Qué es un optoacoplador, funcionamiento y aplicaciones

En este artículo vamos a conocer un componente electrónico no tan conocido, pero con gran utilidad, y no es otro que el optoacoplador. Veremos qué es, su funcionamiento, los tipos de optoacopladores que hay, las aplicaciones que tiene,…, en líneas generales tendrás las nociones básicas sobre este elemento.

ℹ ¿Qué es un optoacoplador?

Un optoacoplador o optoaislador es un componente electrónico de tipo óptico pasivo que está diseñado para transferir señales eléctricas utilizando ondas de luz y así proporcionar un acoplamiento con aislamiento eléctrico entre su entrada y salida.

El propósito principal de un optoacoplador es proteger al circuito de salida frente a picos de voltajes o tensiones elevadas en su entrada que pueden dañar al otro circuito.

Un optoacoplador contiene, por lo general, un LED que convierte la señal eléctrica de entrada en luz y un sensor que detecta la luz del LED.

El sensor se trata de un componente optoelectrónico, normalmente un fototransistor o un fototriac, que modula la corriente eléctrica de salida en función de la intensidad lumínica del LED.

En resumidas cuentas, podemos entender al optoacoplador como un dispositivo de transmisión de señales que aísla eléctricamente dos circuitos de manera óptica.

Otro elemento muy común en el aislamiento de señales es el transformador, sin embargo, éste proporciona un aislamiento de carácter magnético.

🥇 Cómo funciona un optoacoplador

El funcionamiento de un optoaislador es muy sencillo. Para que funcione, primero se debe de aplicar una corriente a su entrada, lo que hace que el LED emita una luz proporcional a dicha corriente.

Esta luz es transmitida por el encapsulado hasta incidir en el sensor o fotodetector. Si la cantidad de luz alcanza un nivel adecuado, el sensor entrará en saturación permitiendo que la corriente circule por el circuito de salida.

Este dispositivo funciona básicamente como un interruptor, conectando dos circuitos aislados ópticamente. Cuando la corriente deja de fluir a través del LED, el dispositivo fotosensible también deja de conducir y se apaga.

🔌 Cómo conectar un optoacoplador

Vamos a ver cómo podemos hacer uso de uno de los optoacopladores más conocidos, el 4N25. Primero de todo tenemos que comprobar ciertas características en su datasheet.

Datos importantes:

Entrada:

• I_F (Corriente de funcionamiento) = 60 mA (corriente máxima de trabajo)
• V_F (Caída de tensión en el diodo) = 1.3 V (para una corriente de 50 mA)
• V_R (Voltaje inverso de rotura) = 6 V
• P_Máx (Potencia máxima a la entrada) = 100 mW

Salida:

• V_CEO (Voltaje de rotura entre emisor y colector) = 70 V
• I_C (Corriente por el colector) = 50 mA (corriente máxima de trabajo)
• P_Máx (Potencia máxima a la salida) = 150 mW

Una vez conocido esto, vamos a ver cómo conectar el 4n25. Tenemos dos opciones en función de cuando queramos que se active la salida del circuito secundario.

Primario Activo – Secundario Activo 

En este caso, cuando circule la corriente necesaria por el circuito primario, empezará a conducir el transistor del secundario poniendo en el punto OUT, aproximadamente, la tensión que hay en el colector.

Primario Activo – Secundario Apagado 

A diferencia del ejemplo anterior, hasta que no circule la corriente necesaria por el circuito primario, en el punto OUT habrá la tensión IN del secundario menos la caída de tensión en R₂. Cuando esté activo el primario, OUT se pondrá a 0 V.

Siempre deberemos de calcular R₁ en función del voltaje de entrada y la caída en el diodo LED del optoacoplador.

Teniendo, por ejemplo, que V_F es de 1.3 V y I_F de 50 mA, por tanto, si a la entrada tenemos 5 V, en R₁ deberán de caer los 3.7 V restantes. Aplicando la Ley de Ohm tenemos que R₁ debe ser igual a unos 74 Ω.

⏩ Tipos de optoacopladores

Podemos clasificar los optoacopladores en función del dispositivo de salida del componente.

• Fototransistor: se trata del dispositivo, visto en el ejemplo, formado por un transistor. Algunos de estos son el 4N25 o el 4N35.
• Fotodarlington: se trata de un fototransistor, pero en configuración Darlington.
• Fototiristor: formado por un tiristor a su salida.
• Fototriac: formado por un triac a su salida. Unos ejemplos son el MOC3011 o el MOC3021.

✅ Aplicaciones

Los optoacopladores u optoaisladores son utilizados para conmutar dispositivos electrónicos proporcionando el aislamiento eléctrico requerido, por ejemplo, entre un dispositivo de control de bajo voltaje como un Arduino o un microcontrolador y una señal de salida de voltaje mucho más alta.

Aparte del aislamiento eléctrico entre dos circuitos, otras aplicaciones comunes son el control de alimentación de DC y AC, las comunicaciones en PC, entre otras.

Víctor González

Ingeniero Técnico en Electrónica Industrial y Automática. Gran interesado en el mundo tecnológico, el marketing digital y el SEO. Piensa 3D me ha permitido unir mis dos principales pasiones: la electrónica y la creación de proyectos online.