Optocoupleur - caractéristiques, appareil, application

Qu'est-ce qu'un optocoupleur

L'optocoupleur est un dispositif optoélectronique dont les principales parties fonctionnelles sont une source lumineuse et un photodétecteur, qui ne sont pas reliés galvaniquement l'un à l'autre, mais sont situés dans un boîtier scellé commun. Le principe de fonctionnement d'un optocoupleur est basé sur le fait qu'un signal électrique qui lui est appliqué provoque une lueur du côté émetteur, et déjà sous forme de lumière, le signal est reçu par le photodétecteur, initiant un signal électrique sur le récepteur côté. C'est-à-dire qu'un signal est transmis et reçu par communication optique à l'intérieur du composant électronique.

Un optocoupleur est le type d'optocoupleur le plus simple. Il se compose uniquement des parties émission et réception. Un type plus complexe d'optocoupleur est une puce optoélectronique qui contient plusieurs optocoupleurs connectés à un ou plusieurs dispositifs d'adaptation ou d'amplification.

Ainsi, un optocoupleur est un composant électronique qui assure la transmission d'un signal optique dans un circuit sans couplage galvanique entre la source du signal et son récepteur, les photons étant connus pour être électriquement neutres.

La structure et les caractéristiques des optocoupleurs

Les optocoupleurs utilisent des photodétecteurs sensibles dans le proche infrarouge et le visible, car cette partie du spectre est caractérisée par des sources intenses de rayonnement qui peuvent fonctionner comme photodétecteurs sans refroidissement. Les photodétecteurs à jonctions pn (diodes et transistors) à base de silicium sont universels, la région de leur sensibilité spectrale maximale est voisine de 0,8 µm.

L'optocoupleur est principalement caractérisé par le rapport de transmission de courant CTR, c'est-à-dire le rapport des courants d'entrée et de sortie. Le paramètre suivant est le taux de transmission du signal, en fait la fréquence de coupure fc du fonctionnement de l'optocoupleur, liée au temps de montée tr et à la coupure tf des impulsions émises. Enfin, les paramètres caractérisant l'optocoupleur du point de vue de l'isolement galvanique : la résistance d'isolement Riso, la tension maximale Viso et le débit Cf.

Le dispositif d'entrée, qui fait partie de la structure de l'optocoupleur, est conçu pour créer des conditions de fonctionnement optimales pour l'émetteur (LED) afin de déplacer le point de fonctionnement dans la région linéaire de la caractéristique I — V.

Le dispositif d'entrée a une vitesse suffisante et une large gamme de courants d'entrée, garantissant la fiabilité de la transmission des informations même à faible courant (seuil). Le milieu optique est situé à l'intérieur du boîtier à travers lequel la lumière est transmise de l'émetteur au photodétecteur.

Dans les optocoupleurs à canal optique contrôlé, il existe un dispositif de contrôle supplémentaire, à travers lequel il est possible d'influencer les propriétés du support optique à l'aide de moyens électriques ou magnétiques.Côté photodétecteur, le signal est récupéré à un taux de conversion optique-électrique élevé.

Le dispositif de sortie sur le côté du photodétecteur (par exemple, un phototransistor inclus dans le circuit) est conçu pour convertir le signal en une forme électrique standard, pratique pour un traitement ultérieur en blocs suivant l'optocoupleur. Un optocoupleur ne contient souvent pas de dispositifs d'entrée et de sortie, il nécessite donc des circuits externes pour établir un fonctionnement normal dans le circuit d'un dispositif particulier.

Application des optocoupleurs

Les connecteurs optiques sont largement utilisés dans les circuits pour isolation galvanique des blocs d'équipements divers, où se trouvent des circuits pour la basse et la haute tension, les circuits de commande sont séparés des circuits de puissance : commande de triacs et thyristors puissants, circuits de relais, etc.

Les optocoupleurs à diodes, transistors et résistances sont utilisés dans les circuits de modulation et de contrôle automatique de gain de l'ingénierie radio. En exposant le canal optique, le circuit est contrôlé sans contact et amené au mode de fonctionnement optimal.

Les connecteurs optiques sont si polyvalents qu'ils sont utilisés dans une telle variété d'industries et dans tant de fonctions uniques, même simplement en tant qu'éléments d'isolation galvanique et de contrôle sans contact, qu'il est impossible de tous les énumérer.

En voici quelques-uns : ordinateurs, technologies de communication, automatisation, équipements radio, systèmes de contrôle automatisés, instruments de mesure, systèmes de contrôle et de régulation, technologie médicale, dispositifs d'affichage visuel et bien d'autres.

Avantages des optocoupleurs

L'utilisation d'optocoupleurs sur les cartes de circuits imprimés permet d'obtenir une isolation galvanique idéale lorsque les exigences d'isolation des circuits haute et basse tension, d'entrée et de sortie en termes de résistance sont extrêmement élevées. La tension entre les circuits d'émission et de réception du populaire optocoupleur PC817 est, par exemple, de 5000 V. De plus, une bande passante extrêmement faible d'environ 1 pF est obtenue par isolation optique.

Grâce aux optocoupleurs, la commande sans contact est très simple à mettre en œuvre, tout en laissant la place à des solutions de conception uniques en termes de circuits de commande directe. Il est également important ici qu'il n'y ait absolument aucune réaction du récepteur à la source, c'est-à-dire que l'information est transmise dans un sens.

La bande passante la plus large de l'optocoupleur élimine les limitations imposées par les basses fréquences : à l'aide de la lumière, vous pouvez transmettre au moins un signal constant, même une impulsion, et avec des fronts très raides, ce qui est fondamentalement impossible à mettre en œuvre avec des transformateurs d'impulsions. Le canal de communication à l'intérieur de l'optocoupleur est absolument insensible aux effets des champs électromagnétiques, de sorte que le signal est protégé contre les interférences et la capture. Enfin, les optocoupleurs sont entièrement compatibles avec les autres composants électroniques.