Qu'est-ce qu'un optocoupleur :comment ça marche et plus

Qu'est-ce qu'un optocoupleur ， En tant que concepteur de PCB, ingénieur ou amateur, vous disposez d'une grande variété de commutateurs, de relais et de coupleurs pour personnaliser votre PCB. Avec tous les composants et options de PCB disponibles sur le marché, il est difficile de décider lequel conviendra le mieux à votre projet.

Par exemple, vous vous demandez peut-être ce que fait un optocoupleur et en quoi il est différent de tout autre relais. C'est ce que le guide suivant espère élucider. Nous y explorerons l'optocoupleur, ses différents types et ses avantages pour vous et votre projet.

Qu'est-ce qu'un optocoupleur

Les optocoupleurs portent de nombreux noms. Vous pouvez l'appeler optoisolateur, photocoupleur, coupleur optique, isolateur optique ou simplement optocoupleur. Certaines personnes peuvent même les considérer comme des options. Néanmoins, les optocoupleurs sont des composants électroniques intégrés. Généralement, les types les plus basiques consistent en un corps rectangulaire avec quatre broches. Chaque broche est un sous-composant. La première broche est l'anode , la seconde est la cathode , le troisième est le collecteur, et le quatrième est l'émetteur .

LTV-816 opto-isolateur 1 canal

Source :Wikimedia Commons

De plus, il y a une indentation circulaire sur le coin du corps principal près de la première broche. Il nous permet d'identifier les différentes broches. Le corps contient également du texte portant le numéro de pièce de l'optocoupleur. En conséquence, nous l'utilisons pour identifier le type d'optocoupleur et également trouver la fiche technique du fabricant.

Néanmoins, l'optocoupleur est essentiellement un relais statique qui interconnecte deux circuits électroniques distincts. Le premier circuit se connectera aux deux premières broches (broches 1 et 2), tandis que le second circuit se connectera aux deux dernières broches (broches 3 et 4). Cela permet au premier circuit de contrôler le deuxième circuit.

Il est facile de confondre un optocoupleur avec un circuit intégré/micropuce (CI) à cause de son apparence. Cela est particulièrement vrai pour les optocoupleurs TRIAC.

Puces électroniques sur fond blanc

Comment fonctionne un optocoupleur ?

Nous pouvons utiliser l'optocoupleur pour transférer des signaux électroniques entre deux circuits isolés. C'est l'un de ses attributs les plus importants. Parfois, des pointes de tension et du bruit peuvent se produire dans un circuit. Sans l'optocoupleur isolant les circuits, ces perturbations peuvent se propager au second circuit et entraîner sa destruction. L'optocoupleur empêche ces dommages de se produire dans les deux circuits.

De plus, l'optocoupleur ne permettra aux électrons de circuler que dans une seule direction en raison de ses matériaux semi-conducteurs. Par conséquent, cela permet aux deux circuits interconnectés d'utiliser des tensions et des courants différents.

De plus, il vous permet d'étendre les capacités de votre appareil. Cela est dû en grande partie à la façon dont il facilite l'isolation galvanique entre deux circuits séparés. Par exemple, nous pourrions ajouter un transistor au deuxième circuit sans interférer avec le premier dans une configuration à deux circuits. Cela vous permettrait de contrôler des quantités encore plus élevées de tension et de courant. De plus, cela pourrait potentiellement vous permettre d'automatiser le contrôle du circuit en ajoutant des composants électroniques.

La structure d'un optocoupleur

Les optocoupleurs sont disponibles dans une grande variété de types et de configurations. Cependant, pour faciliter la compréhension, nous nous concentrerons principalement sur la version phototransistor.

Schéma du circuit de l'optocoupleur phototransistor

Source :Wikimedia Commons

Le schéma ci-dessus illustre un phototransistor reliant deux circuits. Si vous regardez attentivement la partie phototransistor du schéma, vous remarquerez qu'il y a un symbole LED sur la gauche :

Image du symbole LED

Source :Wikimedia Commons

A l'opposé, il y a un symbole de transistor à droite :

Image du symbole du transistor

Source :Wikimedia Commons

Nous pouvons facilement repérer les chiffres ci-dessus qu'un phototransistor est une version modifiée d'un transistor normal. De plus, vous pouvez comprendre pourquoi nous appelons les (troisième et quatrième) bornes du côté transistor collecteurs et émetteurs . De plus, vous pouvez également voir pourquoi nous appelons les premier et deuxième terminaux anode et cathodes .

Les transistors ont généralement trois bornes. Cependant, il y a une petite différence ici. La broche de base d'un circuit à transistor normal est absente du circuit à phototransistor. En effet, le transistor d'un optocoupleur fonctionne légèrement différemment. Au lieu d'utiliser des signaux électroniques de la broche de base, le transistor d'un optocoupleur utilise la lumière de la LED.

La lumière brille de la LED et frappe le transistor, l'allumant et permettant au courant de circuler dans le circuit électrique principal. Ils réagissent à l'entrée optique plutôt qu'au courant d'entrée électrique. Les optocoupleurs se présentent sous deux topologies courantes. Les composants internes peuvent être superposés ou côte à côte.

Topologies d'optocoupleurs

Source :Wikimedia Commons

Bien que nous ne puissions pas voir le fonctionnement interne du phototransistor (à moins qu'il ne soit translucide), nous pouvons créer le nôtre en utilisant un simple circuit. Nous explorerons cela plus loin dans ce guide. Mais d'abord, explorons les autres types d'optocoupleurs.

Types d'optocoupleurs

Optocoupleur tenu entre une pince à épiler.

Il existe six types de transistors les plus courants. Ce sont :

• Optocoupleur résistif : Ce sont les premiers optocoupleurs. Ils utilisent des ampoules à incandescence, des lampes au néon et des LED infrarouges GaAs comme sources lumineuses. De plus, ils utilisent du sulfure de cadmium pour le matériau des transistors. Les gens se réfèrent également à ces types d'optocoupleurs comme des vactrols.
  Parce qu'il s'agit d'un appareil photosensible plus ancien, ils sont un peu plus lents que les formes plus modernes d'optocoupleurs. Par conséquent, c'est pourquoi ils sont presque obsolètes.
• Optocoupleur à diode : Les optocoupleurs à diodes utilisent des LED infrarouges à l'arséniure de gallium comme sources lumineuses et des photodiodes au silicium comme récepteurs. Cela en fait le type d'optocoupleurs le plus rapide, en particulier lorsqu'ils utilisent des diodes PIN.
• Optocoupleur de transistor : Tout comme les optocoupleurs à diodes, ils utilisent également des LED infrarouges GaAs comme sources lumineuses. Cependant, ils utilisent soit des phototransistors bipolaires en silicium, soit des phototransistors Darlington comme capteurs. Cela rend leurs taux de transfert et leurs temps de réponse plus rapides que les optocoupleurs résistifs mais plus lents que les optocoupleurs à diode.
• SRC opto-isolé : Les SRC opto-isolés utilisent des LED infrarouges ainsi que des redresseurs contrôlés au silicium. Leurs vitesses de transfert peuvent varier. Cependant, ils ne sont pas aussi rapides que les optocoupleurs à base de diodes dans n'importe quelle configuration. Néanmoins, ils ont toujours un temps de réponse et un taux de transfert décents.
• TRIAC opto-isolé : Ces types d'optocoupleurs utilisent une triode pour courant alternatif (TRIAC) comme type de capteur. Ceci s'ajoute à leur LED infrarouge GaAs comme source de lumière. Bien qu'ils n'aient pas de taux de transfert rapides, ils ont des taux de transfert de courant très élevés.
• Relais statique : Les relais à semi-conducteurs utilisent une pile de LED infrarouges GaAs comme sources lumineuses. De plus, ils utilisent une pile de photodiodes qui pilotent une paire de MOSFETS ou un IGBT singulier comme capteurs. Ils peuvent avoir des vitesses de transfert très élevées et des rapports de transfert de courant illimités.

Comment créer un circuit optocoupleur simple

Optocoupleur tenu entre une pince à épiler devant un PCB

Liste des pièces :

•  Résistance dépendante de la lumière (LDR) de 50 à 100 K Ohm
• Diode électroluminescente (DEL) blanche 3 V 0,02 A
• Diode électroluminescente (DEL) rouge 2 V 0,02 A
• 2 piles 9 V
• Changer
• Résistance de 300 ohms
• Résistance 150 Ohm x 2 (ou résistance 300 Ohm)

Explication et instructions :

LED rouge et optocoupleur

Cet optocoupleur simple utilise une simple résistance dépendante de la lumière (LDR) et une LED blanche. Le LDR fait varier sa résistance de charge en fonction de l'exposition à la lumière. Ainsi, dans l'obscurité, il a une très grande résistance. A l'inverse, lorsqu'on l'expose à une lumière vive, il a une maigre résistance. Dans ce contexte, il fonctionnera comme notre photodiode.

Dans le circuit primaire, nous aurons besoin d'une LED blanche qui a une chute de tension de 3 volts et utilise 0,02 ampères. Ensuite, nous utiliserons une pile de 9 volts comme source d'alimentation et contrôlerons le circuit à l'aide d'un interrupteur. Parce que la lumière LED blanche nécessite un courant de 3 volts, nous aurons besoin d'une résistance avec une chute de 6 volts. Ainsi, la résistance doit avoir une résistance de 300 Ohms ((9V – 3V) ÷ 0,02A).

Ainsi, votre circuit principal sera composé de la batterie, qui se connecte positivement à l'interrupteur, à la résistance et à la lumière LED blanche. Vous pouvez utiliser une planche à pain ou un fil pour connecter les composants. Au total, cela agira comme notre circuit de contrôle.

Nous aurons une LED rouge avec une chute de tension de 2 Volts et un courant électrique de 0,02 Ampères sur le circuit secondaire.

Nous l'utiliserons comme indicateur pour montrer quand le circuit fonctionne. De plus, nous connecterons le LDR à ce circuit. De toute évidence, le LDR doit être placé à côté de la lumière LED blanche.

Le LDR fournira une résistance d'environ 70 Ohms lorsque nous l'exposons à la lumière de la LED. Vous devrez connecter le LDR à la LED rouge. Pour alimenter le circuit secondaire, nous utiliserons une autre batterie de 9 volts. Encore une fois, nous aurons besoin d'une résistance pour faire chuter la tension afin que la LED puisse fonctionner efficacement. Nous suggérons d'utiliser deux résistances de 150 ohms. Cependant, une résistance de 300 Ohm conviendra également.

Néanmoins, une fois que vous avez terminé la construction du circuit, vous devrez enrouler du ruban adhésif noir autour du LDR et de la LED blanche. Vous devez vous assurer de les connecter. Cela bloquera la lumière ambiante dans la pièce. Alternativement, vous pouvez tester le circuit dans une pièce complètement sombre.

Lorsque vous appuyez sur le bouton du circuit primaire (circuit d'entrée), la LED blanche s'allume. Ensuite, il éclairera contre le LDR, ce qui allumera la LED rouge dans le circuit de sortie. La lumière de la LED blanche fonctionne comme un signal électrique dans un interrupteur. Ce projet est assez simple pour illustrer le fonctionnement interne d'un optocoupleur. Cependant, vous pouvez l'améliorer en implémentant un émetteur infrarouge avec un récepteur. Au lieu de la lumière visible, ce projet utiliserait la lumière infrarouge.

Applications d'optocoupleurs

Petit assemblage de circuits imprimés avec circuit intégré, condensateur, optocoupleur et autres semi-conducteurs

Maintenant que nous comprenons comment fonctionnent les optocoupleurs, nous pouvons maintenant explorer où nous pouvons les appliquer. Nous pouvons utiliser des optocoupleurs comme de simples interrupteurs activés par la lumière. Cependant, quels équipements et appareils électroniques leur conviendraient le mieux ? Voici une liste des endroits où nous pourrions utiliser des optocoupleurs :

• Commandes solénoïdes
• Commandes du moteur
• Gradateurs pour lampes à incandescence
• Microprocesseurs
• Basts de lampes
• Détection CA
• Isolation de tension
• Interrupteur électromagnétique
• Microcontrôleurs

Avantages de l'optocoupleur

Un ensemble d'optocoupleurs

Pourquoi voudriez-vous utiliser des optocoupleurs au lieu de relais ou de commutateurs électromécaniques ? Voici quelques-uns des avantages :

• Ils facilitent le transport unidirectionnel des signaux électriques
• Les optocoupleurs rendent vos projets plus fiables en les rendant résistants aux interférences
• Ils peuvent faciliter l'isolation électrique entre plusieurs circuits
• Les optocoupleurs peuvent séparer les sections d'entrée et de sortie de votre projet, facilitant ainsi le dépannage
• Ils réduisent les signaux de sortie externes sur la section d'entrée de votre circuit
• Les optocoupleurs vous permettent de contrôler de grands circuits CA en utilisant de petits signaux numériques
• Vous permet de transférer un signal analogique entre deux circuits séparés
• Ils vous permettent d'interfacer des composants haute tension avec des appareils basse tension
• Les optocoupleurs peuvent aider à réduire ou à éliminer complètement le bruit électrique des signaux
• Vous permet de concevoir et de fabriquer des appareils électroniques plus résistants aux pics d'alimentation, aux surtensions et aux coups de foudre

Conclusion

Dans le texte ci-dessus, nous avons fourni un guide facile à comprendre et détaillé sur les optocoupleurs. Si vous avez atteint cette section du guide, vous avez une meilleure compréhension des optocoupleurs. Néanmoins, nous espérons que vous avez trouvé ce guide utile. Comme toujours, merci d'avoir lu.