AnuncioEn el ámbito de la electrónica y la ingeniería eléctrica, mantener el aislamiento entre las diferentes partes de un circuito suele ser crucial para la seguridad, la reducción del ruido y el funcionamiento adecuado. Los optoacopladores, también conocidos como optoaisladores, desempeñan un papel vital para lograr este aislamiento mediante el uso de luz para transmitir señales a través de una barrera física. Este artículo profundiza en el funcionamiento de los optoacopladores, sus aplicaciones y los principios subyacentes que los convierten en componentes eficaces en los diseños electrónicos modernos. Introducción a los optoacopladores Un optoacoplador es un componente de la optoelectrónica y se utiliza para transmitir una señal entre dos circuitos aislados galvánicamente. Generalmente consta de un diodo emisor de luz (LED) o un diodo láser (LD) como transmisor óptico y un fotodiodo o fototransistor como receptor óptico. Los componentes del transmisor y del receptor están acoplados ópticamente entre sí en una carcasa opaca desde el exterior. Los optoacopladores pueden transmitir señales tanto digitales como analógicas. Hay que distinguir entre optoacopladores y relés semiconductores, que pueden contener un optoacoplador como componente para el aislamiento galvánico y se utilizan principalmente en la ingeniería eléctrica. Los optoacopladores se diferencian de los acopladores de horquilla y los sensores fotoeléctricos porque tienen una carcasa externamente opaca y no fueron diseñados para aplicaciones de escaneo óptico. Los acopladores réflex y los sensores réflex también tienen un transmisor y un receptor orientados hacia afuera y se utilizan para detectar superficies reflectantes cercanas. Estructura y componentes El LED del optoacoplador suele ser el lado de entrada del dispositivo. Cuando la corriente fluye a través del LED, emite luz. Situado en el lado de salida del optoacoplador, el fotodetector responde a la luz emitida por el LED. Dependiendo del tipo de optoacoplador, podría ser un fototransistor, un fotodiodo u otro dispositivo fotosensible. Generalmente hecha de material transparente o translúcido, esta barrera separa el LED y el fotodetector. Garantiza que las señales eléctricas no pasen directamente entre los lados de entrada y salida, evitando la conducción eléctrica y posibles peligros. Principios operativos Una señal eléctrica aplicada al LED hace que emita luz. La intensidad de esta luz corresponde a la amplitud de la señal de entrada. La luz emitida atraviesa la barrera de aislamiento y llega al fotodetector en el lado de salida. El fotodetector detecta la luz entrante y genera una señal eléctrica proporcional a la intensidad de la luz recibida. Esta señal replica la señal de entrada en el lado de salida del optoacoplador. Lea también: ¿Cuáles son los diferentes tipos de sensores de luz? Beneficios de los optoacopladores Los optoacopladores ofrecen varias ventajas en el diseño de circuitos. Proporcionan un aislamiento eléctrico completo entre los circuitos de entrada y salida, protegiendo los componentes sensibles y reduciendo la interferencia de ruido. La transmisión óptica es menos susceptible a la interferencia electromagnética (EMI) en comparación con las conexiones eléctricas directas. Pueden facilitar la transmisión de señales entre circuitos con diferentes niveles de voltaje sin la necesidad de componentes adicionales como cambiadores de nivel. Aplicaciones Los optoacopladores encuentran aplicaciones en diversos campos. En las fuentes de alimentación conmutadas, se utilizan para aislar circuitos de control de circuitos de alimentación de alto voltaje. En Comunicaciones Digitales, aseguran la integridad de los datos y la inmunidad al ruido en las interfaces de comunicación serie. Conectan de forma segura microcontroladores con dispositivos de alta potencia, como motores y relés. Transmisión de señales analógicas: Fuentes de alimentación aisladas galvánicamente de la red eléctrica, como fuentes de alimentación de modo conmutado para regular el voltaje de salida. Se mide la tensión de salida en el lado secundario y la desviación de la tensión de salida con respecto al punto de ajuste, por ejemplo como resultado de cambios de carga, se transmite a través de un optoacoplador al lado primario, donde se cambia el ciclo de trabajo o la frecuencia de control de modo que que la tensión de salida se pueda mantener en el punto de ajuste. No hay requisitos de linealidad. Para requisitos de alta linealidad, se utilizan optoacopladores con un segundo fotodiodo, preferiblemente idéntico, que se encuentra en el circuito de retroalimentación del amplificador del controlador LED. Transmisión de señales digitales: En el caso de tarjetas de interfaz de computadoras, los circuitos deben estar separados eléctricamente entre sí. entre sí, ya que los dispositivos conectados entre sí pueden tener diferentes potenciales de tierra. Los conjuntos que deben protegerse contra sobretensiones transitorias y pulsos de interferencia de modo común a menudo tienen optoacoplamiento de sus entradas y salidas. Algunos ejemplos son los controladores lógicos programables (PLC). Interfaz digital de instrumentos musicales (MIDI) para evitar bucles de zumbidos. Hay numerosos circuitos integrados de optoacopladores disponibles de varios fabricantes, cada uno con características y especificaciones específicas adaptadas a los diferentes requisitos de aplicación. A continuación se muestran algunos circuitos integrados de optoacoplador populares: 4N25: un circuito integrado de optoacoplador ampliamente utilizado con salida de fototransistor. Es adecuado para aplicaciones de aislamiento y conmutación de uso general. PC817: Otro IC optoacoplador de uso común con salida de fototransistor. Es conocido por su confiabilidad y versatilidad en diversos circuitos electrónicos. HCNR200: IC optoacoplador de precisión con salida analógica, diseñado para aplicaciones que requieren alta linealidad y precisión. TLP621: IC optoacoplador con salida de fototransistor, adecuado para conmutación de alta velocidad y digital Aplicaciones de aislamiento de señal.ILQ74: IC optoacoplador cuádruple, capaz de aislar cuatro canales independientes. Se utiliza en aplicaciones que requieren aislamiento de múltiples señales. Tipos de optoacopladores El transmisor y el receptor están directamente opuestos entre sí (diseño cara a cara) o en el mismo nivel (diseño coplanar). Especialmente en este último caso, el haz de luz se transmite por reflexión, de manera similar a la fibra óptica. Como transmisores se utilizan diodos emisores de luz o diodos láser, que operan en el rango de recepción óptimo de los receptores basados ​​en silicio (aproximadamente 850 nm de longitud de onda). . Como receptores se utilizan fototransistores o fotodiodos. Los llamados relés PhotoMOS utilizan una conexión en serie de fotodiodos, que funcionan en modo fotovoltaico como una célula solar, para conmutar con la tensión MOSFET; Esto permite conmutar pequeñas y grandes corrientes continuas y alternas. Los optoacopladores pueden diseñarse como triacs y funcionar como optotriacos o fototriacos, o pueden interconectarse con triacs y tiristores. Esto da como resultado un relé de estado sólido para conmutar el voltaje de CA de la red eléctrica. Dependiendo de los requisitos de la aplicación, los optoacopladores vienen en diferentes configuraciones: Optoacopladores de fototransistor: comúnmente utilizados para aplicaciones de conmutación y amplificación. Optoacopladores de fotodiodo: ideales para la transmisión de datos de alta velocidad debido a su tiempos de respuesta rápidos. Optoacopladores lineales: Se utilizan cuando es necesaria la transmisión de señales lineales, como en circuitos analógicos. Conclusión Los optoacopladores son componentes indispensables en la electrónica moderna, ya que permiten una transmisión de señales segura y confiable a través de secciones aisladas de circuitos. Su capacidad para proporcionar aislamiento eléctrico y al mismo tiempo mantener la integridad de la señal los hace esenciales en aplicaciones que van desde sistemas de control industrial hasta electrónica de consumo. Comprender sus principios operativos y seleccionar el tipo correcto para una aplicación específica garantiza un diseño de circuito eficiente y seguro, lo que contribuye al rendimiento general y la confiabilidad de los dispositivos y sistemas electrónicos.