Os optoacopladores, que conectam circuitos usando sinais ópticos como meio, são um elemento atuante em áreas onde a alta precisão é indispensável, como acústica, medicina e indústria, devido à sua grande versatilidade e confiabilidade, como durabilidade e isolamento.
Mas quando e em que circunstâncias o optoacoplador funciona, e qual é o princípio por trás dele? Ou, ao usar um optoacoplador em seus projetos eletrônicos, você pode não saber como escolher e utilizá-lo. Isso porque o optoacoplador é frequentemente confundido com fototransistor e fotodiodo. Portanto, o que é um optoacoplador será explicado neste artigo.
O que é um fotoacoplador?
O optoacoplador é um componente eletrônico cuja etimologia é óptica.
Um acoplador óptico, cujo nome significa "acoplamento por luz", também é conhecido como optoacoplador, isolador óptico ou isolante óptico. Ele consiste em um elemento emissor de luz e um elemento receptor de luz, e conecta o circuito de entrada ao circuito de saída por meio de um sinal óptico. Não há conexão elétrica entre esses circuitos, ou seja, eles estão isolados. Portanto, a conexão entre a entrada e a saída é separada, e apenas o sinal é transmitido. Ele permite a conexão segura de circuitos com níveis de tensão de entrada e saída significativamente diferentes, com isolamento de alta tensão entre a entrada e a saída.
Além disso, ao transmitir ou bloquear esse sinal luminoso, ele funciona como um interruptor. O princípio e o mecanismo detalhados serão explicados posteriormente, mas o elemento emissor de luz do fotoacoplador é um LED (diodo emissor de luz).
Das décadas de 1960 a 1970, quando os LEDs foram inventados e seus avanços tecnológicos foram significativos,optoeletrônicaVirou um boom. Naquela época, váriosdispositivos ópticosForam inventados diversos dispositivos, e o acoplador fotoelétrico foi um deles. Posteriormente, a optoeletrônica rapidamente se infiltrou em nossas vidas.
① Princípio/mecanismo
O princípio do optoacoplador é que o elemento emissor de luz converte o sinal elétrico de entrada em luz, e o elemento receptor de luz transmite o sinal elétrico de volta para o circuito de saída. O elemento emissor de luz e o elemento receptor de luz estão localizados no interior do bloco de luz externa, e os dois estão posicionados em lados opostos para que a luz seja transmitida.
O semicondutor usado em elementos emissores de luz é o LED (diodo emissor de luz). Por outro lado, existem muitos tipos de semicondutores usados em dispositivos receptores de luz, dependendo do ambiente de uso, tamanho externo, preço, etc., mas, em geral, o mais comum é o fototransistor.
Quando não estão em funcionamento, os fototransistores conduzem pouca corrente em comparação com os semicondutores comuns. Quando a luz incide sobre eles, o fototransistor gera uma força fotoeletromotriz na superfície do semicondutor tipo P e do semicondutor tipo N. Os buracos no semicondutor tipo N fluem para a região p, os elétrons livres no semicondutor tipo p fluem para a região n, e a corrente flui.
Os fototransistores não são tão responsivos quanto os fotodiodos, mas também têm o efeito de amplificar o sinal de saída em centenas a até mil vezes o sinal de entrada (devido ao campo elétrico interno). Portanto, são sensíveis o suficiente para captar até mesmo sinais fracos, o que é uma vantagem.
Na verdade, o "bloqueador de luz" que vemos é um dispositivo eletrônico com o mesmo princípio e mecanismo.
No entanto, os bloqueadores de luz são geralmente usados como sensores e desempenham sua função passando um objeto que bloqueia a luz entre o elemento emissor de luz e o elemento receptor de luz. Por exemplo, podem ser usados para detectar moedas e notas em máquinas de venda automática e caixas eletrônicos.
② Características
Como o optoacoplador transmite sinais por meio de luz, o isolamento entre a entrada e a saída é uma característica fundamental. Um alto isolamento não é facilmente afetado por ruídos e também impede o fluxo acidental de corrente entre circuitos adjacentes, o que é extremamente eficaz em termos de segurança. Além disso, a estrutura em si é relativamente simples e racional.
Devido à sua longa história, a ampla gama de produtos de diversos fabricantes também é uma vantagem exclusiva dos optoacopladores. Como não há contato físico, o desgaste entre as peças é pequeno e a vida útil é maior. Por outro lado, eles também apresentam a característica de terem a eficiência luminosa sujeita a flutuações, pois o LED se deteriora gradualmente com o passar do tempo e as mudanças de temperatura.
Principalmente quando o componente interno do plástico transparente fica opaco por muito tempo, a luminosidade não é muito boa. No entanto, em qualquer caso, a vida útil é muito longa em comparação com o contato mecânico.
Os fototransistores são geralmente mais lentos que os fotodiodos, portanto não são usados em comunicações de alta velocidade. No entanto, isso não é uma desvantagem, pois alguns componentes possuem circuitos de amplificação na saída para aumentar a velocidade. Aliás, nem todos os circuitos eletrônicos precisam de aumento de velocidade.
③ Utilização
acopladores fotoelétricosSão utilizados principalmente para operações de comutação. O circuito será energizado ao acionar a chave, mas, considerando as características mencionadas, especialmente o isolamento e a longa vida útil, são adequados para cenários que exigem alta confiabilidade. Por exemplo, o ruído é um problema grave em equipamentos eletrônicos médicos e em equipamentos de áudio/comunicação.
Também é utilizado em sistemas de acionamento de motores. O motivo para o motor ser controlado pelo inversor durante o acionamento, o que gera ruído devido à alta potência de saída. Esse ruído pode não apenas causar falhas no próprio motor, mas também se propagar pelo terra, afetando periféricos. Em particular, equipamentos com fiação longa são suscetíveis a esse ruído de alta potência, o que, se ocorrer em uma fábrica, pode causar grandes prejuízos e, às vezes, acidentes graves. Ao utilizar optoacopladores com alto isolamento para a comutação, o impacto em outros circuitos e dispositivos pode ser minimizado.
Em segundo lugar, como escolher e usar optoacopladores.
Como usar o optoacoplador correto para aplicação no projeto de produtos? Os engenheiros de desenvolvimento de microcontroladores a seguir explicarão como selecionar e usar optoacopladores.
① Sempre aberto e sempre fechado
Existem dois tipos de fotoacopladores: um tipo em que o interruptor está desligado (off) quando nenhuma tensão é aplicada, um tipo em que o interruptor está ligado (off) quando uma tensão é aplicada e um tipo em que o interruptor está ligado quando não há tensão. Ele liga e desliga quando a tensão é aplicada.
O primeiro é chamado de normalmente aberto e o segundo de normalmente fechado. A escolha depende, em primeiro lugar, do tipo de circuito necessário.
② Verifique a corrente de saída e a tensão aplicada.
Os fotoacopladores têm a propriedade de amplificar o sinal, mas nem sempre transmitem a tensão e a corrente desejadas. É claro que possuem uma especificação, mas é necessário aplicar uma tensão na entrada de acordo com a corrente de saída desejada.
Se observarmos a ficha técnica do produto, veremos um gráfico onde o eixo vertical representa a corrente de saída (corrente de coletor) e o eixo horizontal representa a tensão de entrada (tensão coletor-emissor). A corrente de coletor varia de acordo com a intensidade da luz do LED, portanto, aplique a tensão de acordo com a corrente de saída desejada.
No entanto, você pode achar que a corrente de saída calculada aqui é surpreendentemente pequena. Este é o valor de corrente que ainda pode ser emitido de forma confiável após levar em consideração a deterioração do LED ao longo do tempo, portanto, é menor que a classificação máxima.
Pelo contrário, existem casos em que a corrente de saída não é alta. Portanto, ao escolher o optoacoplador, certifique-se de verificar cuidadosamente a “corrente de saída” e escolher o produto que atenda a essa necessidade.
③ Corrente máxima
A corrente máxima de condução é o valor máximo de corrente que o optoacoplador pode suportar quando em condução. Novamente, precisamos ter certeza de qual é a potência de saída necessária para o projeto e qual é a tensão de entrada antes de comprar. Certifique-se de que o valor máximo e a corrente utilizada não sejam limites, mas que haja alguma margem de segurança.
④ Ajuste o fotoacoplador corretamente
Após escolher o optoacoplador correto, vamos utilizá-lo em um projeto real. A instalação em si é fácil: basta conectar os terminais aos circuitos de entrada e saída. No entanto, é preciso ter cuidado para não inverter a polaridade da entrada e da saída. Portanto, é fundamental verificar os símbolos na tabela de dados para evitar erros na montagem da placa de circuito impresso (PCB).
Data da publicação: 29/07/2023