|
Omdat u in de meeste gevallen optische koppelaars gebruikt om een netspanningsbelasting aan en uit te zetten, ligt de nadruk op dit soort schakelingen. Maar u zult ook een paar zeer ongebruikelijke toepassingen aantreffen. |
Schakelen van netspanning met standaard opto-koppelaar
Het schakelen van netspanningsbelastingen met een normale optische koppelaar is niet zo eenvoudig. De foto-transistor heeft normale transistor karakteristieken en u kunt dit onderdeel dus niet zonder meer op de netspanning aansluiten. In onderstaande figuur is de technisch meest logische, maar ook duurste oplossing getekend. De foto-transistor uit de optische koppelaar (geheel links getekend) wordt gevoed uit een eigen voeding (rechts getekend). Deze voeding mag u voor niets anders gebruiken omdat de gelijkspanning die zij levert rechtstreeks met de netspanning is verbonden. De spanning over de emitterweerstand van de foto-transistor wordt omgezet in een stroom via een emittervolger T1. De emitterspanning stuurt via de weerstand R3 de gate van een triac. Deze triac staat in serie met de belasting geschakeld over het 230 V wisselspanningsnet. De triac gaat ontsteken op het moment dat de foto-transistor gaat geleiden, dus op het moment dat u een stroom door de LED van de optische koppelaar stuurt . Uiteraard blijft de triac ontstoken tot de eerstvolgende nuldoorgang van de netspanning na het wegvallen van de stuurpuls.
 |
| Besturen van de netspanning met een optische koppelaar met foto-transistor. (© 2018 Jos Verstraten) |
Alternatieve schakeling met standaard opto-koppelaar
Het besproken systeem heeft als groot nadeel dat er een eigen trafo en voeding noodzakelijk zijn. Daarom heeft men gezocht naar oplossingen waar deze dure en grote onderdelen kunnen vervallen. In onderstaande figuur is een eenvoudige alternatieve schakeling getekend. De netspanning wordt via een gelijkrichtbrug aangeboden aan een weerstandsdeler R1-R2. Deze reduceert de gelijkgerichte 230 V wisselspanning tot ongeveer 20 V. Als de LED van de optische koppelaar wordt gestuurd zal de foto-transistor gaan geleiden. Het gevolg is dat de emitterstroom naar de gate van de thyristor D1 vloeit en dit onderdeel ontsteekt. U moet nu geen triac toepassen, omdat de wisselspanning immers wordt gelijkgericht. Nadat de schakeling is ontstoken sluit de thyristor de brug kort, zodat de belasting via de brug rechtstreeks met de netspanning wordt verbonden. Voor de belasting maakt dat niets uit, omdat de stroom er in twee richtingen doorheen vloeit. Deze wordt dus nog steeds met wisselspanning gevoed.
 |
| Vervangen van de trafo door een weerstandsdeler.(© 2018 Jos Verstraten) |
Vervangen van resistieve door capacitieve spanningsdeler
Het nadeel van deze methode is dat weerstand R1 heel wat vermogen moet dissiperen en daarvoor een 3 W type noodzakelijk is dat behoorlijk warm wordt. In onderstaande figuur is een oplossing voor dit probleem gegeven. In dit schema wordt de resistieve spanningsdeler vervangen door een capacitieve. De condensator C1 heeft voor de 50 Hz van de netspanning een bepaalde impedantie. Samen met de weerstand R2 en de twee zenerdioden van 5,6 V wordt een hulpvoeding van ongeveer 6,5 V verzorgd, die via de gelijkrichtbrug de transistor in de opto-koppelaar van spanning voorziet. Het leveren van de gatestroom voor de triac D7 wordt nu aan de darlington T1 overgelaten. In dit schema blijft het secundaire systeem altijd onder spanning staan, ook als de triac doorslaat en de belasting met het net verbindt. De condensator C1 moet een hoogspanningstype zijn met een doorslagspanning van minstens 400 V.
 |
| Vervangen van de resistieve door een capacitieve spanningsdeler. (© 2018 Jos Verstraten) |
Schakelen van de netspanning met opto-thyristor en -triac
In onderstaande figuur zijn de standaard schema's getekend voor het rechtstreeks schakelen van een netspanningsbelasting met behulp van optische koppelaars met foto-thyristor of -triac. Bij de thyristor is uiteraard een gelijkrichtbrug noodzakelijk, die er voor zorgt dat de stroom steeds van de anode naar de kathode door het onderdeel vloeit. Bij de triac-schakeling is deze gelijkrichter niet noodzakelijk en wordt het schema wel heel erg eenvoudig. De foto-triac wordt gebruikt voor het leveren van de gate-stroom van de externe triac, die in serie met de belasting tussen de aansluitingen van het net is geschakeld.
 |
| Het schakelen van de netspanning vanuit een optische koppelaar met thyristor of triac. (© 2018 Jos Verstraten) |
230 V belastingen schakelen uit TTL-logica
In onderstaande figuur is een schema getekend waarmee u 230 V netbelastingen kunt schakelen uit de TTL-uitgangen van een digitaal systeem. De TTL-uitgang stuurt de emittervolger T1. De emitterstroom wordt via een begrenzingsweerstand R1 naar de LED uit de optische koppelaar gestuurd. De foto-triac stuurt de gate van de eigenlijke triac.
In dit schema is een voorziening aangebracht waarmee u alle belastingen door één extern stuursignaal kunt uitschakelen. Zolang het signaal BLACKOUT hoog is, zullen de transistoren Ta en Tb in geleiding worden gestuurd. De retourleiding van alle LED's wordt naar de massa getrokken. De gezamenlijke LED-stroom vloeit via Tb af naar de massa. Maakt u BLACKOUT laag, dan gaan de twee transistoren sperren en de LED's kunnen niet oplichten. Alle foto-triac's gaan dan sperren, alle ingeschakelde belastingen zullen bij de eerstvolgende nuldoorgang van de netspanning uitschakelen.
Over de triac's ziet u condensatoren en weerstanden geschakeld (R3-C1). Dat zijn de 'snubber'-netwerken die ervoor zorgen dat de spanningsstijging over de triac's niet te snel kan gaan.
 |
| Een schakeling waarmee u netbelastingen kunt schakelen uit de uitgangen van een TTL-systeem. (© 2018 Jos Verstraten) |
Netspanning schakelen bij de nuldoorgang
In onderstaande figuur is een schema met foto-thyristor getekend, dat de netstroom alleen inschakelt na de nuldoorgangen van de netspanning. Dat is een zeer aan te bevelen voorziening, omdat de stroom dan langzaam mét de spanning opkomt en er geen grote inschakel stroompieken ontstaan. Deze veroorzaken immers zeer veel verontreiniging op de netspanning. De gate van de foto-thyristor wordt gedurende de halve perioden van de netspanning door de transistor T1 met de kathode verbonden. De thyristor kan dan niet ontsteken. Alleen rond de nuldoorgangen van de netspanning valt de basissturing van transistor T1 weg en wordt de gate vrij gegeven. Als op dat moment een stroom door de LED van de koppelaar vloeit, gaat de foto-thyristor ontsteken. Deze zal op de reeds beschreven manier de triac D5 in geleiding sturen.
 |
| Het ontsteken van de schakeling bij de nuldoorgangen van de netspanning. (© 2018 Jos Verstraten) |
Geïsoleerde besturing van systeem-B uit systeem-A
Als u, om wat voor reden dan ook, een systeem optisch geïsoleerd uit een ander systeem wilt besturen kunt u gebruik maken van onderstaand schema. Er wordt gebruik gemaakt van een standaard optische koppelaar met een foto-transistor als ontvanger. In dit schema wordt de basis van de opto-transistor ingesteld door middel van de weerstand R2. De condensator C1 zorgt voor een kleine afvlakking van de basisspanning, die het systeem ongevoelig maakt voor korte stoorpulsen die vanuit systeem-A naar systeem-B zouden willen doordringen.
 |
| Een optische geïsoleerde koppeling tussen twee systemen. (© 2018 Jos Verstraten) |
Bidirectionele optische koppelaar
Als u twee systemen optisch wilt koppelen, maar te maken hebt met bidirectionele signalen, kunt u onderstaand schema toepassen. Hart van de schakeling is een P82B96, een 'Dual Bidirectional Bus Buffer'. Beide signalen zijn actief laag, dat betekent dat zij in rust hoog zijn. Stel nu dat u SIGNAAL-A laag trekt. De bidirectionele buffer zet dit lage signaal op zijn uitgang en de diode in opto-koppelaar2 gaat geleiden. De foto-transistor gaat geleiden en trekt via de weerstanden R4 en R5 SIGNAAL-B ook laag.
Stel nu dat u SIGNAAL-B laag trekt. De LED in foto-koppelaar1 gaat geleiden. De geleidende foto-transistor trekt de spanning op de onderzijde van weerstand R2 ook laag. Dit signaal wordt via de bidirectionele buffer doorgegeven naar SIGNAAL-A.
 |
| Een bidirectioneel werkende optische koppeling. (© 2018 Jos Verstraten) |
Een optisch koppeling voor spraaksignalen
Met onderstaand schema kunt u audiosignalen in de spraakbandbreedte tot 8 kHz optisch gescheiden overbrengen van de ene naar de andere schakeling. De LED in de optische koppelaar wordt in klasse-A gestuurd uit de uitgang van een teruggekoppelde op-amp. Dat wil zeggen dat er een ruststroom door de LED vloeit. De positieve ingang van de op-amp is ingesteld op de helft van de voedingsspanning (R1-R2). De negatieve ingang zal zich op dezelfde spanning instellen, zodat er door de LED in de opto-koppelaar een bepaalde ruststroom vloeit. Deze laat de opto-transistor in een bepaalde mate geleiden. Dat kunt u instellen via de instelpotentiometer R4. U verdraait deze tot op de emitter van de foto-transistor de helft van de secundaire voedingsspanning +Ub2 staat. Als u een audio-signaal aan de ingang aanbiedt wordt de stroom door de LED in beperkte mate gemoduleerd. De stroom door de opto-transistor volgt deze modulatie en op de uitgang verschijnt een kopie van het LF-signaal dat u aan de ingang legt. Omdat een foto-transistor een vrij hoge basis/emitter-capaciteit heeft is de bandbreedte van deze schakeling beperkt. Vandaar dat u dit systeem uitsluitend kunt gebruiken voor het geïsoleerd overdragen van spraaksignalen.
 | ||
| Geïsoleerde overdracht van spraaksignalen. (© 2018 Jos Verstraten) |
Geïsoleerde zero-crossing detector
Als u een puls nodig hebt als de netspanning door de nul gaat kunt u onderstaand schema toepassen. De werking ligt voor de hand. De trafospanning wordt gelijkgericht met een brug D1-D4. Deze spanning stuurt stroom door de LED van de optische koppelaar, behalve als de netspanning rond het nulpunt zit. De LED dooft, de foto-transistor gaat sperren en de uitgang gaat naar de voedingsspanning. Op de uitgang verschijnen dus smalle positieve pulsjes op het moment dat de netspanning door de nul gaat.
 |
| Een geïsoleerde zero-crossing detector. (© 2018 Jos Verstraten) |
Optisch geïsoleerde AAN/UIT-besturing
In onderstaande figuur is een wel heel bijzondere toepassing van opto-koppelaars voorgesteld. Met de twee drukknoppen S1 en S2 kunt u een systeem, volledig galvanisch gescheiden, in- en uitschakelen. Als beide drukknoppen in rust zijn, kunnen de twee LED's in de optische koppelaars niet geleiden. De uitgang is via de weerstand R2 met de secundaire massa GND2 verbonden. Drukt u even op S1, dan gaat er stroom vloeien door de keten +Ub1, R1, de LED in opto-koppelaar1, D1, S1, de LED in opto-koppelaar2 en de massa. Beide foto-transistoren gaan geleiden. Het gevolg is dat als u de drukknop weer loslaat de foto-transistor in opto-koppelaar2 de taak van de drukknop overneemt en de genoemde stroomkring blijft bestaan. De uitgang wordt via T1 positief. Deze situatie blijft bestaan tot u even op de drukknop S2 drukt. Deze sluit de LED in opto-koppelaar2 kort. Deze dooft en de foto-transistor in opto-koppelaar2 spert. Hierdoor wordt de stroomkring onderbroken, waardoor ook de bovenste foto-transistor naar sper schakelt en de uitgang weer met de massa GND2 wordt verbonden via R2.
 |
| Een optisch geïsoleerde AAN/UIT-besturing. (© 2018 Jos Verstraten) |
Volledig lineaire optische koppeling
Dank zij speciale lineaire optische koppelaars kunt u een variërend ingangssignaal volledig lineair overzetten naar een tweede, optisch geïsoleerd signaal. In zo'n lineaire optische koppelaar belicht de LED twee volledig identieke foto-dioden. De schakeling in onderstaande figuur werkt in de zogenoemde foto-voltaïsche modus. In deze modus is een lineariteit haalbaar die te vergelijken is met deze van een 14 bit D/A-omzetter en met een bandbreedte tot 40 kHz. In de foto-voltaïsche modus werken de twee foto-dioden als stroombronnen. Let op dat we het hier hebben over de lekstromen IP1 en IP2 van de foto-dioden, deze zijn namelijk afhankelijk van de hoeveelheid licht die op de onderdelen invalt. Om deze stromen te meten worden foto-dioden tussen de ingangen van twee op-amp's aangesloten. Naarmate Uin toeneemt wordt de stroom door de LED groter, waardoor ook de optische flux toeneemt.
De LED-flux valt op de linker foto-diode, waardoor een stroom IP1 begint te vloeien naar de inverterende ingang van op-amp OP1. Deze stroom is recht evenredig met Uin en houdt de spanning op de inverterende ingang gelijk aan de ingangsspanning. De optische flux van de LED valt ook op de rechter foto-diode aan de uitgang, waardoor een stroom IP2 vloeit naar de niet-inverterende ingang van op-amp OP2. Deze stroom wekt over de weerstand R3 een spanning op die recht evenredig is met de stroom IP2. Omdat IP2 gelijk is aan IP1 (beide foto-dioden zijn exact identiek) zal ook de spanning over R3 recht evenredig zijn met de ingangsspanning. Deze spanning wordt gebufferd door OP2 en verschijnt met een lage impedantie op de uitgang van de schakeling. Aan de uitgang van de versterker verschijnt dus een spanning Uuit, die recht evenredig (lineair) is met de ingangsspanning Uin.
 |
| Volledig lineaire signaaloverdracht via een speciale optische koppelaar. (© 2018 Jos Verstraten) |
Zero-crossing netbesturing met een MOC3063
De MOC3063 is een speciale optische koppelaar, die secundair is uitgerust met een foto-triac. Dank zij een ingebouwde ontsteekschakeling kan deze triac alleen ontsteken als aan twee voorwaarden wordt voldaan:
- De ingebouwde LED moet (uiteraard) licht uitstralen.
- De netspanning moet beginnen aan een nieuwe positieve of negatieve cyclus.
In onderstaande figuur is het wel heel eenvoudige schema rond dit onderdeel getekend. De ingebouwde foto-triac kan maximaal 600 Vtop-tot-top verdragen en kan een piekstroom van 1 A verwerken. Voor zware belastingen moet u dus een extra triac extern aanbrengen.
 |
| Een netschakelaar die alleen inschakelt op het moment dat de netspanning aan een nieuwe cyclus begint. (© 2018 Jos Verstraten) |
Koop uw microscoop bij Banggood
