Accoppiatore ottico: caratteristiche, dispositivo, applicazione

Cos'è un fotoaccoppiatore

L'accoppiatore ottico è un dispositivo optoelettronico, le cui parti funzionali principali sono una sorgente luminosa e un fotorilevatore, che non sono collegati galvanicamente tra loro, ma si trovano in un alloggiamento sigillato comune. Il principio di funzionamento di un fotoaccoppiatore si basa sul fatto che un segnale elettrico ad esso applicato provoca un bagliore sul lato trasmittente e, già sotto forma di luce, il segnale viene ricevuto dal fotorilevatore, avviando un segnale elettrico sul lato ricevente lato. Cioè, un segnale viene trasmesso e ricevuto attraverso la comunicazione ottica all'interno del componente elettronico.

Un accoppiatore ottico è il tipo più semplice di accoppiatore ottico. Consiste solo delle parti trasmittenti e riceventi. Un tipo più complesso di accoppiatore ottico è un chip optoelettronico che contiene diversi accoppiatori ottici collegati a uno o più dispositivi di adattamento o amplificazione.

Pertanto, un fotoaccoppiatore è un componente elettronico che fornisce la trasmissione di un segnale ottico in un circuito senza accoppiamento galvanico tra la sorgente del segnale e il suo ricevitore, poiché è noto che i fotoni sono elettricamente neutri.

La struttura e le caratteristiche degli optoaccoppiatori

Gli optoaccoppiatori utilizzano fotorivelatori sensibili nelle regioni del vicino infrarosso e del visibile, poiché questa parte dello spettro è caratterizzata da intense sorgenti di radiazioni che possono funzionare come fotorivelatori senza raffreddamento. I fotorivelatori con giunzioni pn (diodi e transistor) a base di silicio sono universali, la regione della loro massima sensibilità spettrale è vicina a 0,8 μm.

L'optoisolatore è caratterizzato principalmente dal rapporto di trasmissione della corrente CTR, ovvero il rapporto tra le correnti di ingresso e di uscita. Il parametro successivo è la velocità di trasmissione del segnale, in realtà la frequenza di taglio fc del funzionamento dell'optoaccoppiatore, in relazione al tempo di salita tr e al taglio tf per gli impulsi trasmessi. Infine, i parametri che caratterizzano l'optoaccoppiatore dal punto di vista dell'isolamento galvanico: la resistenza di isolamento Riso, la tensione massima Viso e il throughput Cf.

Il dispositivo di input, che fa parte della struttura dell'accoppiatore ottico, è progettato per creare condizioni operative ottimali affinché l'emettitore (LED) sposti il ​​punto operativo nella regione lineare della caratteristica I-V.

Il dispositivo di input ha una velocità sufficiente e un'ampia gamma di correnti di ingresso, garantendo l'affidabilità della trasmissione delle informazioni anche a bassa corrente (di soglia). Il supporto ottico si trova all'interno dell'alloggiamento attraverso il quale la luce viene trasmessa dall'emettitore al fotorilevatore.

Negli optoaccoppiatori con un canale ottico controllato, è presente un dispositivo di controllo aggiuntivo, attraverso il quale è possibile influenzare le proprietà del mezzo ottico utilizzando mezzi elettrici o magnetici.Sul lato del fotorivelatore, il segnale viene recuperato con un elevato tasso di conversione da ottico a elettrico.

Il dispositivo di uscita sul lato del fotorilevatore (ad esempio, un fototransistor incluso nel circuito) è progettato per convertire il segnale in una forma elettrica standard, conveniente per l'ulteriore elaborazione in blocchi che seguono l'accoppiatore ottico. Un accoppiatore ottico spesso non contiene dispositivi di input e output, quindi richiede circuiti esterni per stabilire il normale funzionamento nel circuito di un particolare dispositivo.

Applicazione di optoaccoppiatori

I connettori ottici sono ampiamente utilizzati nei circuiti per l'isolamento galvanico blocchi di varie apparecchiature, dove sono presenti circuiti per bassa e alta tensione, i circuiti di controllo sono separati dai circuiti di potenza: controllo di potenti triac e tiristori, circuiti relè, ecc.

Gli accoppiatori ottici a diodi, transistor e resistori sono utilizzati nella modulazione dell'ingegneria radio e nei circuiti di controllo automatico del guadagno. Esponendo il canale ottico, il circuito viene controllato senza contatto e portato alla modalità operativa ottimale.

I connettori ottici sono così versatili da essere utilizzati in una tale varietà di settori e in così tante funzioni uniche, anche semplicemente come isolamento galvanico ed elementi di controllo senza contatto, che è impossibile elencarli tutti.

Eccone solo alcuni: computer, tecnologia di comunicazione, automazione, apparecchiature radio, sistemi di controllo automatizzati, strumenti di misura, sistemi di controllo e regolazione, tecnologia medica, dispositivi di visualizzazione e molti altri.

Vantaggi degli optoaccoppiatori

L'uso di optoaccoppiatori su circuiti stampati consente di ottenere un isolamento galvanico ideale quando i requisiti per l'isolamento di circuiti ad alta e bassa tensione, di ingresso e di uscita in termini di resistenza sono estremamente elevati. La tensione tra i circuiti di trasmissione e ricezione del popolare accoppiatore ottico PC817 è, ad esempio, di 5000 V. Inoltre, grazie all'isolamento ottico si ottiene una larghezza di banda estremamente ridotta di circa 1 pF.

Utilizzando optoaccoppiatori, il controllo senza contatto è molto facile da implementare, lasciando spazio a soluzioni di design uniche in termini di circuiti di controllo diretto. È anche importante qui che non vi sia assolutamente alcuna reazione del ricevitore alla fonte, ovvero l'informazione viene trasmessa unidirezionale.

La larghezza di banda più ampia dell'accoppiatore ottico elimina i limiti imposti dalle basse frequenze: con l'ausilio della luce è possibile trasmettere almeno un segnale costante, anche un impulso, e con fronti molto ripidi, cosa fondamentalmente impossibile da realizzare utilizzando trasformatori di impulsi. Il canale di comunicazione all'interno dell'optoaccoppiatore è assolutamente immune agli effetti dei campi elettromagnetici, quindi il segnale è protetto da interferenze e cattura. Infine, gli optoisolatori sono pienamente compatibili con altri componenti elettronici.