Os optoacopladores, que conectan circuítos empregando sinais ópticos como medio, son un elemento activo en áreas onde a alta precisión é indispensable, como a acústica, a medicina e a industria, debido á súa alta versatilidade e fiabilidade, así como á súa durabilidade e illamento.
Pero cando e en que circunstancias funciona o optoacoplador e cal é o principio que o sustenta? Ou cando se usa o fotoacoplador nos propios traballos electrónicos, pode que non se saiba como elixilo e usalo. Porque o optoacoplador adoita confundirse con "fototransistor" e "fotodiodo". Polo tanto, neste artigo presentaremos que é un fotoacoplador.
Que é un fotoacoplador?
O optoacoplador é un compoñente electrónico cuxa etimoloxía é óptica
acoplador, que significa "acoplamento con luz". Ás veces tamén coñecido como optoacoplador, illador óptico, illamento óptico, etc. Consta dun elemento emisor de luz e un elemento receptor de luz, e conecta o circuíto do lado de entrada e o circuíto do lado de saída a través do sinal óptico. Non hai conexión eléctrica entre estes circuítos, noutras palabras, nun estado de illamento. Polo tanto, a conexión do circuíto entre a entrada e a saída é separada e só se transmite o sinal. Conecta de forma segura circuítos con niveis de tensión de entrada e saída significativamente diferentes, con illamento de alta tensión entre a entrada e a saída.
Ademais, ao transmitir ou bloquear este sinal luminoso, actúa como un interruptor. O principio e o mecanismo detallados explicaranse máis adiante, pero o elemento emisor de luz do fotoacoplador é un LED (díodo emisor de luz).
Da década de 1960 á de 1970, cando se inventaron os LED e os seus avances tecnolóxicos foron significativos,optoelectrónicaconverteuse nun auxe. Naquel momento, variosdispositivos ópticosinventáronse, e o acoplador fotoeléctrico foi un deles. Posteriormente, a optoelectrónica penetrou rapidamente nas nosas vidas.
① Principio/mecanismo
O principio do optoacoplador é que o elemento emisor de luz converte o sinal eléctrico de entrada en luz e o elemento receptor de luz transmite o sinal eléctrico de retroceso da luz ao circuíto do lado de saída. O elemento emisor de luz e o elemento receptor de luz están na parte interior do bloque de luz externa e ambos están opostos para transmitir a luz.
O semicondutor empregado nos elementos emisores de luz é o LED (díodo emisor de luz). Por outra banda, existen moitos tipos de semicondutores empregados en dispositivos receptores de luz, dependendo do ambiente de uso, tamaño externo, prezo, etc., pero en xeral, o máis empregado é o fototransistor.
Cando non funcionan, os fototransistores transportan unha pequena parte da corrente que transportan os semicondutores ordinarios. Cando a luz incide alí, o fototransistor xera unha forza fotoelectromotriz na superficie do semicondutor de tipo P e do semicondutor de tipo N, os buratos do semicondutor de tipo N flúen cara á rexión p, o semicondutor de electróns libres da rexión p flúe cara á rexión n e a corrente fluirá.
Os fototransistores non son tan sensibles como os fotodiodos, pero tamén teñen o efecto de amplificar a saída ata centos ou 1000 veces o sinal de entrada (debido ao campo eléctrico interno). Polo tanto, son o suficientemente sensibles como para captar mesmo sinais débiles, o que é unha vantaxe.
De feito, o "bloqueador de luz" que vemos é un dispositivo electrónico co mesmo principio e mecanismo.
Non obstante, os interruptores de luz adoitan empregarse como sensores e realizan a súa función pasando un obxecto bloqueador de luz entre o elemento emisor de luz e o elemento receptor de luz. Por exemplo, pódense usar para detectar moedas e billetes en máquinas expendedoras e caixeiros automáticos.
② Características
Dado que o optoacoplador transmite sinais a través da luz, o illamento entre o lado de entrada e o lado de saída é unha característica importante. O alto illamento non se ve afectado facilmente polo ruído, pero tamén impide o fluxo de corrente accidental entre circuítos adxacentes, o que é extremadamente eficaz en termos de seguridade. E a estrutura en si é relativamente simple e razoable.
Debido á súa longa historia, a rica gama de produtos de varios fabricantes tamén é unha vantaxe única dos optoacopladores. Debido á ausencia de contacto físico, o desgaste entre as pezas é pequeno e a vida útil é máis longa. Por outra banda, tamén existen características que fan que a eficiencia luminosa flutúe facilmente, xa que o LED deteriorarase lentamente co paso do tempo e os cambios de temperatura.
Especialmente cando o compoñente interno do plástico transparente permanece turbio durante moito tempo, pode non recibir moi boa luz. Non obstante, en calquera caso, a súa vida útil é demasiado longa en comparación co contacto mecánico.
Os fototransistores son xeralmente máis lentos que os fotodiodos, polo que non se empregan para comunicacións de alta velocidade. Non obstante, isto non é unha desvantaxe, xa que algúns compoñentes teñen circuítos de amplificación no lado da saída para aumentar a velocidade. De feito, non todos os circuítos electrónicos necesitan aumentar a velocidade.
③ Uso
Acopladores fotoeléctricosúsanse principalmente para a operación de conmutación. O circuíto energizarase ao activar o interruptor, pero desde o punto de vista das características anteriores, especialmente o illamento e a longa vida útil, é axeitado para escenarios que requiren unha alta fiabilidade. Por exemplo, o ruído é o inimigo da electrónica médica e dos equipos de son/comunicacións.
Tamén se emprega en sistemas de accionamento de motores. A razón da existencia deste motor é que a velocidade é controlada polo inversor cando este é accionado, pero xera ruído debido á alta potencia de saída. Este ruído non só provocará que o propio motor falle, senón que tamén circulará pola "terra", o que afectará os periféricos. En particular, os equipos con cableado longo son fáciles de captar este ruído de alta saída, polo que se ocorre na fábrica, causará grandes perdas e ás veces accidentes graves. Ao usar optoacopladores altamente illados para a conmutación, pódese minimizar o impacto noutros circuítos e dispositivos.
En segundo lugar, como elixir e usar optoacopladores
Como usar o optoacoplador axeitado para a súa aplicación no deseño de produtos? Os seguintes enxeñeiros de desenvolvemento de microcontroladores explicarán como seleccionar e usar optoacopladores.
① Sempre aberto e sempre pechado
Hai dous tipos de fotoacopladores: un tipo no que o interruptor se apaga (off) cando non se aplica tensión, un tipo no que o interruptor se acende (off) cando se aplica tensión e un tipo no que o interruptor se acende cando non hai tensión. Aplican e desactívanse cando se aplica tensión.
O primeiro chámase normalmente aberto e o segundo normalmente pechado. A forma de elixir depende primeiro do tipo de circuíto que precises.
② Comprobe a corrente de saída e a tensión aplicada
Os fotoacopladores teñen a propiedade de amplificar o sinal, pero non sempre deixan pasar a tensión e a corrente á vontade. Por suposto, ten unha clasificación nominal, pero é necesario aplicar unha tensión desde o lado de entrada segundo a corrente de saída desexada.
Se observamos a ficha técnica do produto, podemos ver un gráfico onde o eixo vertical é a corrente de saída (corrente de colector) e o eixo horizontal é a tensión de entrada (tensión colector-emisor). A corrente de colector varía segundo a intensidade da luz do LED, polo que se aplica a tensión segundo a corrente de saída desexada.
Non obstante, poderías pensar que a corrente de saída calculada aquí é sorprendentemente pequena. Este é o valor da corrente que aínda se pode emitir de forma fiable despois de ter en conta o deterioro do LED ao longo do tempo, polo que é inferior á clasificación máxima.
Pola contra, hai casos nos que a corrente de saída non é grande. Polo tanto, ao elixir o optoacoplador, asegúrese de comprobar coidadosamente a "corrente de saída" e elixir o produto que coincida con ela.
③ Corrente máxima
A corrente de condución máxima é o valor máximo de corrente que o optoacoplador pode soportar ao conducir. De novo, debemos asegurarnos de saber canta saída necesita o proxecto e cal é a tensión de entrada antes de mercar. Asegúrate de que o valor máximo e a corrente utilizada non sexan límites, pero que haxa certa marxe.
④ Axuste o fotoacoplador correctamente
Despois de escoller o optoacoplador axeitado, imos usalo nun proxecto real. A instalación en si é sinxela, só tes que conectar os terminais conectados a cada circuíto do lado de entrada e ao circuíto do lado de saída. Non obstante, débese ter coidado de non desorientar o lado de entrada e o lado de saída. Polo tanto, tamén debes comprobar os símbolos na táboa de datos para non atopar que o pé do acoplador fotoeléctrico estea incorrecto despois de debuxar a placa PCB.
Data de publicación: 29 de xullo de 2023