¿Qué es un Fotoacoplador?
Un fotoacoplador es un elemento capaz de aislar eléctricamente los circuitos de entrada y salida al transmitir señales del lado de entrada al de salida. También se denomina optoaislador o aislador óptico.
En un fotoacoplador, la señal eléctrica de entrada se convierte una vez en señal óptica mediante un elemento emisor de luz, y la señal óptica se vuelve a convertir en señal eléctrica mediante un elemento receptor de luz para formar la señal de salida.
Esto significa que las señales pueden transmitirse incluso cuando el circuito del lado de salida no está conectado eléctricamente al circuito del lado de entrada, y este alto nivel de aislamiento es la principal razón para utilizar los fotoacopladores. Otra característica es su vida relativamente larga como medio de transmisión de señales.
Usos de los Fotoacopladores
Los fotoacopladores se utilizan en equipos que requieren una gran fiabilidad por sus propiedades aislantes y su larga vida útil. Algunos ejemplos son los equipos médicos electrónicos.
En equipos de audio y comunicación, donde se requiere un bajo nivel de ruido, los fotoacopladores se utilizan para transmitir señales de circuitos digitales a circuitos analógicos, evitando así la entrada de ruido en los circuitos analógicos.
Los fotoacopladores también se utilizan en equipos que accionan motores. Los motores controlados por inversores se utilizan mucho hoy en día, pero la generación de ruido es inevitable en el control de la velocidad de rotación. Este ruido puede penetrar en el equipo y provocar averías, por lo que las señales se transmiten a través de fotoacopladores para bloquear el ruido del motor.
Además, también se utilizan para la transmisión de señales entre dispositivos que funcionan con fuentes de alimentación independientes. Especialmente cuando se conectan a dispositivos flotantes, existe riesgo de descarga eléctrica, pero si se conectan a través de un fotoacoplador, se puede garantizar la seguridad, ya que el dispositivo está aislado de los dispositivos flotantes.
Principio de los Fotoacopladores
Como se ha mencionado anteriormente, un fotoacoplador es una unidad que combina un elemento emisor de luz, como un diodo emisor de luz, y un elemento receptor de luz, como un fototransistor, con estos elementos encerrados en un paquete que bloquea la luz del exterior. Los elementos emisor y receptor de luz están montados uno cerca del otro, y cuando el elemento emisor de luz se enciende, el elemento receptor de luz pasa del estado OFF al estado ON, que es el principio de transmisión de la señal por el fotoacoplador.
El dispositivo que emite la señal está conectado al terminal de entrada del fotoacoplador y el elemento emisor de luz se enciende/apaga. El dispositivo que recibe la señal se conecta al terminal de salida del fotoacoplador a través de una resistencia pull-up de unos pocos kΩ a la fuente de alimentación. Con esta configuración, el terminal de salida del fotoacoplador es igual a la tensión de alimentación cuando el elemento emisor de luz está apagado, y es de alrededor de 0,1 V~0,3 mientras el elemento emisor de luz está encendido.
En otras palabras, los pulsos aparecen en respuesta al encendido/apagado del elemento emisor de luz por el dispositivo que emite la señal, y el dispositivo en el lado receptor recibe estos pulsos y procede con el procesamiento de la señal. De este modo, el fotoacoplador acopla los circuitos de entrada y salida a través de la luz, pero no hay conexión eléctrica entre ellos y están aislados.
Tipos de Fotoacopladores
Existen varios tipos de fotoacopladores con diferentes elementos, dependiendo de la aplicación. Los elementos típicos son los siguientes
1. Fotoacopladores de Salida de Transistor
Esta es la configuración básica de los fotoacopladores. Sigue siendo la más utilizada en el mercado debido a su bajo precio y gran versatilidad. Existen productos con diversas características como alta eficiencia de conversión, alta tensión soportada y bajo accionamiento de entrada. Tienen una amplia gama de funciones y sus principales aplicaciones son el aislamiento de señales, la detección de realimentación y los interruptores aislados.
2. Fotoacopladores de Salida IC
Los fotoacopladores son circuitos integrados con un elemento receptor de luz para conseguir una alta velocidad y funciones específicas. Los fotoacopladores de salida IC pueden clasificarse a su vez en tres categorías:
- Productos diseñados para la transmisión a alta velocidad de señales lógicas.
- Productos con una función de controlador para elementos de alimentación externos.
- Productos con función de realimentación de corriente/tensión.
3. Fotoacopladores de Salida Triac
Se utilizan como interruptores de aislamiento para controlar directamente cargas de CA como motores y solenoides conectados directamente a fuentes de alimentación comerciales de 100 V o 200 V utilizadas en hogares, oficinas y fábricas. Utilizando triacs con una alta tensión de ruptura del elemento, es posible controlar cargas de CA ON/OFF con corrientes mínimas de unos 10 mA o más mientras se aíslan eléctricamente.
El elemento por sí solo sólo puede controlar corrientes de CA de unos 100 mA, pero si se utiliza como controlador de un triac externo, se pueden controlar corrientes de CA de hasta varios A.
4. Fotoacoplador de Salida MOSFET
Este dispositivo tiene dos MOSFET conectados en fuente común en la etapa de salida y tiene la misma funcionalidad que un relé mecánico. Esta es una característica de los fotoacopladores.
Más Información sobre los Fotoacopladores
Fluctuaciones de Salida y Vida Útil de los Fotoacopladores
El coeficiente de transferencia de corriente (CRT) es un parámetro característico de los fotoacopladores. El factor de transferencia de corriente es la relación entre la corriente de salida (IC) y la corriente de entrada (IF) y equivale al factor de amplificación de corriente continua (hFE) de un transistor.
- El valor varía con la FI
- Influido por la temperatura ambiente
- Disminuye gradualmente con el tiempo.
Debe tenerse en cuenta al diseñar los circuitos. Esto significa que si el coeficiente de transferencia de corriente fluctúa debido a cambios ambientales o con el tiempo, la corriente de salida cambiará, lo que puede provocar el mal funcionamiento del circuito. Por lo tanto, es importante examinar el valor del FI, el valor de la resistencia de pull-up, etc. para que las fluctuaciones del nivel de señal no les afecten.
Además, si el fotoacoplador se utiliza durante un largo periodo de tiempo, el coeficiente de transferencia de corriente disminuirá gradualmente y ya no se obtendrá una salida de señal suficiente. La causa principal de la disminución del coeficiente de transferencia de corriente es el deterioro progresivo de los LED, que se traduce en una disminución de la eficacia luminosa.
La vida útil de un fotoacoplador se indica claramente en los datos del fabricante del dispositivo, por lo que es necesario determinar el modelo y las condiciones de uso con referencia al mismo.