Les interférences de circuit gâchent vos projets ? Les optocoupleurs y remédient. Découvrons ce qu'ils sont et pourquoi ils sont importants.
Les optocoupleurs (OC) transmettent des signaux par la lumière, isolant ainsi l'entrée et la sortie. Ils utilisent une LED et un photodétecteur, essentiels pour l'anti-interférence dans les circuits.
J'ai un jour omis un optocoupleur dans un circuit moteur : le bruit a grillé le contrôleur. Apprenez de cette erreur. Analysons leur fonctionnement, leurs types et leurs utilisations.
Comment les optocoupleurs transmettent-ils des signaux ?
Vous vous demandez comment la lumière transporte l'électricité ? C'est là toute la magie. Une erreur peut mettre votre circuit en panne.
Les optocoupleurs convertissent l'électricité en lumière (via une LED), puis en électricité (via un photodétecteur). Cela isole l'entrée et la sortie.
Les trois étapes
- Électricité en lumière : Le courant d'entrée alimente une LED. La LED brille ; sa luminosité correspond au signal d'entrée. J'ai constaté ce phénomène lors d'un test : une entrée de 5 V faisait briller la LED ; une entrée de 0 V l'éteignait.
- Lumière en électricité : Un photodétecteur (comme un phototransistor) est placé près de la LED. Il capte la lumière et produit un faible courant. Plus de lumière = plus de courant.
- Amplification : Certains optocoupleurs amplifient le faible courant à des niveaux utilisables. Cela garantit un signal de sortie suffisamment puissant.
L'importance de l'isolation
L'entrée et la sortie n'ont aucune connexion électrique directe. Cela empêche le bruit ou les hautes tensions de se croiser. Dans une alimentation que j'ai construite, l'optocoupleur empêchait le secteur 220 V de griller le circuit de commande 5 V.
| Composant | Rôle |
|---|---|
| LED | Convertit le courant d'entrée en lumière |
| Photodétecteur | Reconvertit la lumière en électricité |
| Amplificateur (si présent) | Renforce le signal de sortie |
Le mois dernier, un stagiaire a câblé l'optocoupleur. Une pointe de tension a détruit le microcontrôleur. L'isolation n'est pas facultative, elle est essentielle.
Comment les optocoupleurs sont-ils classés par trajet lumineux ?
Au début, les types de trajet lumineux m'ont dérouté. Choisir le mauvais, et votre optocoupleur ne détectera pas les signaux.
Il existe deux types : interne (trajet lumineux fermé) et externe (trajet ouvert). Les types externes comprennent les types à faisceau traversant et les types à réflexion.
Chemin lumineux interne
La LED et le photodétecteur sont intégrés dans un seul boîtier. La lumière circule directement à l'intérieur, sans interférence extérieure. Je les utilise pour la plupart des circuits. Ils offrent une isolation fiable du signal. L'optocoupleur 4N25 en est un bon exemple : il est étanche, il n'est donc pas affecté par la poussière ou la lumière provenant d'autres sources.
Chemin lumineux externe
Ces modèles sont dotés d'une LED et d'un photodétecteur séparés. La lumière circule à travers un espace ouvert. Il existe deux types principaux :
- Barrage lumineux : LED d'un côté, détecteur de l'autre. Un objet bloquant la lumière modifie le signal. J'ai utilisé ce type de capteur pour un capteur de porte : l'ouverture de la porte interrompait le faisceau, déclenchant une alarme.
- Réflecteur : LED et détecteur sont côte à côte. Ils réfléchissent la lumière sur une surface. L'absence de réflexion (par exemple, absence d'objet) signifie l'absence de signal. Idéal pour compter les pièces sur un convoyeur.
| Type | Structure | Idéal pour |
|---|---|---|
| Interne | Boîtier scellé | Isolation du signal, réduction du bruit |
| Externe Barrage | LED/détecteur séparé, trajectoire rectiligne | Détection d'objets, comptage |
| Externe Réfléchissant | LED/détecteur ensemble, réflexion de la lumière | Détection de proximité, détection de surface |
J'ai déjà essayé un optocoupleur interne pour un compteur de convoyeur. Il a échoué ; il fallait un optocoupleur externe réfléchissant pour « voir » les pièces.
Quels sont les types de sortie des optocoupleurs ?
Un mauvais choix de type de sortie a fait planter ma première alimentation. Il n'existe pas de sortie universelle.
Les types de sortie incluent les photodiodes, les phototransistors, les Darlington, les portes logiques et les alimentations (IGBT/MOSFET), chacun pour des tâches spécifiques.
Types de sortie courants
- Photodiode : Simple, rapide, mais faible courant. Idéale pour les signaux à haut débit. J'en ai utilisé une dans une liaison de données à 1 MHz ; elle a suivi la vitesse.
- Phototransistor : Plus de courant qu'une diode, mais plus lent. Convient aux signaux lents comme les interrupteurs marche/arrêt.
- Transistor Darlington : Courant encore plus élevé (jusqu'à 100 mA). Idéal pour piloter de petits moteurs ou des relais. Dans un circuit de commande de ventilateur, il a facilement géré 50 mA.
- Porte logique : Génère des signaux numériques (0 V ou 5 V). Parfaite pour les entrées de microcontrôleur. Un 6N137 que j'ai utilisé envoyait des signaux 5 V clairs à un Arduino. - Types de puissance (IGBT/MOSFET) : Contrôle des courants élevés (en ampères, et non en mA). Utilisé dans les onduleurs ou les variateurs de vitesse.
| Type de sortie | Courant max. | Vitesse | Utilisation optimale |
|---|---|---|---|
| Photodiode | < 1 mA | Rapide (plus de 100 MHz) | Données haut débit |
| Phototransistor | < 10 mA | Lent (100 kHz) | Marche/arrêt simple |
| Darlington | < 100 mA | Plus lent (10 kHz) | Relais, petits moteurs |
| Porte logique | 1 A | Moyen (1 MHz) | Dispositifs haute puissance |
Un collègue a utilisé un phototransistor pour un signal de 1 MHz. Il était en retard ; le remplacement par une photodiode a résolu le problème. Adaptez la sortie à vos besoins en termes de vitesse et de courant.
Comment les optocoupleurs sont-ils classés par boîtier ?
Le type de boîtier est important pour l'espace. Un jour, j'ai choisi un optocoupleur trop grand : il ne rentrait pas dans le circuit imprimé.
Les boîtiers disponibles sont DIP, CMS, TO, coaxiaux et fibre optique. Choisissez en fonction de l'espace et des besoins de montage.
Boîtiers courants
- DIP (Dual In-line Package) : Broches traversantes, faciles à souder à la main. Idéal pour le prototypage. Un 4N35 en DIP s'adapte parfaitement à ma platine d'expérimentation.
- CMS (Montage en surface) : Petit, plat, se soude à la surface du circuit imprimé. Gain de place dans les téléphones ou les objets connectés. J'ai utilisé un optocoupleur CMS dans un chargeur de montre connectée : il s'adapte au petit circuit imprimé.
- TO Package : Boîtier métallique, meilleure dissipation thermique. Utilisé pour les modèles haute puissance. Un optocoupleur TO-220 dans une alimentation est resté froid à 1 A.
- Coaxial : Cylindrique, protège de la lumière extérieure. Idéal pour les circuits sensibles.
- Fibre optique : Utilise un câble à fibre optique pour transporter la lumière. Permet de longues distances entre la LED et le détecteur. J'en ai vu sur des machines d'usine : la LED et le détecteur étaient distants de 10 m.
| Boîtier | Taille | Montage | Idéal pour |
|---|---|---|---|
| DIP | Plus grand | Traversant | Prototypage, faible volume |
| CMS | Petit | Montage en surface | Production de masse, petits appareils |
| TO | Moyen | Traversant/CMS | Haute puissance, thermosensible |
| Coaxial | Petit | Traversant | Circuits sensibles |
| Fibre optique | Variable | Personnalisé | Transmission de signaux longue distance |
L'année dernière, j'ai conçu un circuit imprimé avec des optocoupleurs DIP. Cela fonctionnait, mais était encombrant. Le passage au CMS a permis de réduire la taille de 40 %, ce qui est important pour les appareils portables.
Que sont les optocoupleurs numériques et linéaires ?
Numérique ou linéaire : les mélanger a provoqué une distorsion de mon circuit audio. Ils gèrent les signaux différemment.
Les optocoupleurs numériques envoient des signaux marche/arrêt. Les optocoupleurs linéaires transmettent des signaux variables (comme le volume) avec précision.
Optocoupleurs numériques
Ils fonctionnent comme des interrupteurs. Entrée activée = sortie activée ; entrée désactivée = sortie désactivée. Pas d'intermédiaire. Idéal pour les signaux binaires (0 et 1). J'en ai utilisé un dans un adaptateur USB-série : il a transmis les 0 et les 1 sans erreur.
Optocoupleurs linéaires
Ils reproduisent l'intensité du signal d'entrée. Une entrée de 2 V produit une sortie de 2 V (mise à l'échelle). Idéal pour les signaux analogiques comme l'audio ou les relevés de capteurs. Dans un circuit de microphone, un optocoupleur linéaire permettait de conserver un son clair, sans distorsion.
| Type | Type de signal | Précision | Exemple d'utilisation |
|---|---|---|---|
| Numérique | Binaire (marche/arrêt) | Haut pour 0/1 | Données informatiques, circuits logiques |
| Linéaire | Variable (0-5 V, etc.) | Haut pour les gradients | Audio, signaux de capteurs |
J'ai essayé un optocoupleur numérique dans un circuit audio une fois. La musique se transformait en clics ; il ne pouvait pas gérer les variations de signaux. Le linéaire était la solution.
Quelle est la différence entre les optocoupleurs haute vitesse et basse vitesse ?
Un optocoupleur lent dans un circuit rapide ? Les données se perdent. La vitesse est plus importante qu'on ne le pense.
Les optocoupleurs haute vitesse gèrent les signaux > 10 MHz. Les optocoupleurs basse vitesse fonctionnent pour les signaux < 1 MHz. Choisissez en fonction de la vitesse de votre signal.
Optocoupleurs haute vitesse
Ils utilisent des composants rapides (comme les photodiodes PIN) et un traitement du signal. Certains atteignent 1 GHz. Utilisés pour la communication de données (Ethernet, USB). Un 6N138 que j'ai utilisé gérait 100 MHz, sans perte de données.
Optocoupleurs basse vitesse
Plus lents (généralement 10 MHz (jusqu'à 1 GHz) | Photodiode PIN, traitement du signal | Liaisons de données, circuits haute fréquence |
| Bas débit | < 1 MHz | Phototransistor | Commutateurs lents, capteurs |
Dans une sonde d'oscilloscope de 50 MHz, un optocoupleur bas débit rendait le signal flou. Le passage à un modèle haut débit a permis de le clarifier, ce qui était essentiel pour des mesures précises.
Conclusion
Les optocoupleurs isolent les signaux par la lumière, avec des types pour la vitesse, le type de signal et l'espace. Choisissez le bon pour éviter le bruit et les pannes.
