Optoacoplador - características, dispositivo, aplicación.
¿Qué es un optoacoplador?
El optoacoplador es un dispositivo optoelectrónico, cuyas principales partes funcionales son una fuente de luz y un fotodetector, que no están conectados galvánicamente entre sí, sino que están ubicados en una carcasa sellada común. El principio de funcionamiento de un optoacoplador se basa en que una señal eléctrica que se le aplica provoca un resplandor en el lado emisor, y ya en forma de luz, la señal es recibida por el fotodetector, iniciando una señal eléctrica en el receptor. lado. Es decir, se transmite y recibe una señal a través de comunicación óptica dentro del componente electrónico.
Un optoacoplador es el tipo más simple de optoacoplador. Consta únicamente de las partes transmisora y receptora. Un tipo más complejo de optoacoplador es un chip optoelectrónico que contiene varios optoacopladores conectados a uno o más dispositivos de adaptación o amplificación.
Así, un optoacoplador es un componente electrónico que permite la transmisión de una señal óptica en un circuito sin acoplamiento galvánico entre la fuente de la señal y su receptor, ya que se sabe que los fotones son eléctricamente neutros.
La estructura y características de los optoacopladores.
Los optoacopladores utilizan fotodetectores que son sensibles en las regiones visible e infrarroja cercana, ya que esta parte del espectro se caracteriza por fuentes intensas de radiación que pueden funcionar como fotodetectores sin enfriamiento. Los fotodetectores con uniones pn (diodos y transistores) basados en silicio son universales, la región de su máxima sensibilidad espectral está cerca de 0,8 μm.
El optoacoplador se caracteriza principalmente por la relación de transmisión de corriente CTR, es decir, la relación de las corrientes de entrada y salida. El siguiente parámetro es la tasa de transmisión de la señal, en realidad la frecuencia de corte fc de la operación del optoacoplador, relacionada con el tiempo de subida tr y el corte tf para los pulsos transmitidos. Finalmente, los parámetros que caracterizan al optoacoplador desde el punto de vista del aislamiento galvánico: la resistencia de aislamiento Riso, la tensión máxima Viso y el caudal Cf.
El dispositivo de entrada, que forma parte de la estructura del optoacoplador, está diseñado para crear condiciones de funcionamiento óptimas para que el emisor (LED) cambie el punto de funcionamiento a la región lineal de la característica I — V.
El dispositivo de entrada tiene una velocidad suficiente y una amplia gama de corrientes de entrada, lo que garantiza la fiabilidad de la transmisión de información incluso con una corriente baja (umbral). El medio óptico se encuentra dentro de la carcasa a través del cual se transmite la luz desde el emisor hasta el fotodetector.
En los optoacopladores con un canal óptico controlado, existe un dispositivo de control adicional a través del cual es posible influir en las propiedades del medio óptico utilizando medios eléctricos o magnéticos.En el lado del fotodetector, la señal se recupera a una alta tasa de conversión óptica a eléctrica.
El dispositivo de salida en el lado del fotodetector (por ejemplo, un fototransistor incluido en el circuito) está diseñado para convertir la señal en una forma eléctrica estándar, conveniente para su posterior procesamiento en bloques siguiendo el optoacoplador. Un optoacoplador a menudo no contiene dispositivos de entrada y salida, por lo que requiere circuitos externos para establecer un funcionamiento normal en el circuito de un dispositivo en particular.
Aplicación de optoacopladores
Los conectores ópticos son ampliamente utilizados en circuitos para aislamiento galvánico bloques de varios equipos, donde hay circuitos para baja y alta tensión, los circuitos de control están separados de los circuitos de potencia: control de triacs y tiristores potentes, circuitos de relés, etc.
Los optoacopladores de diodos, transistores y resistencias se utilizan en modulación de ingeniería de radio y circuitos de control automático de ganancia. Al exponer el canal óptico, el circuito se controla sin contacto y se lleva al modo óptimo de operación.
Los conectores ópticos son tan versátiles que se utilizan en una variedad de industrias y en tantas funciones únicas, incluso simplemente como elementos de aislamiento galvánico y control sin contacto, que es imposible enumerarlos todos.
Estos son solo algunos de ellos: computadoras, tecnología de comunicación, automatización, equipos de radio, sistemas de control automatizados, instrumentos de medición, sistemas de control y regulación, tecnología médica, dispositivos de visualización y muchos otros.
Ventajas de los optoacopladores
El uso de optoacopladores en placas de circuito impreso le permite lograr un aislamiento galvánico ideal cuando los requisitos para el aislamiento de circuitos de entrada y salida de alto y bajo voltaje en términos de resistencia son extremadamente altos. El voltaje entre los circuitos de transmisión y recepción del popular optoacoplador PC817 es, por ejemplo, de 5000 V. Además, se logra un ancho de banda extremadamente bajo de aproximadamente 1 pF mediante aislamiento óptico.
Utilizando optoacopladores, el control sin contacto es muy fácil de implementar, dejando espacio para soluciones de diseño únicas en términos de circuitos de control directo. Aquí también es importante que no haya absolutamente ninguna reacción del receptor a la fuente, es decir, la información se transmite en un solo sentido.
El ancho de banda más amplio del optoacoplador elimina las limitaciones impuestas por las bajas frecuencias: con la ayuda de la luz, puede transmitir al menos una señal constante, incluso un pulso, y con flancos muy pronunciados, lo que es fundamentalmente imposible de implementar utilizando transformadores de pulso. El canal de comunicación dentro del optoacoplador es absolutamente inmune a los efectos de los campos electromagnéticos, por lo que la señal está protegida de interferencias y capturas. Finalmente, los optoacopladores son totalmente compatibles con otros componentes electrónicos.