A  medida que interactuamos con sistemas de un nivel de potencia superior, como por ejemplo una tira LED de 24V, un controlador de motores de 15V, o incluso la red eléctrica a 230V, necesitaremos una forma de aislar y proteger la electrónica de la capa de control. De lo contrario cualquier error de conexión o malfuncionamiento de un componente, e incluso el ruido de las señales o los picos temporales por ejemplo de arranques de motor, podría freír nuestra electrónica.

Otro uso habitual que requiere aislamiento es la transmisión de datos. Las líneas de comunicación pueden acumular picos, ruidos o interferencias, que es necesario aislar para evitar que puedan dañar a los sistemas emisores y receptores.

Existen varias formas de conseguir este aislamiento entre circuitos, siendo una de las más habituales el uso de un optoacoplador,.


¿QUÉ ES UN OPTOACOPLADOR?

Un optoacoplador es un dispositivo que emplea luz para conectar dos circuitos eléctricos manteniendo un aislamiento galvánico entre ellos, es decir, la carga eléctrica no tiene un camino pasar entre ambos circuitos.

La única comunicación entre ambos circuitos se realiza a través de la luz, sin existir contacto eléctrico. Frecuentemente se incorpora una barrera dieléctrica entre emisor y receptor para aumentar el aislamiento al orden de kV.

optoacoplador

Al disponer de aislamiento galvánico protegemos la electrónica de control de cualquier tipo de ruido, sobrevoltaje, pico, armónico, corriente inducida, etc… que podría dañarla. En caso de fallo catastrófico, el optoacoplador podría llegar a ser destruido, pero únicamente tendríamos que reemplazarlo y es un componente barato.

Los optoacopladores normalmente se proporcionan en integrados de tipo DIP y SMD, de 4 a 16 pines. Existen diferentes tipos de optoacopladores, y cada uno requiere un número de pines diferentes. Además, existen integrados con uno o varios optoacopladores en su interior (single, doble y quad). La combinación de esto determina el número de pines del integrado.

 opto

Existen optoacopladores en los que un único emisor activa varios receptores. Algunos optoacopladores están diseñados para que la salida sea lineal a la entrada, por lo que pueden transmitir señales sin apenas distorsión. Otros incorporan funciones de amplificación u offset de la señal. También existen optoacopladores bidireccionales, formados por dos LED. En fin, es todo un mundo.

"Como ves, puede existir mucha diferencia de un optoacoplador a otro. Por tanto, revisa el Datasheet de tu componente antes de realizar cualquier circuito"


¿CÓMO FUNCIONA UN OPTOACOPLADOR?

Los optoacopladores incorporan un emisor y un receptor en un único integrado compacto. En la mayoría de los casos el emisor es un diodo GaAs IR LED, mientras que el fotoreceptor puede ser un fototransitor, un fotodiodo + transistor, un fototriac, entre otros.

opto

 

Las características del optoacoplador dependen del tipo de receptor empleado, y del modelo particular de optoacoplador. Algunas de las principales características que intervienen para elegir un optoacoplador son:

  • Tensión y corrientes nominales tanto del circuito primario como secundario
  • CTR (Current transfer ratio), relación entre la energía proporcionada por el receptor en el primario y la energía absorbida por el emisor en el primario.
  • Velocidad de conmutación (ancho de banda), siendo frecuentes tiempos de conmutación de 1 a 20μs

Receptor

Velocidad

CTR

Fotodiodo

Muy rápido

Bajo

Fototransistor

Medio

Medio

Fotodarlington

Medio

Alto

Fotodiodo + transistor

Rápido

Medio

Fotodiodo + darlington

Rápido

Alto

Fototiristor

Lento

Alto

Fototriac

Lento

Muy alto

 
 

Nos centraremos en los optoacopladores con fototransistor (normal, o Darlington) y fotodiodo + transistor. En este tipo de optoacopladores el secundario se comporta de forma similar a un interruptor, controlado por el circuito primario.

ARDUINO EMISOR DE SEÑAL OPTOACOPLADA

Entonces queremos transmitir una señal optoacoplada, es decir, que Arduino forme parte del circuito primario, la conexión es sencilla. Por un lado, alimentamos el circuito primario que alimentar el circuito primario, que no deja de ser un simple LED. Por lo tanto únicamente tenemos que poner una resistencia en serie para limitar la corriente.

El valor de la resistencia variará en función de la corriente nominal (forward current) del diodo del optoacoplador, de su caída de tensión y de la tensión de alimentación, pero es razonable un rango de 220-500 Ohm.

El secundario se comporta como un interruptor. Si únicamente queremos accionar una carga, simplemente contemos una de las fases para que el optoacoplador controle la carga.

diagrama2

Si queremos una salida digital (LOW o HIGH), deberemos usar una resistencia de Pull-Up o Pull-Down, respectivamente.

opto3

En algunos montajes veras que se añade un diodo de protección al optoacoplador. Este diodo es opcional, y solo tiene sentido si existe la posibilidad de calentar el circuito primario con una corriente inversa superior a la tensión de ruptura del diodo.

opto3

 

Si estás alimentando desde Arduino y dado que la tensión de ruptura es de 6V, en general, no será necesario este diodo porque el optoacoplador está protegido incluso aunque accidentalmente pongamos los cables al revés.

ARDUINO COMO RECEPTOR DE SEÑAL OPTOACOPLADA

Si lo que queremos es que Arduino reciba una señal optoacoplada emitida desde otro dispositivo, simplemente tenemos que realizar la lectura del secundario como si fuera un pulsador.

Si empleamos las resistencias de Pull-Up internas de Arduino, no necesitaremos añadir ningún componente adicional.

opto5