অপ্টোকাপলার, যা মাধ্যম হিসেবে আলোক সংকেত ব্যবহার করে বর্তনী সংযুক্ত করে, তার উচ্চ বহুমুখিতা এবং স্থায়িত্ব ও অন্তরক ক্ষমতার মতো নির্ভরযোগ্যতার কারণে শব্দবিজ্ঞান, চিকিৎসা এবং শিল্পের মতো অপরিহার্য ক্ষেত্রগুলিতে একটি সক্রিয় উপাদান।
কিন্তু অপ্টোকাপলার কখন এবং কোন পরিস্থিতিতে কাজ করে, এবং এর পেছনের মূলনীতিটি কী? অথবা যখন আপনি আপনার নিজের ইলেকট্রনিক্সের কাজে ফটোকাপলার ব্যবহার করেন, তখন আপনি হয়তো জানেন না কীভাবে এটি বাছাই এবং ব্যবহার করতে হয়। কারণ অপ্টোকাপলারকে প্রায়শই “ফোটোট্রানজিস্টর” এবং “ফোটোডায়োড”-এর সাথে গুলিয়ে ফেলা হয়। তাই, এই প্রবন্ধে ফটোকাপলার কী, তা তুলে ধরা হবে।
ফটোকাপলার কাকে বলে?
অপ্টোকাপলার হলো একটি ইলেকট্রনিক উপাদান যার ব্যুৎপত্তিগত অর্থ হলো অপটিক্যাল।
কাপলার, যার অর্থ “আলোর মাধ্যমে সংযোগ”। এটি কখনও কখনও অপ্টোকাপলার, অপটিক্যাল আইসোলেটর, অপটিক্যাল ইনসুলেশন ইত্যাদি নামেও পরিচিত। এটি একটি আলো নির্গমনকারী উপাদান এবং একটি আলো গ্রহণকারী উপাদান নিয়ে গঠিত এবং অপটিক্যাল সংকেতের মাধ্যমে ইনপুট সাইড সার্কিট এবং আউটপুট সাইড সার্কিটকে সংযুক্ত করে। এই সার্কিটগুলোর মধ্যে কোনো বৈদ্যুতিক সংযোগ থাকে না, অন্য কথায়, এটি একটি অন্তরক অবস্থায় থাকে। তাই, ইনপুট এবং আউটপুটের মধ্যে সার্কিট সংযোগ পৃথক থাকে এবং শুধুমাত্র সংকেত প্রেরিত হয়। এটি ইনপুট এবং আউটপুটের মধ্যে উচ্চ ভোল্টেজ অন্তরক ব্যবহার করে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজ স্তরের সার্কিটগুলোকে নিরাপদে সংযুক্ত করে।
এছাড়াও, এই আলোক সংকেত প্রেরণ বা অবরুদ্ধ করার মাধ্যমে এটি একটি সুইচ হিসেবে কাজ করে। এর বিস্তারিত নীতি ও কার্যপ্রণালী পরে ব্যাখ্যা করা হবে, তবে ফটোকাপলারের আলো নিঃসরণকারী উপাদানটি হলো একটি এলইডি (লাইট এমিটিং ডায়োড)।
১৯৬০-এর দশক থেকে ১৯৭০-এর দশক পর্যন্ত, যখন এলইডি আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং এর প্রযুক্তিগত অগ্রগতি ছিল উল্লেখযোগ্য,অপ্টোইলেকট্রনিক্সব্যাপক জনপ্রিয়তা লাভ করল। সেই সময়ে, বিভিন্নঅপটিক্যাল ডিভাইসউদ্ভাবিত হয়েছিল, এবং ফটোইলেকট্রিক কাপলার ছিল সেগুলোর মধ্যে অন্যতম। পরবর্তীকালে, অপ্টোইলেকট্রনিক্স দ্রুত আমাদের জীবনে প্রবেশ করে।
① নীতি/পদ্ধতি
অপ্টোকাপলারের মূলনীতি হলো, আলো-নিঃসরণকারী উপাদান ইনপুট বৈদ্যুতিক সংকেতকে আলোতে রূপান্তরিত করে এবং আলো-গ্রহণকারী উপাদান সেই আলোকে ফেরত বৈদ্যুতিক সংকেত হিসেবে আউটপুট সার্কিটে প্রেরণ করে। আলো-নিঃসরণকারী উপাদান এবং আলো-গ্রহণকারী উপাদান বাহ্যিক আলোর ব্লকের অভ্যন্তরে থাকে এবং আলো প্রেরণের জন্য দুটি একে অপরের বিপরীতে অবস্থান করে।
আলো-নিঃসরণকারী উপাদানগুলিতে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর হলো এলইডি (লাইট-এমিটিং ডায়োড)। অন্যদিকে, ব্যবহারের পরিবেশ, বাহ্যিক আকার, দাম ইত্যাদির উপর নির্ভর করে আলো-গ্রহণকারী ডিভাইসগুলিতে বিভিন্ন ধরণের সেমিকন্ডাক্টর ব্যবহৃত হয়, তবে সাধারণভাবে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয় ফটোট্রানজিস্টর।
যখন কাজ করে না, তখন ফোটোট্রানজিস্টর সাধারণ সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায় খুব সামান্যই বিদ্যুৎ পরিবহন করে। যখন আলো সেখানে আপতিত হয়, তখন ফোটোট্রানজিস্টরটি পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর এবং এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের পৃষ্ঠে একটি ফোটোইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স তৈরি করে, এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরের হোলগুলো পি অঞ্চলে প্রবাহিত হয়, পি অঞ্চলের মুক্ত ইলেকট্রনগুলো এন অঞ্চলে প্রবাহিত হয় এবং এর ফলে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হতে শুরু করে।
ফোটোট্রানজিস্টর ফোটোডায়োডের মতো ততটা দ্রুত সাড়া দেয় না, কিন্তু অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের কারণে এগুলিও ইনপুট সিগন্যালকে শত শত থেকে ১,০০০ গুণ পর্যন্ত বিবর্ধিত করে। তাই, এগুলি দুর্বল সংকেতও গ্রহণ করার মতো যথেষ্ট সংবেদনশীল, যা একটি সুবিধা।
প্রকৃতপক্ষে, আমরা যে ‘লাইট ব্লকার’ দেখি, তা একই নীতি ও কার্যপ্রণালী সম্পন্ন একটি ইলেকট্রনিক ডিভাইস।
তবে, লাইট ইন্টারাপ্টার সাধারণত সেন্সর হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং আলো-নিঃসরণকারী ও আলো-গ্রহণকারী উপাদানের মাঝে একটি আলো-অবরোধকারী বস্তু রেখে তাদের কাজ সম্পাদন করে। উদাহরণস্বরূপ, এটি ভেন্ডিং মেশিন এবং এটিএম-এ মুদ্রা ও নোট শনাক্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
২ বৈশিষ্ট্য
যেহেতু অপ্টোকাপলার আলোর মাধ্যমে সংকেত প্রেরণ করে, তাই এর ইনপুট এবং আউটপুট প্রান্তের মধ্যেকার অন্তরক একটি প্রধান বৈশিষ্ট্য। উচ্চ অন্তরক সহজে নয়েজ দ্বারা প্রভাবিত হয় না, এবং পাশাপাশি সংলগ্ন সার্কিটগুলোর মধ্যে আকস্মিক বিদ্যুৎ প্রবাহও প্রতিরোধ করে, যা নিরাপত্তার দিক থেকে অত্যন্ত কার্যকর। আর এর গঠনটিও তুলনামূলকভাবে সরল এবং যুক্তিসঙ্গত।
এর দীর্ঘ ইতিহাসের কারণে, বিভিন্ন নির্মাতার সমৃদ্ধ পণ্য সম্ভারও অপ্টোকাপলারের একটি অনন্য সুবিধা। যেহেতু কোনো ভৌত সংস্পর্শ নেই, তাই যন্ত্রাংশগুলোর মধ্যে ক্ষয় কম হয় এবং এর আয়ুষ্কাল দীর্ঘ হয়। অন্যদিকে, এর একটি বৈশিষ্ট্য হলো এর আলোক দক্ষতার সহজে ওঠানামা করার প্রবণতা, কারণ সময় অতিবাহিত হওয়া এবং তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে সাথে এলইডি ধীরে ধীরে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়।
বিশেষ করে যখন স্বচ্ছ প্লাস্টিকের অভ্যন্তরীণ উপাদানটি দীর্ঘ সময় ধরে থাকে এবং ঘোলা হয়ে যায়, তখন আলো খুব ভালো থাকে না। তবে, যাই হোক না কেন, যান্ত্রিক সংযোগের তুলনায় এর আয়ুষ্কাল অনেক বেশি।
ফোটোট্রানজিস্টর সাধারণত ফোটোডায়োডের চেয়ে ধীরগতির হয়, তাই এগুলো উচ্চ-গতির যোগাযোগের জন্য ব্যবহৃত হয় না। তবে, এটি কোনো অসুবিধা নয়, কারণ কিছু কম্পোনেন্টের আউটপুট প্রান্তে গতি বাড়ানোর জন্য অ্যামপ্লিফিকেশন সার্কিট থাকে। প্রকৃতপক্ষে, সব ইলেকট্রনিক সার্কিটের গতি বাড়ানোর প্রয়োজন হয় না।
③ ব্যবহার
ফটোইলেকট্রিক কাপলারএগুলো প্রধানত সুইচিং অপারেশনের জন্য ব্যবহৃত হয়। সুইচ অন করার মাধ্যমে সার্কিটটি সক্রিয় হয়, কিন্তু উপরোক্ত বৈশিষ্ট্য, বিশেষ করে ইনসুলেশন এবং দীর্ঘ জীবনকালের পরিপ্রেক্ষিতে, এটি উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজন এমন ক্ষেত্রগুলোর জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত। উদাহরণস্বরূপ, মেডিকেল ইলেকট্রনিক্স এবং অডিও সরঞ্জাম/যোগাযোগ সরঞ্জামের ক্ষেত্রে নয়েজ একটি বড় শত্রু।
এটি মোটর ড্রাইভ সিস্টেমেও ব্যবহৃত হয়। মোটরের ক্ষেত্রে কারণটি হলো, এটিকে চালানোর সময় ইনভার্টার দ্বারা এর গতি নিয়ন্ত্রণ করা হয়, কিন্তু উচ্চ আউটপুটের কারণে এটি শব্দ উৎপন্ন করে। এই শব্দ শুধু মোটরটিকেই বিকল করে না, বরং “গ্রাউন্ড”-এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে পেরিফেরাল ডিভাইসগুলোকেও প্রভাবিত করে। বিশেষ করে, দীর্ঘ তারযুক্ত সরঞ্জামগুলিতে এই উচ্চ আউটপুট শব্দ সহজেই প্রবেশ করে, তাই কারখানায় এমনটি ঘটলে তা ব্যাপক ক্ষতিসাধন করে এবং কখনও কখনও গুরুতর দুর্ঘটনার কারণ হতে পারে। সুইচিংয়ের জন্য উচ্চ ইনসুলেটেড অপ্টোকাপলার ব্যবহার করে অন্যান্য সার্কিট এবং ডিভাইসের উপর এর প্রভাব ন্যূনতম করা যায়।
দ্বিতীয়ত, অপ্টোকাপলার কীভাবে নির্বাচন ও ব্যবহার করতে হয়
পণ্য ডিজাইনে প্রয়োগের জন্য সঠিক অপ্টোকাপলার কীভাবে ব্যবহার করবেন? নিম্নলিখিত মাইক্রোকন্ট্রোলার উন্নয়ন প্রকৌশলীগণ অপ্টোকাপলার নির্বাচন ও ব্যবহারের পদ্ধতি ব্যাখ্যা করবেন।
① সর্বদা খোলা এবং সর্বদা বন্ধ
ফটোকাপলার দুই প্রকারের হয়: এক প্রকার যেখানে কোনো ভোল্টেজ প্রয়োগ না করা হলে সুইচটি বন্ধ (অফ) থাকে, আরেক প্রকার যেখানে ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হলে সুইচটি চালু (অফ) হয়, এবং আরেক প্রকার যেখানে কোনো ভোল্টেজ না থাকলে সুইচটি চালু হয় এবং ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হলে বন্ধ হয়।
প্রথমটিকে নরমালি ওপেন এবং পরেরটিকে নরমালি ক্লোজড বলা হয়। কোনটি নির্বাচন করবেন, তা প্রাথমিকভাবে নির্ভর করে আপনার কী ধরনের সার্কিট প্রয়োজন তার উপর।
২ আউটপুট কারেন্ট এবং প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ পরীক্ষা করুন।
ফোটোকাপলারের সিগন্যাল বিবর্ধন করার বৈশিষ্ট্য আছে, কিন্তু এটি সবসময় ইচ্ছামতো ভোল্টেজ এবং কারেন্ট সরবরাহ করে না। অবশ্যই, এর একটি রেটিং থাকে, কিন্তু কাঙ্ক্ষিত আউটপুট কারেন্ট অনুযায়ী ইনপুট প্রান্ত থেকে একটি ভোল্টেজ প্রয়োগ করতে হয়।
পণ্যের ডেটা শিটটি দেখলে আমরা একটি চার্ট দেখতে পাব, যেখানে উল্লম্ব অক্ষটি হলো আউটপুট কারেন্ট (কালেক্টর কারেন্ট) এবং অনুভূমিক অক্ষটি হলো ইনপুট ভোল্টেজ (কালেক্টর-এমিটার ভোল্টেজ)। এলইডি-র আলোর তীব্রতা অনুযায়ী কালেক্টর কারেন্ট পরিবর্তিত হয়, তাই কাঙ্ক্ষিত আউটপুট কারেন্ট অনুযায়ী ভোল্টেজ প্রয়োগ করতে হবে।
তবে, আপনার মনে হতে পারে যে এখানে গণনা করা আউটপুট কারেন্ট আশ্চর্যজনকভাবে কম। সময়ের সাথে সাথে এলইডি-র কার্যক্ষমতা হ্রাসের বিষয়টি বিবেচনা করার পরেও এই কারেন্টের মানটিই নির্ভরযোগ্যভাবে আউটপুট করা সম্ভব, তাই এটি সর্বোচ্চ রেটিং-এর চেয়ে কম।
অন্যদিকে, এমনও ক্ষেত্র রয়েছে যেখানে আউটপুট কারেন্ট বেশি হয় না। তাই, অপ্টোকাপলার বাছাই করার সময় এর “আউটপুট কারেন্ট” ভালোভাবে দেখে নিন এবং এর সাথে মেলে এমন পণ্যটি বেছে নিন।
③ সর্বোচ্চ কারেন্ট
সর্বোচ্চ কন্ডাকশন কারেন্ট হলো সেই সর্বোচ্চ কারেন্টের মান যা একটি অপ্টোকাপলার কন্ডাক্টিং অবস্থায় সহ্য করতে পারে। এক্ষেত্রেও, কেনার আগে আমাদের নিশ্চিত করতে হবে যে প্রজেক্টটির জন্য কী পরিমাণ আউটপুট এবং ইনপুট ভোল্টেজ প্রয়োজন। খেয়াল রাখতে হবে যেন সর্বোচ্চ মান এবং ব্যবহৃত কারেন্ট কোনো সীমাবদ্ধতা না হয়, বরং এর মধ্যে কিছুটা মার্জিন থাকে।
④ ফটোকাপলারটি সঠিকভাবে সেট করুন
সঠিক অপ্টোকাপলারটি বেছে নেওয়ার পর, চলুন এটিকে একটি বাস্তব প্রকল্পে ব্যবহার করা যাক। এর ইনস্টলেশন বেশ সহজ, শুধু প্রতিটি ইনপুট সাইড সার্কিট এবং আউটপুট সাইড সার্কিটের সাথে সংযুক্ত টার্মিনালগুলো জুড়ে দিলেই হবে। তবে, ইনপুট সাইড এবং আউটপুট সাইডের দিক যেন ভুল না হয়, সেদিকে খেয়াল রাখতে হবে। এজন্য, আপনাকে অবশ্যই ডেটা টেবিলের প্রতীকগুলোও দেখে নিতে হবে, যাতে পিসিবি বোর্ড ডিজাইন করার পর ফটোইলেকট্রিক কাপলারের ফুটটি ভুল হয়েছে বলে মনে না হয়।
পোস্ট করার সময়: ২৯ জুলাই, ২০২৩