Photocoupleur

Un photocoupleur (ou optocoupleur) est un composant électronique capable de transmettre un signal d'un circuit électrique à un autre, sans qu'il y ait de contact galvanique entre eux. Le terme de photocoupleur est traduit de l'anglais optocoupler ou optoisolator.

Fonctionnement du photocoupleur

La diode électroluminescente est une diode émettant de la lumière infrarouge (émission spontanée) lorsqu'elle est soumise à une polarisation directe. Lorsqu'un courant passe dans la DEL, et à partir d'une certaine tension (en général 1,5 Volt), la DEL s'allume.

Le phototransistor est composé de 3 zones : l'émetteur, la base et le collecteur. Le phototransistor est une variante du transistor NPN : le courant passe du collecteur vers l'émetteur, mais à condition que la base reçoive, non plus du courant, mais de la lumière visible ou infrarouge. Dans la majorité des applications, le phototransistor fonctionne en Commutation. Lorsque la DEL éclaire (traversée par un courant), alors le courant peut traverser le transistor. On peut alors considérer le transistor comme un interrupteur fermé. Sur le schéma de droite, la diode est représentée entre les broches 1 et 2 tandis que le phototransistor est situé entre les broches 3 (collecteur) et 4 (émetteur). Le phototransistor a un CTR élevé (de 10 % à 150 % ou plus), mais une vitesse de commutation moyenne (0,1ms typique).

La photodiode est, à l'instar du phototransistor, un récepteur de lumière. Comme ce dernier, elle ne laisse passer le courant que si elle est éclairée. Son avantage est d'être beaucoup plus rapide (0,1 microseconde à 1 microseconde) que le phototransistor. En revanche le courant qu'elle commute est plus petit, c'est-à-dire son CTR est plus petit (de 0,1 % à 10 %). De nombreux phototransistors sont équipés de photodiode suivis par un transistor (ou une électronique plus complexe) qui amplifie le courant fourni par la photodiode, ce qui allie une vitesse de commutation rapide avec un CTR élevé.

Le photo-relais est un photocoupleur dont le récepteur est composé de plusieurs photodiodes en série, qui génèrent une tension lorsqu'elles sont illuminées. Cette tension est appliquée sur la (les) grille(s) de un ou plusieurs transistor(s) à effet de champ intégrés dans l'optocoupleur. Ce composant se comporte ainsi comme un relais à semi-conducteurs. La vitesse de commutation est lente (comparée aux autres opto-coupleurs), mais un peu plus rapide comparée au relais électro-mécaniques. (1ms à 10ms).

Le photo-darlington est composé d'un phototransistor, suivi d'un transistor normal qui amplifie le courant. Ce photocoupleur a un CTR très élevé, mais une vitesse de commutation moyenne.

Le photocoupleur analogique est utilisé pour reproduire un courant précis à travers une isolation galvanique. Il est composé d'un emetteur (une DEL) et de deux récepteurs de caractéristiques aussi identiques que possible. L'un des récepteurs fournit un courant qui est comparé au courant de référence à transmettre. L'autre récepteur se trouve du côté à isoler.

L'isolation : Il s'agit de la tension de mode commun entre l'entrée et la sortie de l'optocoupleur. Le constructeur spécifie en général une tension maximale continue et/ou alternative pour laquelle aucun claquage ne se produit. Cette tension doit pour le test être appliquée durant un temps minimum (1 seconde ou 1 minute). Pour obtenir une bonne isolation, les composants optiques sont séparés par un écran transparent, voire dans certains optocoupleurs coulés dans la même résine.

Où utilise-t-on des photocoupleurs ?

Leurs applications sont innombrables. Celle qui vient immédiatement à l'esprit est le couplage de deux circuits qui ont des alimentations distinctes, sans aucun contact électrique entre eux, ce qui évite les boucles de masse, mais sert aussi de protection des circuits à basse tension, comme les microprocesseurs, ou les humains à l'égard de tensions dangereuses, comme celle du secteur de distribution électrique.

Ils font alors office de relais entre le circuit de commande et les circuit de puissance, mais avec un gain considérable de place et d'énergie. Le photocoupleur est incontournable dans le système MIDI Musical Instrument Digital Interface des instruments de musique électronique.

Pour en savoir plus sur les photocoupleurs ou les composants électroniques, suivez des cours d'électronique.