. Phototransistor memberikan respons dan mengubah VOUT dari 5V menjadi 0V.
Dalam konfigurasi ini, optocoupler dapat dihubungkan melalui rangkaian tegangan rendah, seperti unit mikrokontroler, di mana deteksi tegangan AC diperlukan. Optocoupler ini memungkinkan isolasi yang baik antara sirkuit tegangan tinggi AC dan unit kontrol, meningkatkan keamanan dan keandalan dalam mendeteksi tegangan AC.
3. Optocoupler untuk Mengontrol Rangkaian AC menggunakan tegangan DC
Pada rangkaian di atas, LED dikendalikan oleh baterai 9V melalui resistor 10k sebagai indikator status sakelar. Di sisi lain, digunakan optocoupler berbasis photo TRIAC.
Optocoupler ini dapat mengontrol lampu AC dari stopkontak AC 220V. Resistor 68R digunakan untuk mengontrol TRIAC BT136 yang dikendalikan oleh photo-TRIAC di dalam unit optocoupler.
Konfigurasi ini digunakan untuk mengontrol peralatan listrik menggunakan rangkaian tegangan rendah. IL420 digunakan dalam skema di atas, yang merupakan optocoupler berbasis photo TRIAC. Optocoupler ini memberikan isolasi yang aman antara rangkaian kontrol dan beban AC, sehingga meningkatkan keamanan dan keandalan dalam pengendalian peralatan listrik.
Fungsi Optocoupler untuk Kehidupan Sehari-hari
Optocoupler memiliki peran penting dalam aplikasi sehari-hari, seperti dalam tombol saklar atau switch, serta dalam mesin cuci otomatis. Contohnya, dalam mesin cuci otomatis, optocoupler digunakan untuk mengontrol berbagai fungsi, seperti pengisian air atau pemutaran siklus pencucian.
Cara kerjanya relatif sederhana namun efektif. Ketika Anda mendekati telapak tangan di bawah kran otomatis, sensor optocoupler mendeteksi perubahan cahaya yang dihasilkan oleh gerakan tangan. Informasi ini kemudian diubah menjadi sinyal listrik yang mengaktifkan proses pengisian air.
Selain itu, optocoupler juga berperan penting dalam motor hybrid. Mereka dapat dipasang di antara piringan hitam dan berkontribusi pada pengumpulan data elektronik yang penting untuk mengoptimalkan kinerja motor.
Jika Anda memilih untuk menggunakan optocoupler, penting untuk memilih yang sesuai dengan kebutuhan Anda. Sebagai contoh, optocoupler isolator modul dengan PC817 yang memiliki 1 channel dapat menjadi pilihan yang baik.
Kelebihan dari optocoupler adalah kemampuannya untuk mengisolasi sistem kontrol mikro (SCM). Hal ini penting untuk melindungi sistem elektronik, seperti saat mengendarai sepeda motor di mana kondisi lingkungan dapat bervariasi.
Dengan demikian, optocoupler tidak hanya memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, tetapi juga dapat memberikan perlindungan tambahan bagi sistem elektronik yang cerdas dan sensitif.
Kesimpulan
Apakah penjelasan mengenai optocoupler di atas sudah cukup membantu? Mulai dari jenis, fungsi, hingga cara kerjanya telah dijelaskan secara mendetail.
Kehadiran komponen optocoupler dalam sirkuit elektronik memungkinkan perangkat tertentu untuk bekerja secara lebih canggih. Selain itu, tujuan utamanya adalah untuk menyederhanakan dan mengurangi beban kerja yang sebelumnya dilakukan secara manual.