Optoacoplador.

Este elemento no tiene un solo nombre definido, en español es más utilizado optoacoplador (acoplador óptico), aunque puede llamarse optoaislador (aislador óptico), de hecho en inglés también es llamado de diferentes maneras siendo más aceptado Opto-isolator, también se le llama optocoupler.

La confusión viene de que hace las dos funciones, es aislante entre voltajes y a la vez es acoplador de información por medio de la luz.

Básicamente es un led en un extremo y un elemento sensible a la luz en el otro extremo, como un foto-transistor que a veces es presentado como un foto-diodo.

En este ejemplo podemos ver la figura y el diagrama de un optoacoplador PC123.

Aunque es presentado normalmente como un interruptor (conectado o desconectado), es muy utilizado para transferir audio o información de reguladores. Algunos optoacopladores pueden transferir video.

También hay con foto-triac presentado más abajo y algunos poco frecuentes con compuerta lógica, SCR, etc. que veremos luego.

Hace algunos años se utilizaba algo similar que constaba de una pequeña lámpara incandescente empacada junto a una foto-resistencia para lograr una función similar a la de los optoacopladores.



La bombilla incandescente y la foto-resistencia iban cubiertos por una funda negra.
De hecho funciona bien para conectar triacs y podemos utilizar un led blanco en lugar de la bombilla.

Los optoacopladores por lo general entre elementos poseen un aislamiento superior a los mil voltios (>1KV), y el led se comporta como cualquier led rojo o infrarrojo, entonces no es adecuado superar los 20mA.

En la salida es muy variable aunque es común que no se pueda manejar más de 20mA, tanto en el optoacoplador PC123 o similares.

Optoacoplador como interruptor:

Como interruptor se puede polarizar la entrada con 5 mA y ya es suficiente para conectar cargas de 7mA en la salida pero para un contacto más directo podemos acercarnos a los 20mA.

En este ejemplo vemos el optoacoplador como interruptor, en la entrada la resistencia limitadora de 1K nos permite utilizar hasta 20 voltios y es suficiente para 5 voltios o menos.

Para calcular el valor de la resistencia de entrada se puede utilizar la información de -> como conectar leds comúnes. <-

La salida polariza al transistor 2N2222 a través de una resistencia de 10K para que conecte un led con su correspondiente resistencia limitadora, y se puede probar desde 5 voltios hasta más de 12 voltios.

Se utiliza un transistor para no depender de la salida del optoacoplador que soporta poca corriente.

Transferir audio:

Para transferir audio se puede polarizar con menos de 2 mA. para obtener menor deformación en el sonido.

La manera efectiva y simple es acoplando un preamplificador en la entrada (sección del led) y una carga en lel colector del foto-transistor, con un capacitor de acople.

Para esta conexión he probado 5 voltios en la entrada , utilizando entre 8 y 12 voltios en la salida(+V), funcionando bien con audio normal, usado en entradas auxiliares.
Se utilizan capacitores electrolíticos de 1 microFaradio, de 16 voltios o más.

El capacitor de 33 picofaradios entre base y colector del transistor es para evitar ruidos, puede ser de mayor valor.

Optoacopladores PC123 y PC817

Entre la entrada y la salida pueden aislar hasta 5 mil voltios (5KV).

El led de entrada es de 1.2 voltios, 20mA recomendado para completa saturación, la corriente de ruptura es 50mA.

En la salida el voltaje de ruptura es 70 voltios en el PC123 y 35 voltios en el PC187, no deben manejar más de 20 mA.

La frecuencia máxima es 80KHz, pero mejor respuesta hasta 20KHz.

Aunque el TLP621 es bastante similar a los anteriores el fabricante indica un aislamiento de trabajo de 890V. Y un voltaje máximo en la salida de 55 voltios

Optoacopladores 4N35, 4N36 y 4N37

En funcionamiento es similar a los anteriores, su encapsulado es en 6 patillas y tiene conexión a la base del foto-transistor.

En la entrada el led mantiene 1.3 voltios y no se debe pasar de 50mA.

Como interruptor funciona perfecto con 20mA de corriente en la entrada.
La salida no soporta más de 50 mA.

Entre entrada y salida puede aislar hasta 5 mil voltios (5KV).

En la salida (emisor-colector) el voltaje de ruptura es de 70 voltios.

Aunque está la conexión de la base en la mayoría de usos no se conecta, comportandose igual que los optoacopladores vistos arriba.

El fabricante los numera como 4N35, 4N36 y 4N37, en la hoja de datos no se nombra diferencia alguna entre ellos.

Optoacoplador con triac

En los relays de estado sólido se utiliza un optoacoplador con triac y un triac que hace la función de relay.

Podemos utilizar los optoacopladores con triac MOC3041, MOC3042 y MOC3043.

El MOC3041 es el más común aunque es más sensible en la entrada el MOC3043.

El MOC3041 puede entrar en conducción en la salida con mínimo 15mA en la entrada.
MOC3042 con 10mA. Y el MOC3043 con apenas 5 mA.

La entrada en todos puede usarse con 20mA y se daña superando los 60mA.

La salida soporta hasta 400V y picos de 1 amperio.

El aislamiento entrada-salida puede ser de 7500 Voltios AC.

El circuito más común como relay de estado sólido:

La resistencia limitadora de la entrada R1 debe de ser calculada de acuerdo a el voltaje de alimentación, que en el ejemplo es 5 voltios y para el MOC3041 puede ser necesario bajar a 220 ohmios.

En la salida R3 puede no ser necesaria.

R2 dependiendo de la sensibilidad del triac puede ser otro valor.

Si el triac es muy sensible (sensitive gate triac) puede ser de varios miles de ohmios(KΩ).

MOC3010, MOC3011, MOC3012

Si vamos a utilizar 125VAC o menos, tambien podemos utilizar opto-triacs con las numeraciones MOC3009, MOC3010, MOC3011 y MOC3012.

Son similares a los anteriores pero sin el circuito "Zero crossing".

La diferencia entre ellos tiene que ver con la corriente de entrada a que se garantiza que el foto-triac queda totalmente conectado

MOC3009 de 15 a 30mA,

MOC3010 de 8 a 15mA,

MOC3011 de 5 a 10mA,

MOC3012 5mA o menos.

El led de entrada es de 1.2voltios y se puede romper desde 50mA.

La salida soporta hasta 250V, lo que limita su aplicación a diseños en 125VAC o menos.

El aislamiento entrada-salida puede ser de impulsos de 7500Voltios AC.

El MOC3009 no es común y es mejor no utilizarlo.

Los foto-triacs MOC3010 y MOC3011 son comunes en las tiendas por internet como eBay y AliExpress.

 
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También existen optoacopladores con otro tipo de componente a la salida, en la entrada se comportan igual a los anteriores.

Por ejemplo con compuerta lógicas tenemos el 6N137 (TTL compatible), también el H11L1 y el H11L2 (Salida CMOS), son menos comunes y los veremos en otra entrada.