Los optoacopladores, que conectan circuitos utilizando señales ópticas como medio, son un elemento activo en áreas donde la alta precisión es indispensable, como la acústica, la medicina y la industria, debido a su alta versatilidad y confiabilidad, como la durabilidad y el aislamiento.
Pero, ¿cuándo y bajo qué circunstancias funciona el optoacoplador y cuál es el principio detrás de él? O cuando realmente utiliza el fotoacoplador en su propio trabajo electrónico, es posible que no sepa cómo elegirlo y utilizarlo. Porque el optoacoplador a menudo se confunde con “fototransistor” y “fotodiodo”. Por lo tanto, en este artículo se presentará qué es un fotoacoplador.
¿Qué es un fotoacoplador?
El optoacoplador es un componente electrónico cuya etimología es óptica
acoplador, que significa "acoplamiento con luz". A veces también conocido como optoacoplador, aislador óptico, aislamiento óptico, etc. Consta de un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz, y conecta el circuito del lado de entrada y el circuito del lado de salida a través de una señal óptica. No existe conexión eléctrica entre estos circuitos, es decir, en estado de aislamiento. Por lo tanto, la conexión del circuito entre la entrada y la salida es separada y solo se transmite la señal. Conecte de forma segura circuitos con niveles de voltaje de entrada y salida significativamente diferentes, con aislamiento de alto voltaje entre entrada y salida.
Además, al transmitir o bloquear esta señal luminosa, actúa como interruptor. El principio y mecanismo detallados se explicarán más adelante, pero el elemento emisor de luz del fotoacoplador es un LED (diodo emisor de luz).
Desde los años 1960 hasta los años 1970, cuando se inventaron los LED y sus avances tecnológicos fueron significativos,optoelectrónicase convirtió en un boom. En ese momento, variosdispositivos ópticosSe inventaron, y el acoplador fotoeléctrico fue uno de ellos. Posteriormente, la optoelectrónica penetró rápidamente en nuestras vidas.
① Principio/mecanismo
El principio del optoacoplador es que el elemento emisor de luz convierte la señal eléctrica de entrada en luz, y el elemento receptor de luz transmite la señal eléctrica de retorno de luz al circuito del lado de salida. El elemento emisor de luz y el elemento receptor de luz están en el interior del bloque de luz externo, y los dos están opuestos entre sí para transmitir luz.
El semiconductor utilizado en los elementos emisores de luz es el LED (diodo emisor de luz). Por otro lado, existen muchos tipos de semiconductores utilizados en dispositivos receptores de luz, dependiendo del entorno de uso, tamaño externo, precio, etc., pero en general el más utilizado es el fototransistor.
Cuando no funcionan, los fototransistores transportan poca corriente que los semiconductores comunes. Cuando la luz incide allí, el fototransistor genera una fuerza fotoelectromotriz en la superficie del semiconductor tipo P y del semiconductor tipo N, los agujeros en el semiconductor tipo N fluyen hacia la región p, el semiconductor electrónico libre en la región p fluye en la región n, y la corriente fluirá.
Los fototransistores no responden tan bien como los fotodiodos, pero también tienen el efecto de amplificar la salida de cientos a 1000 veces la señal de entrada (debido al campo eléctrico interno). Por lo tanto, son lo suficientemente sensibles como para captar incluso señales débiles, lo cual es una ventaja.
De hecho, el “bloqueador de luz” que vemos es un dispositivo electrónico con el mismo principio y mecanismo.
Sin embargo, los interruptores de luz se utilizan normalmente como sensores y desempeñan su función pasando un objeto que bloquea la luz entre el elemento emisor de luz y el elemento receptor de luz. Por ejemplo, puede utilizarse para detectar monedas y billetes en máquinas expendedoras y cajeros automáticos.
② Características
Dado que el optoacoplador transmite señales a través de la luz, el aislamiento entre el lado de entrada y el lado de salida es una característica importante. El alto aislamiento no se ve afectado fácilmente por el ruido, pero también evita el flujo accidental de corriente entre circuitos adyacentes, lo que resulta extremadamente eficaz en términos de seguridad. Y la estructura en sí es relativamente simple y razonable.
Debido a su larga historia, la rica línea de productos de varios fabricantes es también una ventaja única de los optoacopladores. Como no hay contacto físico, el desgaste entre las piezas es pequeño y la vida útil es más larga. Por otro lado, también existe la característica de que la eficiencia luminosa es fácil de fluctuar, debido a que el LED se deteriorará lentamente con el paso del tiempo y los cambios de temperatura.
Especialmente cuando el componente interno del plástico transparente se vuelve turbio durante mucho tiempo, no puede haber muy buena luz. Sin embargo, en cualquier caso, la vida útil es demasiado larga en comparación con la duración del contacto mecánico.
Los fototransistores son generalmente más lentos que los fotodiodos, por lo que no se utilizan para comunicaciones de alta velocidad. Sin embargo, esto no es una desventaja, ya que algunos componentes tienen circuitos de amplificación en el lado de salida para aumentar la velocidad. De hecho, no todos los circuitos electrónicos necesitan aumentar la velocidad.
③ Uso
Acopladores fotoeléctricosSe utilizan principalmente para operaciones de conmutación. El circuito se energizará al encender el interruptor, pero desde el punto de vista de las características anteriores, especialmente el aislamiento y la larga vida útil, se adapta bien a escenarios que requieren alta confiabilidad. Por ejemplo, el ruido es el enemigo de la electrónica médica y de los equipos de audio/comunicación.
También se utiliza en sistemas de accionamiento de motores. La razón del motor es que la velocidad la controla el inversor cuando se acciona, pero genera ruido debido a la alta salida. Este ruido no sólo hará que el motor falle, sino que también fluirá a través de la “tierra” afectando a los periféricos. En particular, los equipos con cableado largo son fáciles de captar este ruido de salida alto, por lo que si sucede en la fábrica, causará grandes pérdidas y, en ocasiones, provocará accidentes graves. Al utilizar optoacopladores altamente aislados para la conmutación, se puede minimizar el impacto en otros circuitos y dispositivos.
En segundo lugar, cómo elegir y utilizar optoacopladores.
¿Cómo utilizar el optoacoplador adecuado para su aplicación en el diseño de productos? Los siguientes ingenieros de desarrollo de microcontroladores explicarán cómo seleccionar y utilizar optoacopladores.
① Siempre abierto y siempre cerrado
Hay dos tipos de fotoacopladores: un tipo en el que el interruptor se apaga (apaga) cuando no se aplica voltaje, un tipo en el que el interruptor se enciende (apaga) cuando se aplica voltaje y un tipo en el que el interruptor Se enciende cuando no hay voltaje. Aplicar y apagar cuando se aplica voltaje.
El primero se llama normalmente abierto y el segundo normalmente cerrado. La forma de elegir depende en primer lugar del tipo de circuito que necesite.
② Verifique la corriente de salida y el voltaje aplicado.
Los fotoacopladores tienen la propiedad de amplificar la señal, pero no siempre pasan voltaje y corriente a voluntad. Por supuesto, está clasificado, pero es necesario aplicar un voltaje desde el lado de entrada de acuerdo con la corriente de salida deseada.
Si miramos la ficha técnica del producto, podemos ver un gráfico donde el eje vertical es la corriente de salida (corriente del colector) y el eje horizontal es el voltaje de entrada (voltaje colector-emisor). La corriente del colector varía según la intensidad de la luz LED, así que aplique el voltaje según la corriente de salida deseada.
Sin embargo, se podría pensar que la corriente de salida calculada aquí es sorprendentemente pequeña. Este es el valor actual que aún se puede generar de manera confiable después de tener en cuenta el deterioro del LED con el tiempo, por lo que es menor que la clasificación máxima.
Por el contrario, hay casos en los que la corriente de salida no es grande. Por lo tanto, al elegir el optoacoplador, asegúrese de verificar cuidadosamente la "corriente de salida" y elegir el producto que coincida.
③ Corriente máxima
La corriente de conducción máxima es el valor de corriente máximo que el optoacoplador puede soportar cuando conduce. Nuevamente, debemos asegurarnos de saber cuánta producción necesita el proyecto y cuál es el voltaje de entrada antes de comprar. Asegúrate de que el valor máximo y la corriente utilizada no sean límites, sino que haya cierto margen.
④ Configure el fotoacoplador correctamente
Habiendo elegido el optoacoplador adecuado, usémoslo en un proyecto real. La instalación en sí es fácil, simplemente conecte los terminales conectados a cada circuito del lado de entrada y al circuito del lado de salida. Sin embargo, se debe tener cuidado de no desorientar el lado de entrada y el lado de salida. Por lo tanto, también debe verificar los símbolos en la tabla de datos, para no encontrar que el pie del acoplador fotoeléctrico está incorrecto después de dibujar la placa PCB.
Hora de publicación: 29-jul-2023