Fotoacopladores, Optoacopladores e Optoisoladores

Optoacopladores e optoisoladores usam LEDs, fotodiodos e fototransistores e são usados ​​para ligar circuitos, mas isolando-os eletricamente.

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Nosso tutorial de fototransistor inclui:

Fundamentos de Fototransistor | Aplicações e Circuitos | Fotodarlington | Acoplador Óptico / Opto-isolador

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Os optoacopladores podem ser descritos por uma variedade de nomes diferentes, incluindo optoisolador e fotoacoplador.

Essencialmente, um optoacoplador ou fotoacoplador é um dispositivo semicondutor que usa um caminho óptico curto ou link para acoplar um sinal de um circuito elétrico a outro enquanto fornece isolamento elétrico.

Os fotoacopladores ou optoacopladores geralmente estão contidos em um único pacote, geralmente do tamanho de um circuito integrado, embora haja um grande grau de variação de acordo com a aplicação pretendida.

Fotoacopladores ou optoacopladores são usados ​​para fornecer muitas funções: eles podem ser usados ​​para vincular dados em dois circuitos, podem ser usados ​​em codificadores ópticos, onde o optoacoplador fornece um meio de detectar transições de borda visíveis em uma roda de codificador para detectar a posição, etc. , e podem ser usados ​​em muitos outros circuitos onde são necessários enlaces ópticos e transições.

Eles ainda formam o elemento essencial em relés de estado sólido, onde um acoplamento óptico é usado para isolar eletricamente a entrada e a saída, enquanto permite que a saída seja comutada de acordo com o estado de entrada. número surpreendentemente elevado de circuitos.

Noções básicas do fotoacoplador/optoacoplador

O opto-acoplador é um componente que contém os dois elementos necessários para um opto-isolador:

• Emissor de luz:   O emissor de luz está no lado da entrada e recebe o sinal de entrada e o converte em um sinal de luz. Normalmente, o emissor de luz é um diodo emissor de luz.
• Detector de luz:   O detector de luz dentro do opto-acoplador ou opto-isolador detecta a luz do emissor e a converte de volta em um sinal elétrico. O detector de luz pode ser qualquer um de vários tipos diferentes de dispositivos, desde um fotodiodo até um fototransistor, fotodarlington, etc.

O emissor de luz e o detector são adaptados para combinar um com o outro, tendo comprimentos de onda correspondentes para que o acoplamento máximo seja alcançado.

O opto-acoplador também pode conter outros circuitos, por exemplo, pode incluir o resistor em série para o LED ou até mesmo a capacidade de acionamento do diodo. O opto-acoplador também pode incluir um amplificador de saída.

Embora um opto-acoplador ou opto-isolador geralmente seja pensado como um único pacote integrado, é possível obter o mesmo resultado usando dispositivos separados. No entanto, os arranjos mecânicos precisam ser considerados e isso geralmente torna um opto-acoplador feito de dispositivos separados menos conveniente, embora para opto-isoladores possa haver a necessidade de utilizar componentes separados para algumas aplicações.

Terminologia do fotoacoplador/optoacoplador

Os termos fotoacoplador, optoacoplador e opto-isolador são frequentemente usados ​​de forma intercambiável na literatura técnica e eletrônica quando se referem a componentes que realizam a mesma função.

Estritamente, existem diferenças entre os termos optoisolador e optoacoplador. O fator de distinção entre opto-acoplador e opto-isolador está na diferença de tensão esperada entre a entrada e a saída:

• Opto-acoplador:   O opto-acoplador é geralmente usado para transmitir informações analógicas ou digitais entre circuitos, mantendo o isolamento elétrico em potenciais de até 5.000 volts.
• Opto-isolador:   O opto-isolador é geralmente usado em sistemas de energia e usado para transmitir informações analógicas ou digitais entre circuitos onde a diferença de potencial é superior a 5 000 volts.

Este é um guia aproximado das diferenças entre optoacopladores e optoisoladores. No entanto, os termos ainda são amplamente usados ​​de forma intercambiável.

Símbolo do opto-acoplador

O símbolo do opto-acoplador usado em diagramas de circuito indica a função e os elementos internos dentro do componente geral. O símbolo mostra o LED, que normalmente é usado como emissor de luz. O símbolo do opto-acoplador também mostra o receptor, geralmente um fototransistor ou fotodarlington, embora outros dispositivos, incluindo diacs sensíveis à luz, etc., também possam ser usados. O tipo de dispositivo relevante é mostrado dentro do símbolo do circuito do optoacoplador.

Os optoacopladores também podem ser fabricados usando outros componentes. Um formato usado em algumas aplicações de energia CA é um optoacoplador baseado em um diac. Isso pode ser usado para acionar um triac para comutação de rede elétrica ou aplicações de controle de ângulo de condução (ou seja, escurecimento).

Pacotes de opto-acopladores e opto-isoladores

Há uma variedade de pacotes diferentes usados ​​para opto-acopladores e opto-isoladores.

Para os opto-acopladores que são usados ​​para tensões mais baixas, uma variedade de pacotes está disponível. Freqüentemente, os opto-acopladores vêm em pequenos pacotes semelhantes, mas nem sempre idênticos aos pacotes familiares de IC Dual-In-Line (DIL) para componentes de montagem convencionais. Versões SMD também estão disponíveis, novamente em pacotes como os pacotes Small Outline Integrated Circuit (SOIC). Estes fornecem opções muito compactas para conter os opto-acopladores. No entanto, certifique-se de que todos os requisitos de isolamento sejam atendidos.

Para opto-isoladores operando em tensões muito mais altas, diferentes pacotes estão disponíveis. Os opto-isoladores podem ser obtidos em uma ampla variedade de estilos de embalagem, incluindo retângulos, cilindros e configurações especiais. Esses tipos de pacote são projetados para fornecer tensões de isolamento mais altas do que as que podem ser alcançadas com pacotes DIL e SMD, como o SOIC.

Especificações do optoacoplador e do optoisolador

Existem vários parâmetros e especificações que precisam ser levados em consideração ao usar opto-acopladores e opto-isoladores:

• Taxa de transferência de corrente, CTR:   A taxa de transferência de corrente de um optoacoplador é uma das principais especificações. É a razão entre a corrente que flui no dispositivo de saída dividida pela corrente no dispositivo de entrada. O CTR vai variar de acordo com o tipo de opto-acoplador usado na saída, os que usam fotodarlingtons serão bem maiores do que os que usam fototransistores comuns. Os valores podem estar entre 10% e 2000% – 5000%. Deve-se notar que o CTR tende a variar com o nível de corrente de entrada. Embora varie de acordo com o dispositivo, para os optoacopladores man ele atingirá o pico para níveis de corrente de entrada em torno de 10mA caindo em ambos os lados desse valor.
• Largura de banda:   Para entender as taxas máximas de dados que podem ser processadas com um opto-acoplador, é necessário conhecer a largura de banda. Para muitos optoacopladores que usam fototransistores, pode ser apenas na região de 250 kHz, e para aqueles que usam fotodarlingtons, pode ser um décimo desse valor. Alguns optoacopladores muito mais rápidos estão disponíveis. Normalmente, quanto menor o CTR, mais rápidos os tempos de subida e descida
• Corrente de entrada:   Esta é a corrente necessária para o dispositivo transmissor de entrada – LED. O valor é usado para calcular o resistor em série usado para limitar a corrente.
• Tensão máxima do dispositivo de saída:   Para opto-acopladores usando transistores, o valor máximo será igual ao V _CE(max) para o transistor. Para opto-acopladores usando outros dispositivos na saída, a classificação equivalente deve ser usada. Lembre-se também de que deve ser mantida uma margem adequada, pois nunca é aconselhável operar dispositivos próximos de suas classificações máximas.

Diferenças entre optoacopladores e relés de estado sólido

Existem muitas semelhanças entre optoacopladores/isoladores etc e relés de estado sólido.

Os relés de estado sólido são usados ​​em muitas áreas como interruptores eletrônicos para controlar a alimentação CA ou CC.

Os relés de estado sólido utilizam a tecnologia de opto-acoplamento como base de sua operação, pois são necessários para fornecer altos níveis de resistência e isolação entre os circuitos de entrada e saída.

A principal diferença entre optoacopladores e chaves de estado sólido é que os optoacopladores e similares são normalmente usados ​​para aplicações de baixa potência. Os relés de estado sólido são usados ​​para níveis muito mais altos de potência. Freqüentemente, os relés de estado sólido são usados ​​para alternar níveis de tensão de até centenas de volts ou mais e níveis de corrente de até dezenas de amperes e mais.

Normalmente, os optoacopladores estão contidos em pequenos pacotes de IC, como dispositivos de montagem em superfície ou dispositivos semicondutores com chumbo. No entanto, os relés de estado sólido normalmente estão contidos em embalagens muito maiores, muitas vezes exigindo que sejam aparafusados ​​a um dissipador de calor. Eles também costumam ter contatos de parafuso para fornecer a capacidade de transporte de corrente necessária.

Além disso, os relés de estado sólido geralmente contêm circuitos adicionais – geralmente são um bloco de circuito completo. Eles podem conter os circuitos de acionamento para o LED no optotransmissor e também podem conter circuitos de proteção contra surtos e transientes na saída. Para aplicações CA, alguns relés de estado sólido fornecem comutação de cruzamento zero para sinais CA, onde o dispositivo de saída só comuta quando a forma de onda CA passa pela posição de zero volt. Isso reduz a interferência eletromagnética, EMI.

Fotoacopladores, optoacopladores e optoisoladores são possivelmente mais amplamente utilizados do que se pode pensar à primeira vista. Eles podem ser usados ​​de várias maneiras engenhosas, fornecendo links ópticos entre os circuitos. Isso pode ser usado para transferir dados, fornecer isolamento elétrico entre circuitos ou detectar uma interrupção no link. Seja qual for a forma como são usados, eles fornecem uma função inestimável em muitos circuitos eletrônicos.

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