O que é um optoacoplador:como funciona e mais

O que é um optoacoplador，Como designer de PCB, engenheiro ou amador, você tem uma grande variedade de interruptores, relés e acopladores para personalizar sua PCB. Com todos os componentes e opções de PCB disponíveis no mercado, é difícil decidir qual se adequa melhor ao seu projeto.

Por exemplo, você pode estar se perguntando o que um optoacoplador faz e como ele é diferente de qualquer outro relé. É isso que o guia a seguir espera elucidar. Nele, vamos explorar o optoacoplador, seus diversos tipos e como ele pode beneficiar você e seu projeto.

O que é um optoacoplador

Os optoacopladores têm muitos nomes. Você pode se referir a ele como um optoisolador, fotoacoplador, acoplador óptico, isolador óptico ou apenas optoacoplador. Algumas pessoas podem até se referir a eles como opções. No entanto, os optoacopladores são componentes eletrônicos integrados. Geralmente, os tipos mais básicos consistem em um corpo retangular com quatro pinos. Cada pino é um subcomponente. O primeiro pino é o ânodo , o segundo é o cátodo , o terceiro é o coletor, e o quarto é o emissor .

LTV-816 1 canal opto-isolador

Fonte:Wikimedia Commons

Além disso, há um recuo circular no canto do corpo principal próximo ao primeiro pino. Permite-nos identificar os diferentes pinos. O corpo também contém algum texto com o número de peça do optoacoplador. Assim, nós o usamos para identificar o tipo de optoacoplador e também encontrar a ficha técnica do fabricante.

No entanto, o optoacoplador é essencialmente um relé de estado sólido que interliga dois circuitos eletrônicos separados. O primeiro circuito se conectará aos dois primeiros pinos (pino 1 e 2), enquanto o segundo circuito se conectará aos dois últimos pinos (pino 3 e 4). Isso permite que o primeiro circuito controle o segundo circuito.

É fácil confundir um optoacoplador com um Circuito Integrado/microchip (IC) por causa de sua aparência. Isso é especialmente verdadeiro para optoacopladores TRIAC.

Microchips eletrônicos em um fundo branco

Como funciona um optoacoplador?

Podemos usar o optoacoplador para transferir sinais eletrônicos entre dois circuitos isolados. Este é um dos seus atributos mais importantes. Às vezes, picos de tensão e ruído podem ocorrer em um circuito. Sem o optoacoplador isolar os circuitos, essas interrupções podem se espalhar para o segundo circuito e causar destruição. O optoacoplador evita que esse dano ocorra em ambos os circuitos.

Além disso, o optoacoplador só permitirá que os elétrons fluam em uma direção por causa de seus materiais semicondutores. Consequentemente, isso permite que os dois circuitos interconectados usem tensões e correntes diferentes.

Além disso, permite expandir as capacidades do seu dispositivo. Isso se deve em grande parte à forma como facilita o isolamento galvânico entre dois circuitos separados. Por exemplo, poderíamos adicionar um transistor ao segundo circuito sem interferir no primeiro em uma configuração de dois circuitos. Isso permitiria controlar quantidades ainda maiores de tensão e corrente. Além disso, poderia permitir que você automatizasse o controle do circuito adicionando componentes eletrônicos.

A estrutura de um optoacoplador

Os optoacopladores vêm em uma ampla variedade de tipos e configurações. No entanto, para facilitar o entendimento, vamos nos concentrar principalmente na versão do fototransistor.

Diagrama de circuito do optoacoplador de fototransistor

Fonte:Wikimedia Commons

O diagrama acima ilustra um fototransistor conectando dois circuitos. Se você observar atentamente a parte do fototransistor do diagrama, notará que há um símbolo de LED à esquerda:

Imagem do símbolo de LED

Fonte:Wikimedia Commons

Em contraste, há um símbolo de transistor à direita:

Imagem do símbolo do transistor

Fonte:Wikimedia Commons

Podemos identificar facilmente nas figuras acima que um fototransistor é uma versão modificada de um transistor normal. Além disso, você pode entender por que chamamos os (terceiro e quarto) terminais no lado do transistor de coletores e emissores . Além disso, você também pode ver por que chamamos o primeiro e o segundo terminais de ânodo e cátodos .

Transistores geralmente têm três terminais. No entanto, há uma pequena diferença aqui. O pino base em um circuito de transistor normal está faltando no circuito do fototransistor. Isso ocorre porque o transistor em um optoacoplador funciona de forma ligeiramente diferente. Em vez de usar sinais eletrônicos do pino base, o transistor em um optoacoplador usa a luz do LED.

A luz brilha do LED e atinge o transistor, ligando-o e permitindo que a corrente flua no circuito elétrico principal. Eles reagem à entrada óptica em oposição à corrente de entrada apenas elétrica. Os optoacopladores vêm em duas topologias comuns. Os componentes internos podem ficar em cima uns dos outros ou próximos uns dos outros.

Topologias de optoacopladores

Fonte:Wikimedia Commons

Embora não possamos ver o funcionamento interno do fototransistor (a menos que seja translúcido), podemos criar o nosso próprio usando um circuito simples. Vamos explorar isso mais adiante neste guia. Mas primeiro, vamos explorar os outros tipos de optoacopladores.

Tipos de optoacopladores

Optoacoplador mantido entre um par de pinças.

Existem seis tipos mais comuns de transistores. Eles são:

• Optoacoplador resistivo: Estes foram os primeiros optoacopladores. Eles usam lâmpadas incandescentes, lâmpadas de néon e LEDs infravermelhos GaAs como fontes de luz. Além disso, eles usam sulfeto de cádmio para material de transistor. As pessoas também se referem a esses tipos de optoacopladores como vactrols.
  Por serem um dispositivo fotossensível mais antigo, são um pouco mais lentos do que as formas mais modernas de optoacopladores. Consequentemente, é por isso que eles estão quase obsoletos.
• Optoacoplador de diodo: Os optoacopladores de diodo usam LEDs infravermelhos de arseneto de gálio para fontes de luz e fotodiodos de silício como receptores. Isso os torna o tipo mais rápido de optoacopladores, especialmente quando utilizam diodos PIN.
• Optoacoplador de transistor: Assim como os optoacopladores de diodo, eles também usam LEDs infravermelhos GaAs como fontes de luz. No entanto, eles usam fototransistores de silício bipolar ou fototransistores Darlington como sensores. Isso torna suas taxas de transferência e tempos de resposta mais rápidos do que os optoacopladores resistivos, mas mais lentos do que os optoacopladores de diodo.
• SRC opto-isolado: Os SRCs opto-isolados usam LEDs infravermelhos junto com retificadores controlados por silício. Suas velocidades de transferência podem variar. No entanto, eles não são tão rápidos quanto os optoacopladores baseados em diodo em qualquer configuração. No entanto, eles ainda têm um tempo de resposta e uma taxa de transferência decentes.
• TRIAC opto-isolado: Esses tipos de optoacopladores usam um triodo para corrente alternada (TRIAC) como um tipo de sensor. Isso é um acréscimo ao LED infravermelho GaAs como fonte de luz. Embora eles não tenham taxas de transferência rápidas, eles têm taxas de transferência de corrente muito altas.
• Relé de estado sólido: Os relés de estado sólido usam uma pilha de LEDs infravermelhos GaAs como fontes de luz. Além disso, eles usam uma pilha de fotodiodos que aciona um par de MOSFETS ou um IGBT singular como sensores. Eles podem ter velocidades de transferência muito altas e taxas de transferência de corrente ilimitadas.

Como criar um circuito de optoacoplador simples

Optoacoplador mantido entre um par de pinças na frente de um PCB

Lista de peças:

• Resistor Dependente de Luz (LDR) de 50-100 K Ohm
• Díodo emissor de luz branca (LED) de 3V 0,02A
• Díodo emissor de luz vermelha (LED) de 2V 0,02A
• bateria de 9V x 2
• Alternar
• Resistor de 300 Ohm
• Resistor de 150 Ohm x 2 (ou resistor de 300 Ohm)

Explicação e instruções:

LED vermelho e optoacoplador

Este simples optoacoplador usa um simples resistor dependente de luz (LDR) e um LED branco. O LDR varia sua resistência à carga com base na exposição à luz. Assim, no escuro, tem uma resistência muito alta. Inversamente, quando o expomos à luz forte, ele tem uma resistência escassa. Nesse contexto, ele funcionará como nosso fotodiodo.

No circuito primário, precisaremos de um LED branco que tenha queda de tensão de 3 volts e use 0,02 amperes. Em seguida, empregaremos uma bateria de 9 volts como fonte de alimentação e controlaremos o circuito usando um interruptor. Como a luz LED branca requer uma corrente de 3 volts, precisaremos de um resistor com uma queda de 6 volts. Assim, o resistor deve ter 300 Ohms de resistência ( (9V – 3V) ÷ 0,02A).

Portanto, seu circuito primário consistirá na bateria, que se conecta positivamente ao interruptor, ao resistor e à luz LED branca. Você pode usar uma placa de ensaio ou fio para conectar os componentes. Ao todo, isso funcionará como nosso circuito de controle.

Teremos um LED vermelho com queda de tensão de 2 Volts e corrente elétrica de 0,02 Amperes no circuito secundário.

Vamos usá-lo como um indicador para mostrar quando o circuito está funcionando. Além disso, conectaremos o LDR a este circuito. Obviamente, o LDR precisa ficar ao lado da luz LED branca.

O LDR fornecerá uma resistência de aproximadamente 70 Ohms quando o expormos à luz do LED. Você precisará conectar o LDR ao LED vermelho. Para alimentar o circuito secundário, empregaremos outra bateria de 9 volts. Novamente, precisaremos de um resistor para diminuir a tensão para que o LED possa funcionar de maneira eficaz. Sugerimos usar dois resistores de 150 Ohm. No entanto, um resistor de 300 Ohm também funcionará bem.

No entanto, quando terminar de construir o circuito, você precisará enrolar uma fita preta ao redor do LDR e do LED branco. Você deve certificar-se de conectá-los. Isso bloqueará a luz ambiente na sala. Alternativamente, você pode testar o circuito em uma sala completamente escura.

Quando você pressiona o botão do circuito primário (circuito de entrada), o LED branco acende. Em seguida, acenderá uma luz contra o LDR, que acenderá o LED vermelho no circuito de saída. A luz do LED branco funciona como um sinal elétrico em um interruptor. Este projeto é simples o suficiente para ilustrar o funcionamento interno de um optoacoplador. No entanto, você pode melhorá-lo implementando um emissor infravermelho junto com um receptor. Em vez de luz visível, este projeto usaria luz infravermelha.

Aplicativos de optoacopladores

Pequeno conjunto de PCB com IC, capacitor, optoacoplador e outros semicondutores

Agora que entendemos como os optoacopladores funcionam, agora podemos explorar onde podemos aplicá-los. Podemos usar optoacopladores como simples interruptores ativados por luz. No entanto, quais equipamentos e dispositivos eletrônicos seriam mais adequados para eles? Aqui está uma lista de onde podemos usar optoacopladores:

• Controles de solenoide
• Controles do motor
• Dimmers de lâmpadas incandescentes
• Microprocessadores
• Reatores de lâmpadas
• Detecção de CA
• Isolamento de tensão
• Interruptor eletromagnético
• Microcontroladores

Benefícios do optoacoplador

Um conjunto de optoacopladores

Por que você deseja usar optoacopladores em vez de relés ou interruptores eletromecânicos? Aqui estão apenas algumas das vantagens:

• Eles facilitam o transporte unidirecional de sinais elétricos
• Os optoacopladores tornam seus projetos mais confiáveis, tornando-os resistentes a interferências
• Eles podem facilitar o isolamento elétrico entre vários circuitos
• Os optoacopladores podem separar as seções de entrada e saída do seu projeto, facilitando a solução de problemas
• Eles reduzem os sinais de saída externos na seção de entrada do seu circuito
• Os optoacopladores permitem controlar grandes circuitos CA usando pequenos sinais digitais
• Permite transferir um sinal analógico entre dois circuitos separados
• Eles permitem que você faça a interface de componentes de alta tensão com dispositivos de baixa tensão
• Os optoacopladores podem ajudar a reduzir ou eliminar completamente o ruído elétrico dos sinais
• Permite projetar e construir dispositivos eletrônicos mais resistentes a picos de energia, picos de tensão e raios

Conclusão

No texto acima, fornecemos um guia detalhado e fácil de entender sobre optoacopladores. Se você chegou a esta seção do guia, você tem uma compreensão mais profunda dos optoacopladores. No entanto, esperamos que você tenha achado este guia útil. Como sempre, obrigado por ler.