Conectores ópticos e suas aplicações
Um optoacoplador (ou optoacoplador, como começou a ser chamado recentemente) consiste estruturalmente em dois elementos: um emissor e um fotodetector, unidos, via de regra, em um invólucro selado comum.
Existem muitos tipos de optoacopladores: resistor, diodo, transistor, tiristor. Esses nomes indicam o tipo de fotodetector. Como emissor, geralmente é usado um LED infravermelho semicondutor com um comprimento de onda na faixa de 0,9 … 1,2 mícrons. LEDs vermelhos, emissores eletroluminescentes e lâmpadas incandescentes em miniatura também são usados.
O principal objetivo dos optoacopladores é fornecer isolamento galvânico entre os circuitos de sinal. Com base nisso, o princípio geral de operação desses dispositivos, apesar da diferença de fotodetectores, pode ser considerado o mesmo: o sinal elétrico de entrada que chega ao emissor é convertido em um fluxo de luz que, atuando no fotodetector, altera sua condutividade .
Se o fotodetector estiver fotoresistor, então sua resistência à luz torna-se milhares de vezes menor que a resistência original (escura) se o fototransistor — a irradiação de sua base produz o mesmo efeito de quando a corrente é aplicada à base transistor convencionale abre.
Como resultado, um sinal é formado na saída do optoacoplador, que em geral pode não ser idêntico ao formato da entrada, e os circuitos de entrada e saída não são conectados galvanicamente. Uma massa dielétrica transparente eletricamente forte (geralmente um polímero orgânico) é colocada entre os circuitos de entrada e saída do optoacoplador, cuja resistência atinge 10 ^ 9 ... 10 ^ 12 Ohm.
Os optoacopladores produzidos na indústria são nomeados com base no atual sistema de designação de dispositivos semicondutores.
A primeira letra da designação do optoacoplador (A) indica o material de partida do emissor - arseneto de gálio ou uma solução sólida de gálio-alumínio-arsênico, a segunda (O) significa a subclasse - optoacoplador; o terceiro mostra a que tipo o dispositivo pertence: P — resistor, D — diodo, T — transistor, Y — tiristor. A seguir estão os números, que significam o número do empreendimento, e uma letra - este ou aquele tipo de grupo.
dispositivo optoacoplador
O emissor - um LED não enrolado - geralmente é colocado na parte superior da caixa de metal e, na parte inferior, em um suporte de cristal, é um fotodetector de silício reforçado, por exemplo, um fototiristor. Todo o espaço entre o LED e o fototiristor é preenchido por uma massa transparente em solidificação. Esse preenchimento é coberto por uma camada que reflete os raios de luz para dentro, o que evita que a luz se espalhe para fora da área de trabalho.
Um design ligeiramente diferente do resistor acoplador óptico descrito... Aqui, uma lâmpada em miniatura com um filamento incandescente é instalada na parte superior do corpo de metal e um fotoresistor baseado em cádmio e selênio é instalado na parte inferior.
O fotoresistor é fabricado separadamente, sobre uma fina base de sital. Um filme de um material semicondutor, seleneto de cádmio, é pulverizado sobre ele, após o qual eletrodos feitos de um material condutor (por exemplo, alumínio) são formados. Os fios de saída são soldados aos eletrodos. A ligação rígida entre a lâmpada e a base é fornecida por uma massa transparente endurecida.
Os orifícios no alojamento para os fios do optoacoplador são preenchidos com vidro. A conexão apertada da tampa e a base do corpo é assegurada por soldagem.
A característica corrente-tensão (CVC) de um optoacoplador tiristor é aproximadamente a mesma de um único tiristor… Na ausência de corrente de entrada (I = 0 — característica escura), o fototiristor pode ligar apenas em um valor muito alto da tensão aplicada a ele (800 … 1000 V). Como a aplicação de uma tensão tão alta é praticamente inaceitável, essa curva faz sentido puramente teórico.
Se uma tensão de operação direta (de 50 a 400 V, dependendo do tipo de optoacoplador) for aplicada ao fototiristor, o dispositivo poderá ser ligado somente quando uma corrente de entrada for fornecida, que agora é a motriz.
A velocidade de comutação do optoacoplador depende do valor da corrente de entrada. Os tempos de comutação típicos são t = 5 … 10 μs. O tempo de desligamento do optoacoplador está relacionado ao processo de reabsorção dos portadores de corrente minoritários nas junções do fototiristor e depende apenas do valor da corrente de saída que flui.O valor real do tempo de disparo está na faixa de 10 … 50 μs.
A corrente de saída máxima e operacional do optoacoplador fotoresistor diminui drasticamente quando a temperatura ambiente sobe acima de 40 graus Celsius. A resistência de saída deste optoacoplador permanece constante até o valor da corrente de entrada de 4 mA, e com um novo aumento na corrente de entrada (quando o brilho da lâmpada incandescente começa a aumentar) diminui drasticamente.
Além dos descritos acima, existem optoacopladores com o chamado canal óptico aberto... Aqui, o iluminador é um LED infravermelho e o fotodetector pode ser um fotoresistor, fotodiodo ou fototransistor. A diferença desse optoacoplador é que sua radiação sai, é refletida por algum objeto externo e volta para o optoacoplador, para o fotodetector. Nesse optoacoplador, a corrente de saída pode ser controlada não apenas pela corrente de entrada, mas também pela alteração da posição da superfície reflexiva externa.
Em optoacopladores de canal óptico aberto, os eixos ópticos do emissor e do receptor são paralelos ou ligeiramente inclinados. Existem projetos de tais optoacopladores com eixos ópticos coaxiais. Esses dispositivos são chamados de optoacopladores.
Aplicação de otrons
Atualmente, os optoacopladores são amplamente utilizados, principalmente para combinar blocos lógicos microeletrônicos contendo poderosos elementos discretos com atuadores (relés, motores elétricos, contatores, etc.), bem como para comunicação entre blocos lógicos que requerem isolação galvânica, modulação de constante e variação lenta tensões, conversão pulsos retangulares em oscilações senoidais, controle de lâmpadas potentes e indicadores de alta tensão.