Optocoplador: els seus tipus i diverses aplicacions en circuits de corrent continu / corrent altern

L’optoacoblador és un component electrònic que transmet senyals elèctrics entre dos circuits aïllats. Optocoplador també anomenat optoaïllador, acoblador fotogràfic o aïllador òptic.

Sovint en circuits, especialment en circuits de baixa tensió o sensibles al soroll, s’utilitza Optocoupler per aïllar circuits per evitar possibles col·lisions elèctriques o per excloure sorolls no desitjats. En el mercat comercial actual, podem comprar optoacobladors amb entrada de 10 kV a 20 kV per a la sortida de capacitat de tensió, amb una especificació de transitoris de tensió de 25 kV / uS.

Estructura interna de l’optocoplador

Aquesta és l’estructura interna de l’optoacoblador. Al pin esquerre i pin 2 del costat esquerre s’exposen, és un LED (díode emissor de llum), el LED emet llum infraroja al transistor fotosensibleal costat dret. El fototransistor commuta el circuit de sortida pel seu col·lector i emissor, igual que els transistors BJT típics. La intensitat del LED controla directament el fototransistor. Atès que el LED es pot controlar mitjançant un circuit diferent i el transistor fotogràfic pot controlar diferents circuits, de manera que dos circuits independents es poden controlar mitjançant Optocoupler. A més, entre el fototransistor i el LED d’infrarojos, l’espai és material transparent i no conductor; està aïllant elèctricament dos circuits diferents. L'espai buit entre el LED i el fototransistor es pot fer amb vidre, aire o un plàstic transparent; l'aïllament elèctric és molt més gran, normalment 10 kV o superior.

Tipus d’optoacopladors

Hi ha molts tipus diferents d’optocopladors disponibles comercialment en funció de les seves necessitats i capacitats de commutació. Depenent de l'ús, hi ha principalment quatre tipus d'optocopladors disponibles.

1. Optoacoblador que utilitza Photo Transistor.
2. Optoacoblador que utilitza Photo Darlington Transistor.
3. Optoacoblador que utilitza Photo TRIAC.
4. Optoacoblador que utilitza Photo SCR.

Optocuplador de fototransistor

A la imatge superior, la construcció interna es mostra dins d’un optoacoplador de fototransistor. El tipus de transistor pot ser qualsevol, ja sigui PNP o NPN.

Photo-Transistor pot ser de dos tipus addicionals en funció de la disponibilitat del pin de sortida. A la segona imatge de l'esquerra, hi ha un pin addicional que està connectat internament amb la base del transistor. Aquest pin 6 s’utilitza per controlar la sensibilitat del fototransistor. Sovint, el pin s'utilitza per connectar-se a terra o negatiu mitjançant una resistència d'alt valor. En aquesta configuració, es pot controlar eficaçment l’activació falsa a causa de sorolls o transitoris elèctrics.

A més, abans d’utilitzar un optoacoblador basat en transistors fotogràfics, l’usuari ha de conèixer la qualificació màxima del transistor. PC816, PC817, LTV817, K847PH són pocs optoacopladors basats en fototransistor. Foto: l'optoacoblador basat en transistors s'utilitza en l'aïllament relacionat amb el circuit continu.

Optocuplador de transistors Photo-Darlington

A la imatge superior hi ha dos tipus de símbols; es mostra la construcció interna d' un optoacoblador basat en Photo-Darlington.

El transistor Darlington és un parell de dos transistors, on un transistor controla una altra base de transistors. En aquesta configuració, el transistor Darlington proporciona una gran capacitat de guany. Com és habitual, el LED emet leds infrarojos i controla la base del parell de transistors.

Aquest tipus d'opto-acoblador també s'utilitza a l'àrea relacionada amb circuits de CC per a l'aïllament. El 6è pin que està connectat internament a la base del transistor, s'utilitza per controlar la sensibilitat del transistor tal com s'ha comentat anteriorment a la descripció del fototransistor. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 són pocs exemples d’acobladors opto-basats en foto-Darlington.

Photo-TRIAC Optocoupler

A la imatge superior es mostra la construcció interna o l' optoacoblador basat en TRIAC.

TRIAC s’utilitza principalment quan es necessita un control o commutació basats en CA. El led es pot controlar mitjançant corrent continu i el TRIAC s’utilitza per controlar el corrent altern. L’optoacoblador també proporciona un aïllament excel·lent. Aquí hi ha una aplicació Triac. Els exemples optoacobladors basats en foto-TRIAC són IL420 , 4N35, etc., són un exemple d’acobladors optoacobladors basats en TRIAC.

Optocuoplador basat en Photo-SCR

Stand SCR per a un rectificador controlat amb silici, SCR també anomenat Tiristor. A la imatge superior es mostra la construcció interna d’un optoacoblador basat en Photo-SCR. Igual que altres optoacobladors, el LED emet infrarojos. El SCR està controlat per la intensitat del LED. Optoacoblador basat en foto-SCR utilitzat en circuits relacionats amb corrent altern. Obteniu més informació sobre Tiristor aquí.

Pocs exemples d'optoacobladors basats en foto-SCR són: - MOC3071, IL400, MOC3072, etc.

Aplicacions d'Optocoupler

Com s'ha comentat abans, pocs optoacopladors s'utilitzen en circuits de corrent continu i pocs optoacopladors s'utilitzen en operacions relacionades amb corrent altern. Com que l’optocoplador no permet la connexió elèctrica directa entre dues cares, la principal aplicació de l’optocoplador és aïllar dos circuits.

Des del canvi d’altra aplicació, igual que quan es pot utilitzar el transistor per canviar d’aplicació, es pot utilitzar l’optocoplador. Es pot utilitzar en diverses operacions relacionades amb els microcontroladors, on es poden utilitzar impulsos digitals o informació analògica necessària d'un circuit d'alta tensió, per a un aïllament excel·lent entre aquests dos.

L'optoacoblador es pot utilitzar per a la detecció de CA i les operacions relacionades amb el control de CC. Vegem poques aplicacions dels opto-transistors.

Optoacoplador per a commutació de circuits de CC:

Al circuit superior s’utilitza un circuit d’acoblador basat en Photo-Transistor. Actuarà com un interruptor de transistor típic. En l’esquema s’utilitza un optoacoblador basat en fototransistor de baix cost PC817. El led d'infrarojos serà controlat per l'interruptor S1. Quan l’interruptor estarà encès, la font de la bateria de 9V proporcionarà corrent al LED mitjançant la resistència limitadora de corrent 10k. La intensitat està controlada per la resistència R1. Si canviem el valor i fem que la resistència sigui més baixa, la intensitat del led serà elevada i el guany del transistor serà elevat.

A l'altre costat, el transistor és un fototransistor controlat pel led infraroig intern, quan el led emet llum infraroja el transistor fotogràfic es posarà en contacte i el VOUT serà 0 apagant la càrrega connectada a través d'ell. Cal recordar que, segons el full de dades, el corrent del col·lector del transistor és de 50 mA. El R2 proporciona el VOUT 5v. El R2 és una resistència pull-up.

Podeu veure el canvi d'un LED mitjançant optoacoblador al vídeo següent…

En aquesta configuració, l'optoacoblador basat en fototransistor es pot utilitzar amb el microcontrolador per detectar impulsos o interrupcions.

Optoacoplador per a la detecció de voltatge de corrent altern:

Aquí es mostra un altre circuit per detectar la tensió de corrent altern. El led d'infrarojos es controla mitjançant dues resistències de 100 k. Les dues resistències de 100 k que s’utilitzen en lloc d’una resistència de 200 k són per a una seguretat addicional per a condicions relacionades amb el curtcircuit. El LED està connectat a través de la presa de corrent de la línia (L) i la línia neutra (N). Quan es prem el S1, el led comença a emetre llum infraroja. El transistor fotogràfic dóna una resposta i converteix el VOUT de 5V a 0V.

En aquesta configuració, l'optoacoblador es pot connectar a través de circuits de baixa tensió, com ara la unitat de microcontrolador, on es requereix la detecció de voltatge de corrent altern. La sortida produirà pols quadrat d’alta a baixa.

A partir d’ara, el primer circuit s’utilitza per controlar o canviar el circuit de corrent continu i el segon és detectar el circuit de corrent altern i controlar o canviar el circuit de corrent continu. A continuació, veurem controlar el circuit de corrent altern mitjançant un circuit de corrent continu.

Optocoplador per controlar el circuit de corrent altern mitjançant tensió continu:

Al circuit superior, el LED es torna a controlar mitjançant una bateria de 9V mitjançant una resistència de 10k i l'estat del commutador. A l’altra banda s’utilitza un optoacoblador basat en foto-TRIAC, que controla la LÀMPARA de CA des de la sortida de CA de 220V. La resistència 68R s'utilitza per controlar el BT136 TRIAC que és controlat per la foto-TRIAC dins de la unitat optoacoblador.

Aquest tipus de configuració s’utilitza per controlar els aparells elèctrics mitjançant circuits de baixa tensió. L'IL420 s'utilitza en l'esquema superior, que és un optoacoblador basat en foto-TRIAC.

A part d'aquest tipus de circuits, un optoacoblador es pot utilitzar en SMPS per enviar informació de curtcircuit del costat secundari o sobre la informació de condició actual al costat principal.

Si voleu veure l’ optocoplador IC en acció real, comproveu els circuits següents:

• Introducció a Octocoupler i Interfacing amb ATmega8
• Mesurador d'energia prepagament mitjançant GSM i Arduino
• Circuit dimmer controlat a distància per IR
• Llum d'emergència Raspberry Pi amb detector de foscor i línia de corrent altern
• Domòtica IR controlada a distància mitjançant microcontrolador PIC