Un optoacoplador es un componente que transmite una señal entre dos circuitos aislados eléctricamente usando luz.
Hasta ahora, en casi todos nuestros circuitos hemos seguido una idea bastante sana: compartir una referencia común de masa.
Sin embargo, hay situaciones donde unir las masas es peligroso o indeseable.
- ¿Qué pasa si controlas un motor industrial que genera picos de 1000 V?
- ¿Qué pasa si quieres detectar si una bombilla de 230 V está encendida conectándola a tu microcontrolador?
- ¿Qué pasa si tienes un sistema de audio y el motor mete un zumbido insoportable por la masa?
En estos casos, necesitamos que la señal pase, pero que los electrones NO pasen. Necesitamos un aislamiento galvánico. Y la herramienta para lograrlo es el optoacoplador.
¿Qué es un optoacoplador?
Un optoacoplador (u optoaislador) es un componente que transfiere una señal eléctrica entre dos circuitos aislados utilizando luz.
Si miramos dentro de un chip típico (como el famoso PC817 o 4N25), veremos que no hay cables que unan la entrada con la salida.
En su lugar, encontramos:
- Un LED (emisor): en el lado de entrada.
- Un fototransistor (receptor): en el lado de salida.
- Una barrera dieléctrica transparente: entre ambos.
Funcionamiento básico
El mecanismo es tremendamente sencillo pero efectivo:
- Cuando metemos corriente por la entrada, el LED interno se enciende.
- La luz viaja por el interior del chip y golpea la base del fototransistor.
- El fototransistor, al recibir luz, se satura (cierra el interruptor) y permite el paso de corriente en el lado de salida.
Los dos lados intercambian información mediante luz, sin una conexión conductora directa entre ellos
El concepto de aislamiento galvánico
Como la conexión se hace por luz (fotones) y no por cables (electrones):
- El circuito de entrada puede estar a 5 V.
- El circuito de salida puede estar a 230 V, o a 10.000 V.
- No comparten tierra (GND).
Si hay un cortocircuito catastrófico en el lado de potencia y se quema todo, el pico de voltaje llegará hasta el fototransistor y lo romperá. Pero ahí se detendrá. La luz no conduce electricidad. Tu placa, al otro lado del abismo, estará a salvo.
Parámetros clave: el CTR
Al igual que el BJT tenía la
El CTR nos dice qué porcentaje de la corriente que pasa por el LED aparecerá permitida en el fototransistor.
- Un CTR del 100% significa que si metes 10 mA al LED, el transistor dejará pasar 10 mA.
- Un CTR del 50% significa que si metes 10 mA, al otro lado solo obtendrás 5 mA.
El CTR varía con la temperatura y la edad del componente. Al diseñar, asume siempre el peor caso (CTR bajo) y no uses optoacopladores para pasar señales analógicas de precisión, úsalos solo para señales digitales (ON/OFF).
Cómo se conecta (el error de las masas)
Para usar un optoacoplador correctamente, debemos tener dos fuentes de alimentación separadas (o aceptar que, si usamos la misma fuente, perdemos el aislamiento frente a picos, aunque mantenemos protección básica).
Circuito de entrada (lado LED)
Se conecta igual que un LED normal.
- Pin Arduino → Resistencia (ej. 220Ω) → Ánodo (Pin 1).
- Cátodo (Pin 2) → GND del Arduino.
Circuito de salida (lado transistor)
Se conecta como un interruptor NPN.
- Colector (Pin 4) → A la carga o al pin de lectura del otro sistema (con pull-up).
- Emisor (Pin 3) → GND de la etapa de potencia.
Para que el aislamiento sea real, el GND de entrada y el GND de salida no deben unirse. Si unes los cables de tierra de ambos lados, estás creando un puente eléctrico y el optoacoplador pierde su función de seguridad galvánica.
Si superamos las especificaciones, la barrera puede fallar. Por eso no debemos prometer que un microcontrolador quedará siempre protegido ante cualquier pico del lado de potencia.
Relación de transferencia de corriente
En un optoacoplador de fototransistor, el CTR (Current Transfer Ratio) relaciona la corriente de colector con la corriente del LED bajo condiciones concretas:
Por ejemplo, un CTR del 50 % permitiría obtener alrededor de 5 mA de colector con 10 mA en el LED, siempre que la tensión de salida y el resto de condiciones coincidan con la especificación.
El CTR presenta dispersión entre unidades y varía con la corriente, la temperatura y el envejecimiento. Debemos diseñar con los límites mínimo y máximo de la hoja de datos, no con un valor típico.
Conexión de entrada y salida
En la entrada calculamos una resistencia para el LED:
En la salida de colector abierto solemos usar una resistencia pull-up. Su valor debe permitir que el fototransistor alcance un nivel bajo válido con el CTR mínimo y sin superar su corriente.
Para conservar el aislamiento necesitamos fuentes aisladas y ninguna conexión conductora entre las referencias. Si ambos lados comparten fuente o masa, el componente puede seguir adaptando o acondicionando la señal, pero ya no existe aislamiento galvánico entre ellos.
Velocidad y señales analógicas
Un fototransistor saturado puede tardar bastante en apagarse. Para comunicaciones rápidas debemos revisar tiempos de propagación, capacidad y modo de conexión, o escoger un optoacoplador lógico más veloz.
También existen optoacopladores y amplificadores aislados para señales analógicas. Un fototransistor genérico no ofrece una transferencia precisa por sí solo debido a la variación del CTR, aunque puede trabajar en lazos de realimentación diseñados para compensarla.
Para conservar el aislamiento, ambos lados deben mantener fuentes y referencias separadas, además de las distancias exigidas en la placa. Si unimos sus masas, desaparece el aislamiento galvánico.
Aplicaciones habituales
- Realimentación aislada en fuentes conmutadas.
- Entradas digitales industriales.
- Detección de cruce por cero con componentes específicos.
- Interfaces que deben evitar una unión galvánica entre equipos.
Algunas placas de relés incluyen optoacoplador, pero pueden unir las masas mediante pistas o puentes. La presencia del componente no demuestra que el módulo esté realmente aislado: hay que revisar el esquema y la alimentación.
