Qué es un optoacoplador:cómo funciona y más

¿Qué es un optoacoplador? Como diseñador, ingeniero o aficionado de PCB, tiene una amplia variedad de interruptores, relés y acopladores para personalizar su PCB. Con todos los componentes y opciones de PCB disponibles en el mercado, es difícil decidir cuál se adaptará mejor a su proyecto.

Por ejemplo, es posible que se pregunte qué hace un optoacoplador y en qué se diferencia de cualquier otro relé. Esto es lo que la siguiente guía espera dilucidar. En él, exploraremos el optoacoplador, sus diversos tipos y cómo puede beneficiarlo a usted y a su proyecto.

Qué es un optoacoplador

Los optoacopladores tienen muchos nombres. Puede referirse a él como optoaislador, fotoacoplador, acoplador óptico, aislador óptico o simplemente optoacoplador. Algunas personas incluso pueden referirse a ellos como opciones. Sin embargo, los optoacopladores son componentes electrónicos integrados. Generalmente, los tipos más básicos consisten en un cuerpo rectangular con cuatro pines. Cada pin es un subcomponente. El primer pin es el ánodo , el segundo es el cátodo , el tercero es el recolector, y el cuarto es el emisor .

LTV-816 Optoaislador de 1 canal

Fuente:Wikimedia Commons

Además, hay una muesca circular en la esquina del cuerpo principal cerca del primer pasador. Nos permite identificar los diferentes pines. El cuerpo también contiene texto con el número de pieza del optoacoplador. En consecuencia, lo usamos para identificar el tipo de optoacoplador y también encontrar la hoja de datos del fabricante.

No obstante, el optoacoplador es esencialmente un relé de estado sólido que interconecta dos circuitos electrónicos separados. El primer circuito se conectará a través de los dos primeros pines (pin 1 y 2), mientras que el segundo circuito se conectará a los dos últimos pines (pin 3 y 4). Esto permite que el primer circuito controle el segundo circuito.

Es fácil confundir un optoacoplador con un circuito integrado/microchip (IC) por su apariencia. Esto es especialmente cierto para los optoacopladores TRIAC.

Microchips electrónicos con fondo blanco

¿Cómo funciona un optoacoplador?

Podemos usar el optoacoplador para transferir señales electrónicas entre dos circuitos aislados. Este es uno de sus atributos más importantes. A veces pueden ocurrir picos de voltaje y ruido en un circuito. Sin el optoacoplador que aísla los circuitos, estas interrupciones pueden extenderse al segundo circuito y causar destrucción. El optoacoplador evita que se produzca este daño en ambos circuitos.

Además, el optoacoplador solo permitirá que los electrones fluyan en una dirección debido a sus materiales semiconductores. En consecuencia, esto permite que los dos circuitos interconectados utilicen diferentes voltajes y corrientes.

Además, le permite expandir las capacidades de su dispositivo. Esto se debe en gran parte a cómo facilita el aislamiento galvánico entre dos circuitos separados. Por ejemplo, podríamos agregar un transistor al segundo circuito sin interferir con el primero en una configuración de dos circuitos. Esto le permitiría controlar cantidades aún mayores de voltaje y corriente. Además, podría permitirle automatizar el control del circuito agregando componentes electrónicos.

La estructura de un optoacoplador

Los optoacopladores vienen en una amplia variedad de tipos y configuraciones. Sin embargo, para que las cosas sean más fáciles de entender, nos centraremos principalmente en la versión de fototransistor.

Diagrama del circuito del optoacoplador del fototransistor

Fuente:Wikimedia Commons

El diagrama anterior ilustra un fototransistor que conecta dos circuitos. Si observa detenidamente la parte del fototransistor del diagrama, notará que hay un símbolo de LED a la izquierda:

Imagen del símbolo LED

Fuente:Wikimedia Commons

Por el contrario, hay un símbolo de transistor a la derecha:

Imagen del símbolo del transistor

Fuente:Wikimedia Commons

Podemos detectar fácilmente las cifras anteriores de que un fototransistor es una versión modificada de un transistor normal. Además, puede entender por qué llamamos a los terminales (tercero y cuarto) en el lado del transistor colectores y emisores . Además, también puede ver por qué llamamos a los terminales primero y segundo ánodo y cátodos .

Los transistores generalmente tienen tres terminales. Sin embargo, hay una pequeña diferencia aquí. Falta el pin base en un circuito de transistor normal en el circuito de fototransistor. Esto se debe a que el transistor en un optoacoplador funciona de manera ligeramente diferente. En lugar de usar señales electrónicas del pin base, el transistor en un optoacoplador usa la luz del LED.

La luz brilla desde el LED y golpea el transistor, encendiéndolo y permitiendo que la corriente fluya en el circuito eléctrico principal. Reaccionan a la entrada óptica en lugar de solo a la corriente de entrada eléctrica. Los optoacopladores vienen en dos topologías comunes. Los componentes internos pueden colocarse uno encima del otro o uno al lado del otro.

Topologías de optoacopladores

Fuente:Wikimedia Commons

Si bien no podemos ver el funcionamiento interno del fototransistor (a menos que sea translúcido), podemos crear el nuestro propio usando un circuito simple. Exploraremos eso más adelante en esta guía. Pero primero, exploremos los otros tipos de optoacopladores.

Tipos de optoacopladores

Optoacoplador sostenido entre un par de pinzas.

Hay seis tipos más comunes de transistores. Ellos son:

• Optoacoplador resistivo: Estos fueron los primeros optoacopladores. Utilizan bombillas de luz incandescente, lámparas de neón y LED infrarrojos de GaAs como fuentes de luz. Además, utilizan sulfuro de cadmio para material de transistores. La gente también se refiere a este tipo de optoacopladores como vactrols.
  Debido a que son un dispositivo fotosensible más antiguo, son un poco más lentos que las formas más modernas de optoacopladores. En consecuencia, es por eso que están casi obsoletos.
• Optoacoplador de diodo: Los optoacopladores de diodo utilizan LED infrarrojos de arseniuro de galio como fuentes de luz y fotodiodos de silicio como receptores. Esto los convierte en el tipo de optoacopladores más rápido, especialmente cuando utilizan diodos PIN.
• Optoacoplador de transistores: Al igual que los optoacopladores de diodos, también utilizan LED infrarrojos de GaAs como fuentes de luz. Sin embargo, utilizan fototransistores bipolares de silicio o fototransistores Darlington como sensores. Esto hace que sus tasas de transferencia y tiempos de respuesta sean más rápidos que los optoacopladores resistivos pero más lentos que los optoacopladores de diodo.
• SRC optoaislado: Los SRC optoaislados utilizan LED infrarrojos junto con rectificadores controlados por silicio. Sus velocidades de transferencia pueden variar. Sin embargo, no son tan rápidos como los optoacopladores basados ​​en diodos en ninguna configuración. Sin embargo, todavía tienen un tiempo de respuesta y una tasa de transferencia decentes.
• TRIAC optoaislado: Este tipo de optoacopladores utilizan un triodo para corriente alterna (TRIAC) como tipo de sensor. Esto se suma a su LED infrarrojo de GaAs como fuente de luz. Si bien no tienen tasas de transferencia rápidas, tienen relaciones de transferencia actuales muy altas.
• Relé de estado sólido: Los relés de estado sólido utilizan una pila de LED infrarrojos de GaAs como fuentes de luz. Además, utilizan una pila de fotodiodos que impulsan un par de MOSFET o un IGBT singular como sensores. Pueden tener velocidades de transferencia muy altas y relaciones de transferencia de corriente ilimitadas.

Cómo crear un circuito de optoacoplador simple

Optoacoplador sostenido entre un par de pinzas frente a una PCB

Lista de piezas:

• Resistencia dependiente de la luz (LDR) de 50 - 100 000 ohmios
• 3V 0.02A Diodo emisor de luz blanca (LED)
• 2V 0.02A Diodo emisor de luz roja (LED)
• Batería de 9V x 2
• Interruptor
• Resistencia de 300 ohmios
• Resistencia de 150 ohmios x 2 (o resistencia de 300 ohmios)

Explicación e instrucciones:

LED rojo y optoacoplador

Este sencillo optoacoplador utiliza una resistencia dependiente de la luz sencilla (LDR) y un LED blanco. El LDR varía su resistencia de carga en función de la exposición a la luz. Por lo tanto, en la oscuridad, tiene una resistencia muy alta. Inversamente, cuando lo exponemos a la luz brillante, tiene una resistencia exigua. En este contexto, funcionará como nuestro fotodiodo.

En el circuito primario necesitaremos un LED blanco que tenga una caída de tensión de 3 voltios y consuma 0,02 amperios. A continuación, emplearemos una batería de 9 voltios como fuente de alimentación y controlaremos el circuito mediante un interruptor. Debido a que la luz LED blanca requiere una corriente de 3 voltios, necesitaremos una resistencia con una caída de 6 voltios. Por lo tanto, la resistencia debe tener 300 ohmios de resistencia ((9V – 3V) ÷ 0,02A).

Entonces, su circuito primario consistirá en la batería, que se conecta positivamente al interruptor, la resistencia y la luz LED blanca. Puede usar una placa de prueba o un cable para conectar los componentes. En conjunto, esto actuará como nuestro circuito de control.

Tendremos un LED rojo con una caída de tensión de 2 Voltios y una corriente eléctrica de 0,02 Amperios en el circuito secundario.

Lo usaremos como un indicador para mostrar cuando el circuito está funcionando. Además, conectaremos el LDR a este circuito. Obviamente, el LDR debe colocarse junto a la luz LED blanca.

El LDR proporcionará una resistencia de aproximadamente 70 ohmios cuando lo expongamos a la luz del LED. Deberá conectar el LDR al LED rojo. Para alimentar el circuito secundario, emplearemos otra batería de 9 voltios. Nuevamente, necesitaremos una resistencia para bajar el voltaje para que el LED pueda funcionar de manera efectiva. Sugerimos usar dos resistencias de 150 Ohm. Sin embargo, una resistencia de 300 ohmios también estará bien.

Sin embargo, una vez que haya terminado de construir el circuito, deberá envolver un poco de cinta negra alrededor del LDR y el LED blanco. Debes asegurarte de conectarlos. Esto bloqueará la luz ambiental en la habitación. Alternativamente, puede probar el circuito en una habitación completamente oscura.

Cuando presione el botón del circuito primario (circuito de entrada), el LED blanco se encenderá. Luego brillará una luz contra el LDR, que encenderá el LED rojo en el circuito de salida. La luz del LED blanco funciona como una señal eléctrica en un interruptor. Este proyecto es lo suficientemente simple como para ilustrar el funcionamiento interno de un optoacoplador. Sin embargo, puede mejorarlo implementando un emisor de infrarrojos junto con un receptor. En lugar de luz visible, este proyecto usaría luz infrarroja.

Aplicaciones de optoacopladores

Montaje de PCB pequeño con IC, condensador, optoacoplador y otros semiconductores

Ahora que entendemos cómo funcionan los optoacopladores, ahora podemos explorar dónde podemos aplicarlos. Podemos usar optoacopladores como simples interruptores activados por luz. Sin embargo, ¿qué equipos y dispositivos electrónicos les convienen más? Aquí hay una lista de dónde podríamos usar optoacopladores:

• Controles de solenoide
• Controles de motor
• Atenuadores de lámparas incandescentes
• Microprocesadores
• Balastos para lámparas
• Detección de CA
• Aislamiento de voltaje
• Interruptor electromagnético
• Microcontroladores

Beneficios del optoacoplador

Un conjunto de optoacopladores

¿Por qué querría usar optoacopladores en lugar de relés o interruptores electromecánicos? Estas son solo algunas de las ventajas:

• Facilitan el transporte unidireccional de señales eléctricas
• Los optoacopladores aumentan la fiabilidad de sus proyectos al hacerlos resistentes a las interferencias
• Pueden facilitar el aislamiento eléctrico entre múltiples circuitos
• Los optoacopladores pueden separar las secciones de entrada y salida de su proyecto, lo que facilita la resolución de problemas
• Reducen las señales de salida externas en la sección de entrada de su circuito
• Los optoacopladores le permiten controlar grandes circuitos de CA mediante el uso de pequeñas señales digitales
• Le permite transferir una señal analógica entre dos circuitos separados
• Le permiten interconectar componentes de alto voltaje con dispositivos de bajo voltaje
• Los optoacopladores pueden ayudar a reducir o eliminar por completo el ruido eléctrico de las señales
• Le permite diseñar y construir dispositivos electrónicos que sean más resistentes a los picos de suministro de energía, las sobretensiones y los rayos.

Conclusión

En el texto anterior, proporcionamos una guía detallada y fácil de entender sobre optoacopladores. Si ha llegado a esta sección de la guía, tiene una comprensión más profunda de los optoacopladores. No obstante, esperamos que esta guía le haya resultado útil. Como siempre, gracias por leer.