O que é um fotoacoplador, como escolher e usar um fotoacoplador?

Os optoacopladores, que conectam circuitos utilizando sinais ópticos como meio, são um elemento atuante 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 princípio por trás dele? Ou quando você realmente usa o fotoacoplador em seu próprio trabalho eletrônico, pode não saber como escolhê-lo e usá-lo. Porque o 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 e conecta o circuito lateral de entrada e o circuito lateral de saída por meio de sinal óptico. Não há ligação elétrica entre esses circuitos, ou seja, em 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 entrada e saída.

Além disso, ao transmitir ou bloquear este sinal luminoso, ele atua como um interruptor. O princípio e 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 penetrou rapidamente 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 do lado de saída. O elemento emissor de luz e o elemento receptor de luz estão no interior do bloco de luz externa, e os dois estão opostos um ao outro para transmitir luz.

O semicondutor utilizado nos elementos emissores de luz é o LED (diodo emissor de luz). Por outro lado, existem vários tipos de semicondutores utilizados em dispositivos receptores de luz, dependendo do ambiente de uso, tamanho externo, preço, etc., mas em geral o mais utilizado é o fototransistor.

Quando não estão funcionando, os fototransistores transportam pouca corrente que os semicondutores comuns. Quando a luz incide ali, 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, o semicondutor de elétrons livres na região p flui na região n, e a corrente fluirá.

Os fototransistores não respondem tão bem quanto os fotodiodos, mas também têm o efeito de amplificar a saída de centenas a 1.000 vezes o sinal de entrada (devido ao campo elétrico interno). Portanto, eles 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 interruptores de luz são normalmente utilizados como sensores e desempenham a sua função passando um objeto bloqueador de luz entre o elemento emissor de luz e o elemento receptor de luz. Por exemplo, pode ser usado para detectar moedas e notas em máquinas de venda automática e caixas eletrônicos.

② Recursos

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 pelo ruído, mas também evita 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 vários fabricantes também é uma vantagem exclusiva dos optoacopladores. Por não haver contato físico, o desgaste entre as peças é pequeno e a vida útil é maior. Por outro lado, também existem características em que a eficiência luminosa é fácil de flutuar, pois o LED irá deteriorar-se lentamente com o passar do tempo e as mudanças de temperatura.

Principalmente quando o componente interno do plástico transparente fica turvo por muito tempo, não pode haver uma luz muito boa. Porém, em qualquer caso, a vida útil é muito longa em comparação com o contato do contato mecânico.

Os fototransistores são geralmente mais lentos que os fotodiodos, portanto não são usados ​​para comunicações de alta velocidade. No entanto, isso não é uma desvantagem, pois alguns componentes possuem circuitos de amplificação no lado da saída para aumentar a velocidade. Na verdade, nem todos os circuitos eletrônicos precisam aumentar a velocidade.

③ Uso

Acopladores fotoelétricossão usados ​​principalmente para operação de comutação. O circuito será energizado ao ligar a chave, mas do ponto de vista das características acima, principalmente isolamento e longa vida útil, ele é adequado para cenários que exigem alta confiabilidade. Por exemplo, o ruído é inimigo da eletrônica médica e dos equipamentos de áudio/equipamentos de comunicação.

Também é usado em sistemas de acionamento de motores. A razão do motor é que a velocidade é controlada pelo inversor quando ele é acionado, mas gera ruído devido ao alto rendimento. Este ruído não só causará a falha do motor, mas também fluirá através do “aterramento” afetando os periféricos. Em particular, equipamentos com fiação longa são fáceis de captar esse ruído de alta saída, portanto, se isso acontecer na fábrica, causará grandes perdas e às vezes causará acidentes graves. Ao usar optoacopladores altamente isolados para 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 em design 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 a chave é desligada (desligada) quando nenhuma tensão é aplicada, um tipo em que a chave é ligada (desligada) quando uma tensão é aplicada e um tipo em que a chave é ligado quando não há tensão. Aplique e desligue quando a tensão for aplicada.

O primeiro é denominado normalmente aberto e o último é denominado normalmente fechado. Como escolher depende primeiro 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 passam tensão e corrente à vontade. Claro, é nominal, mas uma tensão precisa ser aplicada no lado de entrada de acordo com a corrente de saída desejada.

Se olharmos a ficha técnica do produto, podemos ver um gráfico onde o eixo vertical é a corrente de saída (corrente do coletor) e o eixo horizontal é a tensão de entrada (tensão coletor-emissor). A corrente do coletor varia de acordo com a intensidade luminosa 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 atual que ainda pode ser emitido de forma confiável após levar em conta a deterioração do LED ao longo do tempo, portanto, é inferior à classificação máxima.

Pelo contrário, há casos em que a corrente de saída não é grande. Portanto, ao escolher o optoacoplador, verifique cuidadosamente a “corrente de saída” e escolha o produto que corresponda 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 produção 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 Configure o fotoacoplador corretamente

Tendo escolhido o optoacoplador certo, vamos usá-lo em um projeto real. A instalação em si é fácil, basta conectar os terminais conectados a cada circuito lateral de entrada e circuito lateral de saída. No entanto, deve-se tomar cuidado para não orientar mal o lado de entrada e o lado de saída. Portanto, você também deve verificar os símbolos na tabela de dados, para não descobrir que o pé do acoplador fotoelétrico está errado após desenhar a placa PCB.