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Seleção de circuitos com acopladores ópticos (ART108)

 

Os acopladores ópticos são amplamente usados na transferência de sinais e informações entre circuitos, nos casos em que se exige um isolamento entre esses circuitos. Existem diversas formas de se utilizar um acoplador óptico, dependendo apenas do tipo de sinal que deva ser transferido. Reunimos neste artigo uma coleção de 10 circuitos práticos usando acopladores ópticos. Esses circuitos podem ser alterados conforme o acoplador usado e conforme o tipo de sinal a ser empregado na excitação.

 

 

 

 

Acopladores ópticos ou optocouplers são dispositivos formados por um LED emissor e um dispositivo sensor que pode ir do foto-transistor ao foto-diac, dentro de um encapsulamento hermético.

 

Símbolo e aspecto de um acoplador óptico típico – o 4N25

 

 

O sinal modula a luz emitida pelo LED sendo então transferido para o sensor que o entrega a um circuito externo de processamento.

Os acopladores são extremamente eficientes no isolamento entre os circuitos que pode superar facilmente os 5 000 volts e rápidos o bastante para aceitar modulações que chegam a alguns megahertz.

Os circuitos que apresentamos nessa seleção, em sua maioria são circuitos sugeridos pelos próprios fabricantes dos acopladores ópticos sendo por isso altamente confiáveis.

Apesar disso, pode ser necessário que numa aplicação específica ou quando passamos de um tipo a outro de acoplador, em função de suas características próprias, sejam necessárias alterações de valores nos componentes usados para se obter o melhor desempenho.

 

1.Acoplador TTL -1

O circuito mostrado na figura 1 é usado para se transferir sinais modulados (pulsos) para uma entrada TTL.

 

O resistor R1 de 330 ohms é para o caso da fonte de sinais ser TTL. Para outras fontes esse componente deve ter seu valor alterado de modo a se garantir uma corrente da ordem de 5 a 10 mA no LED emissor e com isso ser obtida a transferência do sinal.

A utilização de um disparador no processamento do sinal garante que seja obtido um pulso retangular de saída, mesmo em função das deformações introduzidas no circuito de transferência do sinal.

Acopladores como o 4N25, TIL102 ou equivalentes podem ser usados neste circuito. Observe que o terra do circuito fonte de sinal não é o mesmo do circuito receptor, de modo a se garantir o isolamento entre eles.

Pode ser necessário alterar o resistor R2 também, em função das características de sensibilidade do foto-transistor do acoplador usado.

 

2.Acoplador TTL – 2

O circuito da figura 2 é uma variação do circuito anterior, com o sinal para o 7413 retirado do emissor do foto-transistor do acoplador. Assim, no primeiro caso, da figura 1, tínhamos uma inversão e depois re-inversão do sinal, o que não ocorre nesse caso.

 

O a entrada do inversor vai ao nível alto quando o LED do acoplador óptico é excitado  e com isso temos a inversão desse nível na porta disparadora 7413.

Como no circuito anterior R1 depende do sinal de entrada (330 ohms para TTL) e o resistor R2 pode precisar de alteração em função das características do foto-transistor do acoplador usado.

Os mesmos tipos de acopladores indicados para o circuito anterior servem para este também.

 

3.Disparador Óptico para SCR

A figura 3 mostra um modo simples de se usar um acoplador óptico no disparo de um SCR.

 

O valor do resistor R2 pode ser alterado na faixa de 1 k a 22 k conforme a sensibilidade do SCR e também as características do foto-transistor do acoplador óptico. Acopladores como o 4N25, TIL102 e outros podem ser usados. Para o SCR recomenda-se o uso de tipos sensíveis como o TIC106.

As características desse componente também vai determinar a corrente máxima da carga controlada. A tensão Vcc também depende da carga que vai ser controlada. Observe que existe uma alimentação fixa de 9 a 12 V para o acoplador, independente da carga.

O terra do sinal de entrada também é separado, para se garantir o isolamento entre os circuitos. R1 de 330 ohms é para o caso da excitação TTL. Para excitação com outros tipos de sinais deve ser alterado o valor desse componente.

 

4.Transmissão de Pulsos com Amplificador Operacional

Na figura 4 mostramos como é possível transferir pulsos para um circuito externo com uma boa amplificação, usando um amplificador operacional.

 

Os valores dos componentes dados no diagrama são para o caso do amplificador operacional 741, assim como a faixa de tensões de operação.

Evidentemente, esses valores podem necessitar de alteração caso outros amplificadores operacionais sejam usados. Da mesma forma, o resistor R1 tem o valor de 330 ohms para o caso de pulsos TTL.

Para sinais de outras lógicas ou fontes, esse componente deve ser alterado.

Também observamos a necessidade de se usar uma fonte simétrica e que a faixa passante desse circuito é da ordem de 100 kHz para um amplificador 741.

Amplificadores mais rápidos podem ser usados se a aplicação assim o exigir.

 

5.Disparador com Transistor

No circuito da figura 5 temos uma configuração de um disparador de Schmitt usando transistores.

 

A saída desse circuito é compatível com lógica TTL e o ponto de disparo é ajustado no trimpot P1.

Observe que esse circuito exige acopladores ópticos que tenham acesso à base do foto-transistor, o que não ocorre com todos os tipos. Os tipos 4N25, por exemplo, possuem esse acesso, justamente pelo pino 6.

Alterações de valores dos componentes podem ser necessárias em função das características do acoplador, caso de R2 e dependendo do sinal de entrada, pode ser necessário mudar o valor de R1.

O valor indicado para R1 é para sinais de 5 V que não precisam ser necessariamente retangulares, pois a finalidade do circuito é justamente fazer essa modificação, no sentido de que possam excitar lógica TTL.

 

6.Amplificador de Pulsos

O circuito da figura 6 consiste num amplificador para pulsos com um controle de polarização feito na base do foto-transistor do acoplador óptico.

 

Como no circuito anterior, deve ser usado um acoplador óptico que tenha acesso à base do foto-transistor interno.

Eventuais alterações de valores de componentes incluem o resistor de polarização do acoplador e o resistor R1 do sinal de entrada. O valor de 330 ohms é indicado para o caso de sinais TTL.

A tensão de alimentação entre 5 e 12 V também pode exigir alterações de R2 e R3 de modo a se obter o melhor desempenho, em função do ajuste de P1.

 

7.Amplificador de pulsos com Operacional

Um outro amplificador de pulsos usando um operacional, que pode ser o 741, é mostrado na figura 7.

 

O ganho desse amplificador é determinado pela relação entre R4 e R3, componentes que podem ser alterados em função do amplificador operacional usado.

O resistor R1 também deve ser alterado em função do sinal de entrada e R2 em função do ganho e do amplificador usado. Amplificadores operacionais de menor tensão podem ser usados com alterações nos componentes que possam influir no seu desempenho.

Observe que esse circuito não necessita de fonte de alimentação simétrica e, como nos demais, o terra do circuito de excitação é separado do terra do circuito amplificador, para se garantir o isolamento.

 

8.Amplificador de Pulsos - II

Esse circuito opera da mesma forma que o anterior, com a diferença de que o ganho é determinado por R4 que proporciona uma realimentação negativa.

Qualquer amplificador operacional pode ser usado e em princípio, não é necessário usar uma alimentação simétrica. O resistor R2 eventualmente deve ser alterado para se obter uma boa excitaçao em função das características do foto-transistor do acoplador.

O resistor R1 tem o valor dado para sinais TTL, devendo ser alterado se outros tipos de pulsos forem aplicados. Operacionais de menor tensão podem ser usado se o projeto assim o exigir.

 

 

9.Amplificador simples transistorizado - I

A figura 9 mostra uma configuração bastante simples de amplificador de emissor comum para pulsos obtidos através de um acoplador óptico comum com foto-transistor.

 

O ganho da etapa praticamente é determinado pelo resistor R3 que pode ser alterado, conforme as aplicações do circuito.

O resistor R2 também pode ser alterado em função das características do foto-transistor do acoplador usado.

 

 

10. Amplificador com Transistor – II

O circuito apresentado na figura 10 usa um transistor PNP, de modo que o pulso de saída é obtido quando o nível de entrada é alto.

 

Experi6encias com os valores de R2 devem ser feitas para se obter a melhor resposta em função das características do foto-transistor do acoplador.

O valor de R1 depende do tipo de sinal aplicado à entrada e 330 ohms, corresponde aos sinais TTL.

 

 

Conclusão

Muitas modificações em torno das configurações apresentadas podem se rfeitas no sentido de se obter o melhor desempenho para uma determinada aplicação.

Uma outra possibilidade de uso para os circuitos indicados é em chaves ópticas, onde pode-se alimentar continuamente o LED e detectar quando um objeto interrompe o feixe de luz, conforme mostra a figura 11.

Figura 11

 

Uma chave desse tipo, pode ser usada em encoders ou em detectores de posição, caso em que os pulsos gerados pela passagem de um “gap” ou abertura ou de uma região transparente de um objeto permite a passagem da luz.

Outra possibilidade consiste na própria montagem do acoplador pelo leitor, caso em que LEDs de potência ou mesmo LASERs podem ser usados com fontes de luz, aumentando a separação entre o emissor e o sensor.

 

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