Os optoacopladores, que conectam circuitos utilizando sinais ópticos como meio, são um elemento ativo em áreas onde a alta precisão é indispensável, como acústica, medicina e indústria, devido à sua alta versatilidade e confiabilidade, como durabilidade e isolamento.
Mas quando e em que circunstâncias o optoacoplador funciona, e qual é o seu princípio? Ou, quando você realmente usa o fotoacoplador em seus próprios trabalhos eletrônicos, pode não saber como escolhê-lo e usá-lo. Optoacoplador é frequentemente confundido com "fototransistor" e "fotodiodo". Portanto, o que é um fotoacoplador será apresentado neste artigo.
O que é um fotoacoplador?
O optoacoplador é um componente eletrônico cuja etimologia é óptica
Acoplador, que significa "acoplamento com luz". Às vezes também conhecido como optoacoplador, isolador óptico, isolamento óptico, etc. Consiste em um elemento emissor de luz e um elemento receptor de luz, conectando os circuitos de entrada e saída por meio de um sinal óptico. Não há conexão elétrica entre esses circuitos, ou seja, em um estado de isolamento. Portanto, a conexão do circuito entre a entrada e a saída é separada e apenas o sinal é transmitido. Conecte com segurança 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 atua 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).
Da década de 1960 à década de 1970, quando os LEDs foram inventados e seus avanços tecnológicos foram significativos,optoeletrônicatornou-se um boom. Naquela época, váriosdispositivos ópticosforam inventados, e o acoplador fotoelétrico foi um deles. Posteriormente, a optoeletrônica rapidamente penetrou 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 na parte interna do bloco de luz externa, e os dois estão opostos um ao outro para transmitir a luz.
O semicondutor utilizado em elementos emissores de luz é o LED (diodo emissor de luz). Por outro lado, existem muitos tipos de semicondutores utilizados em dispositivos receptores de luz, dependendo do ambiente de uso, tamanho externo, preço, etc., mas, em geral, o mais comumente utilizado é o fototransistor.
Quando não estão em funcionamento, os fototransistores conduzem pouca corrente, como 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. As lacunas no semicondutor tipo N fluem para a região p, o semicondutor de elétrons livres na região p flui para a região n, e a corrente flui.
Os fototransistores não são tão responsivos quanto os fotodiodos, mas também têm o efeito de amplificar a saída em centenas a 1.000 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, interruptores de luz são geralmente usados como sensores e desempenham sua função passando um objeto bloqueador de luz entre o elemento emissor 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 através da luz, o isolamento entre o lado de entrada e o lado de saída é uma característica importante. O alto isolamento não é facilmente afetado por ruído, mas também previne o fluxo acidental de corrente entre circuitos adjacentes, o que é extremamente eficaz em termos de segurança. E a estrutura em si é relativamente simples e razoável.
Devido à sua longa história, a rica linha de produtos de diversos fabricantes também é uma vantagem exclusiva dos optoacopladores. Como não há contato físico, o desgaste entre as peças é mínimo e a vida útil é maior. Por outro lado, a eficiência luminosa também oscila facilmente, pois o LED se deteriora lentamente com o passar do tempo e as mudanças de temperatura.
Especialmente quando os componentes internos do plástico transparente ficam turvos por muito tempo, a luz pode não ser 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 utilizados para comunicações de alta velocidade. No entanto, isso não é uma desvantagem, pois alguns componentes possuem circuitos de amplificação na saída para aumentar a velocidade. Na verdade, nem todos os circuitos eletrônicos precisam aumentar a velocidade.
③ Uso
Acopladores fotoelétricosSão utilizados principalmente para operações de comutação. O circuito será energizado ao ligar o interruptor, mas, do ponto de vista das características acima, especialmente isolamento e longa vida útil, é adequado para cenários que exigem alta confiabilidade. Por exemplo, o ruído é o inimigo da eletrônica médica e de equipamentos de áudio/comunicação.
Também é utilizado em sistemas de acionamento de motores. A razão para a existência do motor é que a velocidade é controlada pelo inversor quando ele é acionado, mas gera ruído devido à alta potência de saída. Esse ruído não só causará a falha do próprio motor, como também fluirá através do "terra", afetando os periféricos. Em particular, equipamentos com fiação longa são facilmente captados por esse ruído de alta potência, portanto, se ocorrer na fábrica, causará grandes perdas e, às vezes, acidentes graves. Ao utilizar optoacopladores altamente isolados para comutação, o impacto em outros circuitos e dispositivos pode ser minimizado.
Segundo, como escolher e usar optoacopladores
Como usar o optoacoplador correto para aplicação em projetos de produtos? Os seguintes engenheiros de desenvolvimento de microcontroladores explicarão como selecionar e usar optoacopladores.
① Sempre aberto e sempre fechado
Existem dois tipos de fotoacopladores: um tipo em que o interruptor é desligado quando não há tensão aplicada, um tipo em que o interruptor é ligado quando há tensão aplicada e um tipo em que o interruptor é ligado quando não há tensão. Aplicam e desligam quando a tensão é aplicada.
O primeiro é chamado de normalmente aberto, e o segundo, normalmente fechado. A escolha depende, em primeiro lugar, do tipo de circuito que você precisa.
② Verifique a corrente de saída e a tensão aplicada
Os fotoacopladores têm a propriedade de amplificar o sinal, mas nem sempre transmitem tensão e corrente à vontade. É claro que são dimensionados, mas é necessário aplicar uma tensão na entrada de acordo com a corrente de saída desejada.
Se observarmos a ficha técnica do produto, podemos ver um gráfico onde o eixo vertical representa a corrente de saída (corrente do coletor) e o eixo horizontal representa a tensão de entrada (tensão coletor-emissor). A corrente do 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 pensar 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 inferior à classificação máxima.
Por outro lado, há 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 melhor se adapta a ela.
③ Corrente máxima
A corrente máxima de condução é o valor máximo de corrente que o optoacoplador pode suportar durante a condução. Novamente, precisamos ter certeza de quanta saída o projeto precisa 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.
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 a cada circuito de entrada e saída. No entanto, deve-se tomar cuidado para não desorientar os lados de entrada e saída. Portanto, você também deve verificar os símbolos na tabela de dados para não encontrar a base do acoplador fotoelétrico incorreta após desenhar a placa de circuito impresso.
Data de publicação: 29 de julho de 2023