포토 커플러 (Photo Coupler)

1. 포토 커플러 (Photo Coupler)

• 발광 소자와 수광 소자를 조합한 전자 부품
• 포토 커플러 내부에서 발광 소자는 전기신호(펄스파)를 빛으로 바꾸면 수광소자는 발광 소자가 발산하는 빛을 받아서 다시 전기 신호로 바꾸는 역활을 수행한다.
  
  

다이오드(발광 소자)에서 내보내는 빛을 BJT(수광 소자)가 받아서 빛을 전기 신호로 변환한다. (Source : https://ko.fmuser.net/)

 

 

 

 

 

 

2. 포토 커플러 (Photo Coupler) 의 사용

• 포토 커플러는 발광 소자와 수광 소자 사이가 전기적으로 절연되어 있기 때문에 서로 다른 전기 장치를 연결하는 Interface 회로에 많이 사용된다.
• 포토 커플러를 사용하면 전기 잡음이 다른 장치나 회로에 전달되는 것을 막을 수 있다.

 

 

 

 

3. 포토 커플러 (Photo Coupler) 의 동작

• 아래 회로도는 4N25로 구성한 포토커플러의 기본 회로이다. 

4N25로 구성한 포토커플러의 기본 회로

• 발광 소자인 LED에 펄스파, Vin이 인가되면 LED는 펄스 파형에 따라 ON/OFF를 반복하여 빛을 발산한다.
• 이렇게 LED에 의해 발산한 빛을 포토트랜지스터의 base 영역에서 빛 신호를 전기 신호로 변환시켜 포토트랜지스터도 펄스 파형애 따라 ON/OFF를 반복한다.
• 출력 전압, Vout은 포토트랜지스터가 on되면 Vcc와 GND 사이에 회로가 형성되어 Vcc → GND로 전류가 흐르며, 포토트랜지스터가 off되면 Vcc와 GND 사이에 회로 형성되지 않아 전류가 흐르지 않는다.
• 이를 포토트랜지스터의 동작에 따른 출력 전압,Vout의 값을 정리하면 다음과 같다.
  ▶ LED On → 포토트랜지스터 On : Vout = Low level
  ▶ LED Off → 포토트랜지스터 Off : Vout = Vcc

 

 

3.1. 포토 커플러 (Photo Coupler) 의 신호전달 특성

 

• 아래 그림은 LED의 on/off에 따른 Vout의 전압 변화를 나타내고 있다.

 

3.1.1) LED가 on 될 경우

• 포토트렌지스터의 base 측에서 빛의 신호를 전기 신호로 변환하여 포토트렌지스터가 on되며, Vcc와 GND 사이에 회로 연결이 되어 전류는 Vcc에서 GND로 전류가 흐르게 되고, Vout은 GND와 연결되어 Vout = Low level 값을 갖는다.

 

3.1.2) LED가 off 될 경우

• LED가 off 되면 포토트렌지스터를 켜줄 수 있는 전압이 없기 때문에 포토트랜지스터가 Off되며, Vout은 Vcc와 연결되어 Vout = Vcc 값을 갖는다.

 

3.1.3) Vin과 Vout의 파형

• Vin이 High일 경우, LED와 포토트렌지스터가 on되어 Vout과 GND가 연결되어 Vout = Low level 값을 갖는다.
• Vin이 Low일 경우, LED와 포토트렌지스터가 off되어 Vout과 Vcc가 연결되어 Vout = Vcc 값을 갖는다.
• 따라서 Vin과 Vout의 파형은 위상이 반대임을 알 수 있다.