Optoacoplador - características, dispositivo, aplicação

O que é um optoacoplador

O optoacoplador é um dispositivo optoeletrônico cujas principais partes funcionais são uma fonte de luz e um fotodetector, que não são conectados galvanicamente entre si, mas estão localizados em um invólucro selado comum. O princípio de funcionamento de um optoacoplador baseia-se no fato de que um sinal elétrico aplicado a ele provoca um brilho no lado transmissor e, já na forma de luz, o sinal é recebido pelo fotodetector, iniciando um sinal elétrico no lado receptor lado. Ou seja, um sinal é transmitido e recebido por meio de comunicação óptica dentro do componente eletrônico.

Um optoacoplador é o tipo mais simples de optoacoplador. Consiste apenas nas partes transmissora e receptora. Um tipo mais complexo de optoacoplador é um chip optoeletrônico que contém vários optoacopladores conectados a um ou mais dispositivos correspondentes ou amplificadores.

Assim, um optoacoplador é um componente eletrônico que proporciona a transmissão de um sinal óptico em um circuito sem acoplamento galvânico entre a fonte do sinal e seu receptor, pois os fótons são sabidamente neutros eletricamente.

A estrutura e as características dos optoacopladores

Os optoacopladores utilizam fotodetectores sensíveis nas regiões do infravermelho próximo e visível, uma vez que esta parte do espectro é caracterizada por fontes intensas de radiação que podem funcionar como fotodetectores sem resfriamento. Os fotodetectores com junções pn (diodos e transistores) baseados em silício são universais, a região de sua sensibilidade espectral máxima é próxima a 0,8 μm.

O optoacoplador é caracterizado principalmente pela relação de transmissão de corrente CTR, ou seja, a relação das correntes de entrada e saída. O próximo parâmetro é a taxa de transmissão do sinal, na verdade a frequência de corte fc da operação do optoacoplador, relacionada ao tempo de subida tr e ao corte tf para os pulsos transmitidos. Finalmente, os parâmetros que caracterizam o optoacoplador do ponto de vista da isolação galvânica: a resistência de isolamento Riso, a tensão máxima Viso e a vazão Cf.

O dispositivo de entrada, que faz parte da estrutura do optoacoplador, é projetado para criar condições operacionais ideais para o emissor (LED) deslocar o ponto de operação para a região linear da característica I — V.

O dispositivo de entrada tem velocidade suficiente e uma ampla gama de correntes de entrada, garantindo a confiabilidade da transmissão de informações mesmo em corrente baixa (limiar). O meio óptico está localizado dentro do invólucro através do qual a luz é transmitida do emissor para o fotodetector.

Nos optoacopladores com canal óptico controlado, existe um dispositivo de controle adicional, através do qual é possível influenciar as propriedades do meio óptico por meios elétricos ou magnéticos.No lado do fotodetector, o sinal é recuperado em uma alta taxa de conversão óptica para elétrica.

O dispositivo de saída na lateral do fotodetector (por exemplo, um fototransistor incluído no circuito) é projetado para converter o sinal em uma forma elétrica padrão, conveniente para processamento posterior em blocos após o optoacoplador. Um optoacoplador geralmente não contém dispositivos de entrada e saída, portanto, requer circuitos externos para estabelecer a operação normal no circuito de um determinado dispositivo.

Aplicação de optoacopladores

Conectores ópticos são amplamente utilizados em circuitos para isolação galvânica blocos de vários equipamentos, onde existem circuitos de baixa e alta tensão, os circuitos de controle são separados dos circuitos de potência: controle de triacs e tiristores poderosos, circuitos de relé, etc.

Optoacopladores de diodo, transistor e resistor são usados ​​em modulação de engenharia de rádio e circuitos de controle de ganho automático. Ao expor o canal óptico, o circuito é controlado sem contato e colocado no modo de operação ideal.

Os conectores ópticos são tão versáteis que são usados ​​em uma variedade de indústrias e em tantas funções exclusivas, mesmo simplesmente como isolamento galvânico e elementos de controle sem contato, que é impossível listá-los todos.

Aqui estão apenas alguns deles: computadores, tecnologia de comunicação, automação, equipamentos de rádio, sistemas de controle automatizados, instrumentos de medição, sistemas de controle e regulação, tecnologia médica, dispositivos de exibição visual e muitos outros.

Vantagens dos Optoacopladores

O uso de optoacopladores em placas de circuito impresso permite obter isolamento galvânico ideal quando os requisitos de isolamento de alta tensão e baixa tensão, circuitos de entrada e saída em termos de resistência são extremamente altos. A tensão entre os circuitos de transmissão e recepção do popular optoacoplador PC817 é, por exemplo, 5000 V. Além disso, uma largura de banda extremamente baixa de cerca de 1 pF é obtida pelo isolamento óptico.

Usando optoacopladores, o controle sem contato é muito fácil de implementar, deixando espaço para soluções de design exclusivas em termos de circuitos de controle direto. Também é importante aqui que não haja absolutamente nenhuma reação do receptor à fonte, ou seja, a informação é transmitida unidirecional.

A largura de banda mais ampla do optoacoplador elimina as limitações impostas pelas baixas frequências: com a ajuda da luz, você pode transmitir pelo menos um sinal constante, até mesmo um pulso, e com bordas muito íngremes, o que é fundamentalmente impossível de implementar usando transformadores de pulso. O canal de comunicação dentro do optoacoplador é absolutamente imune aos efeitos dos campos eletromagnéticos, portanto o sinal fica protegido contra interferências e capturas. Finalmente, os optoacopladores são totalmente compatíveis com outros componentes eletrônicos.