Optoacoplador: seus tipos e diversas aplicações em circuitos dc / ac

Opto-acoplador é um componente eletrônico que transfere sinais elétricos entre dois circuitos isolados. Optoacoplador também chamado de opto-isolador, fotoacoplador ou isolador óptico.

Freqüentemente em circuitos, especialmente circuitos de baixa tensão ou altamente sensíveis a ruídos, o optoacoplador é usado para isolar circuitos para evitar chances de colisão elétrica ou para excluir ruídos indesejados. No mercado comercial atual, podemos comprar optoacoplador com capacidade de tensão suportável de entrada e saída de 10 kV a 20 kV, com uma especificação de transientes de tensão de 25 kV / uS.

Estrutura interna do optoacoplador

Esta é a estrutura interna do opto-acoplador. No lado esquerdo o pino 1 e o pino 2 estão expostos, é um LED (Light Emitting Diode), o LED emite luz infravermelha para o transistor fotossensíveldo lado direito. O foto-transistor comuta o circuito de saída por seu coletor e emissor, igual aos transistores BJT típicos. A intensidade do LED controla diretamente o foto-transistor. Como o LED pode ser controlado por um circuito diferente e o foto transistor pode controlar circuitos diferentes, dois circuitos independentes podem ser controlados pelo optoacoplador. Além disso, entre o foto-transistor e o LED infravermelho, o espaço é transparente e material não condutor; está isolando eletricamente dois circuitos diferentes. O espaço oco entre o LED e o foto-transistor pode ser feito usando vidro, ar ou um plástico transparente, o isolamento elétrico é muito maior, normalmente 10 kV ou superior.

Tipos de optoacopladores

Existem muitos tipos diferentes de optoacopladores disponíveis comercialmente com base em suas necessidades e recursos de comutação. Dependendo da utilização, existem principalmente quatro tipos de optoacopladores disponíveis.

Opto-acoplador que usa foto-transistor.
Opto-acoplador que usa Photo Darlington Transistor.
Opto-acoplador que usa Photo TRIAC.
Opto-acoplador que usa Photo SCR.

Optoacoplador foto-transistor

Na imagem superior, a construção interna é mostrada dentro de um optoacoplador fototransistor. O tipo de transistor pode ser qualquer um PNP ou NPN.

O foto-transistor pode ser de dois tipos, dependendo da disponibilidade do pino de saída. Na segunda imagem à esquerda, há um pino adicional conectado internamente à base do transistor. Este pino 6 é usado para controlar a sensibilidade do foto-transistor. Freqüentemente, o pino é usado para conectar com o terra ou negativo usando um resistor de alto valor. Nesta configuração, o disparo falso devido a ruído ou transientes elétricos pode ser controlado de forma eficaz.

Além disso, antes de usar o optoacoplador baseado em foto-transistor, o usuário deve saber a classificação máxima do transistor. PC816, PC817, LTV817, K847PH são poucos optoacopladores baseados em foto-transistor amplamente usados. Foto - opto-acoplador baseado em transistor é usado no isolamento relacionado ao circuito CC.

Foto-Darlington Transistor optoacoplador

Na imagem superior, há dois tipos de símbolo, a construção interna do opto-acoplador baseado em Photo-Darlington é mostrada.

Darlington Transistor é dois pares de transistores, onde um transistor controla outra base de transistor. Nesta configuração, o Transistor Darlington fornece capacidade de alto ganho. Como de costume o LED emite led infravermelho e controla a base do par transistor.

Este tipo de opto-acoplador também é usado na área relacionada ao circuito CC para o isolamento. O 6º pino que é conectado internamente à base do transistor, usado para controlar a sensibilidade do transistor, conforme discutido anteriormente na descrição do foto-transistor. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 são alguns exemplos de opto-acoplador baseado em foto-Darlington.

Foto-TRIAC Optocoupler

Na imagem superior, é mostrada a construção interna ou o opto-acoplador TRIAC.

O TRIAC é usado principalmente onde o controle ou comutação CA é necessário. O led pode ser controlado usando DC e o TRIAC usado para controlar AC. O opto-acoplador fornece excelente isolamento também neste caso. Aqui está um aplicativo Triac. Os exemplos de opto-acoplador baseado em foto-TRIAC são IL420 , 4N35, etc. são exemplos de opto-acoplador baseado em TRIAC.

Optoacoplador baseado em Photo-SCR

SCR significa retificador controlado por silício, SCR também conhecido como tiristor. Na imagem superior é mostrada a construção interna de um opto-acoplador baseado em Photo-SCR. Igual a outro opto-acoplador, o LED emite infravermelho. O SCR é controlado pela intensidade do LED. Opto-acoplador baseado em Photo-SCR usado em circuitos relacionados a CA. Saiba mais sobre o Thyristor aqui.

Alguns exemplos de opto-acopladores baseados em foto-SCR são: - MOC3071, IL400, MOC3072 etc.

Aplicações do optoacoplador

Como discutido antes, poucos optoacopladores usados em circuito DC e poucos optoacopladores usados em operações relacionadas a AC. Como o optoacoplador não permite a conexão elétrica direta entre os dois lados, a principal aplicação do optoacoplador é isolar dois circuitos.

Para alternar outra aplicação, da mesma forma que quando o transistor pode ser usado para alternar a aplicação, o optoacoplador pode ser usado. Ele pode ser usado em várias operações relacionadas ao microcontrolador, onde pulsos digitais ou informações analógicas necessárias de um circuito de alta tensão, optoacoplador pode ser usado para excelente isolamento entre os dois.

Opto-acoplador pode ser usado para detecção de CA, operações relacionadas ao controle de CC. Vamos ver algumas aplicações dos opto-transistores.

Optoacoplador para comutação de circuito DC:

No circuito superior é usado um circuito optoacoplador baseado em foto-transistor. Ele funcionará como um interruptor de transistor típico. No esquema, é usado um opto-acoplador PC817 baseado em foto-transistor. O led infravermelho será controlado pelo interruptor S1. Quando a chave estiver ligada, a fonte da bateria de 9 V fornecerá corrente ao LED por meio do resistor limitador de corrente 10k. A intensidade é controlada pelo resistor R1. Se alterarmos o valor e diminuirmos a resistência, a intensidade do led será alta fazendo com que o ganho do transistor seja alto.

Por outro lado o transistor é um fototransistor controlado pelo led infravermelho interno, quando o led emite luz infravermelha o fototransistor entrará em contato e o VOUT será 0 desligando a carga conectada através dele. É preciso lembrar que de acordo com o datasheet a corrente do coletor do transistor é de 50mA. O R2 fornece o VOUT 5v. O R2 é um resistor pull-up.

Você pode ver a mudança de um LED usando opto-acoplador no vídeo abaixo…

Nesta configuração, o opto-acoplador baseado em foto-transistor pode ser usado com o microcontrolador para detectar pulsos ou interrupção.

Optoacoplador para detecção de tensão CA:

Aqui um outro circuito é mostrado para detectar a tensão AC. O led infravermelho é controlado por dois resistores de 100k. Os dois resistores de 100k usados em vez de um resistor de 200k são para segurança extra para condições relacionadas a curto-circuito. O LED está conectado à linha de tomada de parede (L) e linha neutra (N). Quando o S1 é pressionado o led passa a emitir luz infravermelha. O fototransistor responde e converte o VOUT de 5V para 0V.

Nesta configuração, o opto-acoplador pode ser conectado em um circuito de baixa tensão, como uma unidade de microcontrolador, onde a detecção de tensão CA é necessária. A saída produzirá um pulso quadrado de alto a baixo.

A partir de agora, o primeiro circuito é usado para controlar ou alternar o circuito CC e o segundo é para detectar o circuito CA e controlar ou alternar o circuito CC. A seguir, veremos o controle do circuito AC usando o circuito DC.

Optoacoplador para controlar o circuito CA usando tensão CC:

No circuito superior, o LED é novamente controlado pela bateria de 9 V através do resistor de 10k e o estado da chave. Por outro lado, é usado um opto-acoplador baseado em foto-TRIAC, que controla a LÂMPADA CA da tomada de 220 V CA. O resistor 68R é usado para controlar o BT136 TRIAC, que é controlado pelo foto-TRIAC dentro da unidade opto-acopladora.

Este tipo de configuração é usado para controlar aparelhos elétricos usando circuitos de baixa tensão. O IL420 é usado no esquema superior, que é um opto-acoplador baseado em foto-TRIAC.

Além deste tipo de circuito, um optoacoplador pode ser usado no SMPS para enviar informações de curto-circuito do lado secundário ou de condição de sobrecarga para o lado primário.

Se você quiser ver o IC do optoacoplador em ação real, verifique os circuitos abaixo:

Introdução ao Octocoupler e interface com ATmega8
Medidor de energia pré-pago usando GSM e Arduino
Circuito de dimmer TRIAC com controle remoto IR
Raspberry Pi Emergency Light com Darkness e AC Power Line Off Detector
IR Remote Controlled Home Automation using PIC Microcontrolador