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Fotocopladores, optocopladores y optoisoladores explicados

En el mundo de la electrónica, es realmente importante asegurarse de que las señales puedan moverse sin problemas y de manera segura de un circuito a otro, especialmente cuando estos circuitos funcionan con diferentes niveles de voltaje o se ven afectadas por el ruido eléctrico.Los fotocopuladores, que también se llaman optoacopladores u optoisoladores, ayudan a que esto suceda.Estos pequeños dispositivos usan luz para enviar señales entre los circuitos mientras los mantienen separados, lo que ayuda a proteger las partes sensibles del daño.En este artículo, exploraremos cómo funcionan los fotocopuladores, dónde se usan y por qué son tan útiles en la electrónica hoy.

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Figura 1: Componente de fotocopler

Comprender fotocopladores

Fotocopladores, también llamados optoacopladores o optoisoladores, son dispositivos que permiten que las señales pasen de un circuito eléctrico a otro mientras las mantienen separadas entre sí.El trabajo principal de un fotocopler es asegurarse de que las señales de un circuito no interfieran con otro, especialmente cuando los circuitos tienen diferentes niveles de voltaje o cuando un circuito puede tener ruido eléctrico.Esta separación se realiza con luz, por lo que la señal se puede pasar sin una conexión eléctrica directa.

Figura 2: Vista transversal y símbolo de un fotocopler

Partes de un fotocopler

Un fotocopler tiene dos partes principales:

Diodo emisor de luz (LED): La primera parte es el LED, que está en el lado de entrada.Este LED toma la señal eléctrica y la convierte en luz, generalmente en el rango de infrarrojos.La luz infrarroja a menudo se usa porque funciona bien para este propósito y es fácil de detectar para la siguiente parte.

Photodetector: La segunda parte es el fotodetector, que está en el lado de salida.El fotodetector recibe la luz del LED y la convierte en una señal eléctrica.El fotodetector puede ser diferentes tipos de dispositivos, como un fototransistor, fotodiodo o Photodarlington.El tipo de fotodetector utilizado afecta la forma en que se procesa la señal, qué tan sensible es y qué tan fuerte será la señal de salida.

Tanto el LED como el fotodetector están dentro de un paquete, que generalmente parece un pequeño circuito integrado (IC).El LED y el fotodetector están separados físicamente, lo cual es muy importante porque asegura que los circuitos de entrada y salida no estén conectados directamente.Esta separación mantiene los circuitos a salvo de problemas eléctricos como alto voltaje o ruido que podrían dañar las piezas sensibles.

¿Cómo funcionan los fotacopuladores?

Un fotocopler es un dispositivo que permite que una señal se mueva entre dos circuitos separados mientras los mantiene eléctricamente separados entre sí.Esta separación es muy útil para proteger piezas delicadas de bajo voltaje de picos de alto voltaje e interferencia eléctrica.El proceso comienza cuando se aplica un voltaje al circuito de entrada, que alimenta un LED (diodo emisor de luz) dentro del fotocopler.Este LED se ilumina, generalmente emitiendo luz infrarroja, lo que es menos probable que se vea perturbado por las influencias externas.La luz luego viaja a través de una barrera aislante para alcanzar el fotodetector en el lado de salida.El fotodetector, que podría ser un fotodiodo, fototransistor o fototiristor, atrapa esta luz y la cambia nuevamente en una señal eléctrica.Esta nueva señal eléctrica se envía al circuito de salida.

El capa aislante Entre el LED y el fotodetector es lo que mantiene separados los circuitos de entrada y salida.Esta separación ayuda a proteger las piezas de bajo voltaje de ser dañadas por picos de alto voltaje o ruido eléctrico.La luz que pasa a través de la capa aislante permite que la señal se mueva de un lado a otro sin ningún contacto físico o eléctrico, lo que hace que sea seguro para que los circuitos se comuniquen entre sí.

Una vez que el fotodetector recibe la luz del LED, convierte la luz en una señal eléctrica.Esta señal de salida es electrónicamente la misma que la señal de entrada, pero puede amplificarse o ajustarse, dependiendo de para qué se necesite.El circuito de salida usa la señal para llevar a cabo la tarea requerida.

Aplicaciones de fotocopleros

Los fotocopuladores se usan ampliamente en varios dispositivos electrónicos porque proporcionan aislamiento y transmisión de señal clara.

En la protección de la seguridad, los fotocopuladores sirven como una barrera entre los circuitos de alto voltaje y bajo voltaje.Este aislamiento evita que las olas de alto voltaje dañen piezas sensibles, lo cual es muy útil en los ajustes donde los picos de potencia son comunes.

Cuando se trata de reducir el ruido, los fotocopuladores son increíblemente útiles.Ayudan a minimizar los efectos de la interferencia eléctrica, asegurándose de que la señal que se envía permanece clara y estable.

En los circuitos de interfaz, los fotocopuladores hacen posible que diferentes partes de un sistema que funcionen a diferentes niveles de voltaje se comuniquen de manera segura.Al usar un fotocopler, puede conectar circuitos sin el riesgo de daño por las diferencias de voltaje.

Los fotocopuladores también son una parte clave de la alimentación de conmutación.En estas aplicaciones, mantienen las piezas de control separadas de las salidas de alto voltaje, asegurando que las señales de control se mantengan estables y confiables incluso en condiciones eléctricas difíciles.

Paquetes opto acopladores y optoisoladores

Figura 3: paquetes opto-acopladores y optoisoladores

Los fotocopuladores, también conocidos como opto-acopladores u optoisoladores, son piezas electrónicas que usan luz para enviar señales eléctricas entre dos circuitos que deben mantenerse separados.Esta separación ayuda a evitar que los altos voltajes dañen el circuito que recibe la señal.El diseño y el empaque de estas piezas cambian dependiendo de si se usan en situaciones de bajo voltaje o de alto voltaje.

Aplicaciones de bajo voltaje: En las configuraciones de bajo voltaje, los opto-acopladores generalmente se encuentran en paquetes que parecen circuitos integrados (ICS) (SOIC) de doble línea estándar (SOIC).Estos formatos se usan comúnmente en la tecnología de montaje en superficie (SMT), lo que hace que se ajusten a los diseños electrónicos modernos y compactos.El embalaje permite que la pieza se incluya fácilmente en las placas de circuito impreso (PCB) mientras mantiene separados diferentes secciones de un circuito.

Aplicaciones de alto voltaje: Para situaciones de alto voltaje, los optoisoladores a menudo están diseñados con un empaque más fuerte para manejar voltajes de aislamiento más altos.Estos paquetes pueden ser rectangulares o cilíndricos y están hechos para proporcionar más protección que los paquetes IC estándar.Esta característica es útil en sistemas de energía u otras configuraciones donde la diferencia de voltaje entre los circuitos puede ser grande, lo que requiere medidas de seguridad adicionales.

Terminología y símbolos de fotocoplero

Figura 4: Símbolo del diagrama de circuito de un fotocoplero

Si bien "opto acoplador" y "optoisolador" a menudo se usan para significar lo mismo, existen pequeñas diferencias entre ellos en función de cómo se usan:

Opto-couple Por lo general, se refiere a las piezas utilizadas en sistemas donde la diferencia de voltaje entre los circuitos no pasa más de 5,000 voltios.Estas piezas a menudo se usan para enviar señales analógicas o digitales a través de circuitos separados en diferentes configuraciones electrónicas.

Opto-isoladores están especialmente hechos para su uso en sistemas de alta potencia donde la diferencia de voltaje puede ser de más de 5,000 voltios.El trabajo principal es similar, para enviar señales mientras mantiene la separación eléctrica, pero estas piezas están hechas para manejar las configuraciones eléctricas más exigentes que se encuentran en la distribución de energía y los sistemas industriales.

En los diagramas de circuito, el símbolo de un opto acoplador generalmente muestra un LED (que actúa como transmisor) en un lado y un fototransistor o Photodarlington (que actúa como el receptor) en el otro.Este símbolo muestra cómo funciona la pieza en el interior, mostrando cómo se usa la luz para crear un enlace eléctrico entre los circuitos separados.El LED emite la luz cuando la corriente fluye a través de él, que luego es recogido por el fototransistor, lo que permite que la señal pase mientras mantiene los circuitos separados eléctricamente.

Especificaciones clave de fotocopleros

Figura 5: Tiempo de entrada-salida de fotocopler y características de voltaje del emisor de colector

Al elegir un fotocopler, es útil comprender sus características clave para asegurarse de que se adapte a sus necesidades.

Relación de transferencia actual (CTR): Esta es la relación de corriente de salida a la corriente de entrada.En términos más simples, muestra cuánta corriente en el lado de entrada se transfiere al lado de salida.Los valores de CTR pueden variar ampliamente, de 10% a más del 5,000%, dependiendo del tipo de fotocopler.Un CTR más alto significa que el dispositivo es más efectivo para pasar la señal de entrada a salida, lo cual es importante para aplicaciones donde se necesita un control preciso de la señal.

Ancho de banda: Esta característica le indica la velocidad máxima a la que el fotocopler puede manejar los datos.Los fotocopladores basados ​​en fototransistores generalmente tienen un ancho de banda de alrededor de 250 kHz, lo que los hace adecuados para muchos usos comunes.Sin embargo, si necesita algo más rápido, tenga en cuenta que los fotocopladores con sede en Photodarlington podrían ser más lentos debido a su diseño, lo que afecta la rapidez con la que responden.

Corriente de entrada: Esto se refiere a la cantidad de corriente necesaria para alimentar el LED en el lado de entrada del fotocopler.La corriente de entrada es un factor importante porque afecta cuánta potencia usa el dispositivo y qué tan bien funciona con las otras partes de su circuito.

Dispositivo de salida Voltaje máximo: Para los fotocopladores basados ​​en transistores, este es el voltaje más alto que el transistor de salida puede manejar.Es importante asegurarse de que esta clasificación de voltaje sea más alta que el voltaje máximo que utilizará su aplicación, para evitar dañar el dispositivo.

Diferencias entre fotocopuladores y relés de estado sólido

Figura 6: fotocoplero y relé de estado sólido

Fotocopladores y Relés de estado sólido (SSRS) Ambos usan la luz para aislar las señales, pero se usan de diferentes maneras según su diseño.

Los fotocopuladores generalmente se usan en situaciones de baja potencia donde el objetivo principal es transmitir y aislar señales.Son ideales para proteger piezas electrónicas sensibles de picos o ruidos de alto voltaje, asegurándose de que la señal pase limpiamente de una parte del circuito a otra.

Los relés de estado sólido (SSRS), por otro lado, están diseñados para cambiar niveles de potencia más altos.A diferencia de los fotocopuladores, los SSR a menudo tienen partes adicionales como protección contra sobretensiones y conmutación de cruce cero (para señales de CA), lo que ayuda a reducir el ruido eléctrico y hace que el relé dure más tiempo.Las SSR suelen ser más grandes, y debido a que manejan corrientes más altas, a menudo necesitan disipadores de calor para manejar los terminales de calor y tornillos para conexiones seguras.

Conclusión

Los fotacopuladores ayudan a mantener los circuitos seguros y funcionan bien al dejar que las señales pasen mientras mantienen los circuitos separados.Protegen los circuitos de bajo voltaje de las picos de alto voltaje y reducen el ruido eléctrico, lo que los hace muy útiles en muchos dispositivos electrónicos.Ya sea que estén acostumbrados simplemente para pasar señales entre los circuitos o en sistemas de energía más complejos, elegir el fotocopulador correcto, ya sea un opto acoplador estándar o un optoisolador más fuerte, puede hacer una gran diferencia en qué tan bien funciona un sistema electrónico.A medida que la tecnología continúa avanzando, estos dispositivos continuarán siendo muy útiles, actuando como protectores de nuestros dispositivos electrónicos.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cuál es la aplicación de un optoisolador?

La aplicación de un optoisolador es mantener separadas diferentes partes de un circuito mientras permite que las señales pasen entre ellas.Esto ayuda a proteger partes sensibles de un circuito de picos de alto voltaje o ruido eléctrico.Los optoisoladores a menudo se usan en fuentes de alimentación, interfaces de microcontroladores y sistemas de control industrial para evitar daños a los componentes de bajo voltaje.

2. ¿Cuándo debe usar un optoisolador?

Debe usar un optoisolador cuando necesite proteger las partes de bajo voltaje de un circuito de sobretensiones de alto voltaje o ruido eléctrico.También es útil cuando diferentes partes de su sistema necesitan trabajar juntas sin estar directamente conectadas.Esto es útil cuando los circuitos tienen diferentes niveles de tierra o cuando necesitan mantenerse eléctricamente separados por razones de seguridad.

3. ¿Cuál es el propósito principal de un optoacopler?

El propósito principal de un optoacopler es dejar que las señales pasen entre dos circuitos separados usando luz, mientras mantienen los circuitos separados eléctricamente.Esto evita que los circuitos de alto voltaje afecten los circuitos de bajo voltaje, lo que ayuda a proteger las partes delicadas de ser dañadas.

4. ¿Por qué usaría un optoacopler en lugar de un relé?

Utilizaría un optoacopler en lugar de un relé cuando necesite un cambio más rápido, una vida útil más larga y una operación más tranquila.A diferencia de los relés, los optoacopladores no tienen partes móviles, por lo que pueden cambiar más rápidamente y durar más.También ocupan menos espacio y proporcionan un mejor aislamiento eléctrico.

5. ¿Cuáles son las desventajas de los optoacopladores?

Las desventajas de los optoacopladores incluyen su capacidad limitada para manejar la alta corriente y el voltaje en comparación con los relés.Algunos optocopladores, especialmente aquellos con fototransistores, pueden ser más lentos de responder.También pueden desgastarse con el tiempo porque el LED interno se degrada.Los optoacopladores pueden no ser la mejor opción para controlar una potencia muy alta, donde los relés o los relés de estado sólido funcionarían mejor.