Conceptos de electrónica

Opto acopladores

También se denominan opto aisladores o dispositivos de acoplamiento óptico. Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica.
Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un foto sensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso.

TIPOS

Existen varios tipos de opto acopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos:

• Fototransistor: o lineal, conmuta una variación de corriente de entrada en una variación de tensión de salida. Se utiliza en acoplamientos de líneas telefónicas, periféricos, audio ...
• Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red.
• Optotriac: Al igual que el Optotiristor, se utiliza para aislar una circuitería de baja tensión a la red

En general pueden sustituir a relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.

Símbolo del opto transistor	Símbolo de un opto transistor en configuración Darlington	Símbolo de un opto transistor de encapsulado ranurado
Símbolo del Optotiristor	Símbolo Optotriac Optoacopladores Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Funcionamiento del Optoacoplador La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores. Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión. Diferentes tipos de Optoacopladores Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna. Un optoacoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles. Funcionamiento El optoacoplador combina un LED y un fototransistor. La figura de la izquierda muestra un optoacoplador 4N35 formado por un LED y un fototransistor. La tensión de la fuente de la izquierda y la resistencia en serie establecen una corriente en el LED emisor cuando se cierra el interruptor S1. Si dicha corriente proporciona un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el fototransistor lo saturará, generando una corriente en R2. De este modo la tensión de salida será igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto. Si la tensión de entrada varía, la cantidad de luz también lo hará, lo que significa que la tensión de salida cambia de acuerdo con la tensión de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales para este propósito, diseñados de forma que tengan un rango en el que la señal de salida sea casi idéntica a la de entrada. La ventaja fundamental de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el único contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos del orden de miles de MΩ. Estos aislamientos son útiles en aplicaciones de alta tensión en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios. Tipos En general, los diferentes tipos de optoacopladores se distinguen por su diferente etapa de salida. Entre los principales caben destacar el fototransistor, ya mencionado, el fototriac y el fototriac de paso por cero. En este último, su etapa de salida es un triac de cruce por cero, que posee un circuito interno que conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la fuente. Optoacoplador Optoacoplador en encapsulado DIL-8 Tipo Semiconductor Principio de funcionamiento Efecto fotoeléctrico Símbolo electrónico  ¿Qué es un Optoacoplador?    Un optoacoplador es un componente electrónico que se utiliza como transmisor y receptor óptico (de luz), es decir pueden transmitir de un punto a otro una señal eléctrica sin necesidad de conexión física ni cables (por el aire), mediante una señal luminosa. Por eso también se llaman OptoInterruptor.   Activamos una luz y esta luz llega a un detector que genera una tensión de salida, interruptor cerrado. Si no se activa la luz o no le llega la luz al detector, este no genera ninguna tensión de salida, es decir interruptor abierto.    Si combinamos una fuente óptica (generalmente un Led) con algún tipo de detector óptico (generalmente un semiconductor de silicio llamado fototransistor) en un solo encapsulado, el dispositivo resultante es un optoacoplador o interruptor óptico.    Suelen ser elementos que sustituyen a los relés tradicionales. Se suelen utilizar para aislar dos circuitos, uno que trabaja a poco tensión (el del LED), llamado de control y otro a mucha tensión o a una tensión diferente (el del detector) llamado de potencia.   Imagina que con una pequeña tensión activamos el LED del optoacoplador (por ejemplo a 5V) y la luz que emite el led llega al detector del optoacoplador y activa el detector creando una tensión de salida a 220V.Podemos activar a la salida motores, lámparas, etc. a 220V desde otro sitio en el que solo tenemos 5V, sin riesgo apenas para el que lo activa.    La aplicación principal es en aislamiento entre los circuitos de control y los de potencia.    Esto evita que la parte de trabajo (la del led) no tengan casi riesgos para el que opera en ella, al no tener que trabajar con la parte de alta tensión o intensidad, que estaría separada. Veamos como funcionan.    Otro uso muy común en educación son en coches seguidores de luz.    ¿Cómo Funciona?    Tiene una salida de luz (LED emisor) y una entrada de luz, que detecta cuando recibe la luz del LED cuando esta rebota contra alguna superficie (fotodetector). Como ves es similar al transistor, pero en lugar de corriente con luz.    Cuando le llega una señal eléctrica (tensión) a los dos extremos del LED (emisor) este emite una señal luminosa, que recibe el receptor o detector. Este al recibir esta señal luminosa genera en sus bornes (patillas) una tensión eléctrica, que será la tensión de salida.   Como vemos cuando le llega una tensión a la entrada se genera una  luz y al recibirla el detector este genera una tensión de salida. Es como un interruptor. Si no llega luz al detector el interruptor estará abierto, si le llega luz del led el interruptor sería cerrado.    OJO podría estar el led encendido pero no llegarle luz al detector, por ejemplo por que no rebota en ninguna superficie. El interruptor estaría abierto por que no se produce tensión a la salida.    Algunos optoacopladores tienen un encapsulado con una cámara de aire para la transmisión de la luz. En este tipo si hay algún objeto dentro de la ranura no llegará luz al detector. También puede ser que no le llegue tensión al led y tampoco tendríamos tensión de salida. Serían los 2 casos posibles.    La mayoría de los optoacopladores utilizan un encapsulado llamado DIP    Como ves el DIP tiene un encapsulado muy parecido a un circuito integrado, incluso pueden presentar hasta 8 pines o patillas por cada lado. En este caso estamos hablando de 4 optoacopladores individuales en un mismo encapsulado.    Fijémonos en el más normal que será el de 6 patillas, 3 por cada lado.   Como ves las patillas 1 y 2 son el emisor de luz y la 6 y 4 el receptor de la luz para que se active.    Hay muchos tipos diferentes de optoacopladores, pero todos tienen un foco emisor de luz LED. Lo que pueden cambiar es el receptor de luz que puede ser un fotodiodo, fototransistor, LASCR, etc.    Un parámetro muy importante en estos elementos es la eficiencia, este parámetro define que cantidad de corriente necesitamos en el LED para obtener la salida deseada. En el transistor y en el darlington esto se llama Radio de transferencia de corriente (CTR), esto se calcula simplemente dividiendo la corriente de salida entre la corriente de entrada requerida. La mayoría de los optoacopladores trabajan a un CTR entre 10 y 50 por ciento.    El otro parámetro importante en optoacopladores es el voltaje de aislamiento el cual es de 7500 Volts durante 1 segundo.    Conexión de Optoacopladores    Es importante resaltar que tanto el led como el detector deben llevar siempre una resistencia en serie con ellos para protegerlos y limitar la corriente que le llega al led. Veamos el ejemplo:    ¿Y si le ponemos un led a la salida?   En este caso el optoacoplador encendería el led. Donde va conectado el led de salida podríamos poner un voltímetro (o un polímetro) y utilizarlo para comprobar el funcionamiento del optoacoplador.   Lógicamente donde tenemos en el esquema la Vss hay podríamos colocar el receptor como una bombilla, timbre, motor, etc. que se activaría con el optoacoplador, al llegarle tensión al Led del optoacoplador con Vs. Si ponemos un pequeño motor de c.c. o un led en Vss este se activará con el optoacoplador. ¿Pero si queremos señales de tensiones más elevadas a la salida?   En Vss tendríamos que poner un relé por que la tensión generada no será muy alta, si queremos receptores a más tensiones. Si colocamos un relé podemos activarlo con el optoacoplador y este tener a la salida un circuito con la tensión de 220V en alterna, por ejemplo.   Normalmente en lugar de un relé se pone un triac. Veamos el circuito:    Este circuito electrónico de llama interface de potencia, basado en un optoacoplador DIODO - TRIAC capaz de manejar cargas del orden de 10 amperios o más dependiendo la capacidad del triac a utilizar a la salida.