Componentes Electrónicos · Tema 26

Optoacopladores: luz que aísla

LED y fototransistor en una cajita: señal que cruza sin electrones, con CTR calculado y masas separadas.

01 · Punto de partida

Relé sin partes móviles (y sin clic)

Un LED infrarrojo ilumina un fototransistor dentro del mismo encapsulado: la entrada manda luz, la salida responde corriente, y entre ambas no hay cobre. Como el relé, separa mundos; a diferencia, no se gasta, es rápido (µs) y silencioso. Ideal para aislar pulsadores lejanos, niveles de 12 V y ruido industrial leve.

Su parámetro estrella es el CTR: cuánta corriente sale por cada mA que entra.

  • ¿Qué patas son LED y cuáles transistor?
  • ¿Qué significa CTR 50–600 %?
  • ¿Cómo se dimensionan ambas R?
  • ¿Cuándo opto y cuándo relé?

02 · Patas

DIP-4 sin misterio

PC817 (el clásico): pin 1 ánodo LED, 2 cátodo, 3 emisor, 4 colector. Punto/muesca = pin 1 (Tema 2). Lado 1–2 = entrada (como LED IR, Vf ≈ 1,2 V); lado 3–4 = salida NPN sin base (colector a +V2 con Rc, emisor a GND2).

PC817 por patas.
PinNombreSe verifica con
1 – 2LED IRModo diodo: ~1,2 V un sentido
3 – 4Emisor – colectorMultímetro: abierto sin luz (luego prueba con If)

03 · CTR

La ganancia con rango gigante

CTR 50–600 % significa: con 8 mA entran, salen entre 4 y 48 mA según la unidad. Diseñar con el mínimo garantizado (50 % o el rango de tu sufijo A/B/C/D) asegura que todas las unidades saturen.

If (LED)→× CTRmin→Ic disponible>Ic necesaria
Ejemplo 5 V → 5 V
Rled 470 Ω: If = (5−1,2)/470 ≈ 8 mA. CTRmin 50 % → Ic hasta 4 mA. Salida Rc 4,7k a 5 V pide 1 mA: satura sobrado (Vout ≈ 0,2 V).
Velocidad PC817
µs (típico ~4 µs): bien hasta ~10–50 kHz. Para MHz, optos rápidos 6N137 (curso 9).
Aislamiento real
kV entre lados (ej. 5 kV): separa ruidos y tensiones distintas. No es para 220 V en este curso (prohibido igual).
Envejecimiento LED
El LED IR pierde con años y calor: diseñar CTR con margen ×2 cubre la vejez (Tema 4).

04 · Medición

Probar sin desarmar la idea

  1. 1
    Lado LED en modo diodo.

    ~1,2 V un sentido, OL al revés. Igual que LED, pero invisible (IR).

  2. 2
    Transferencia con If.

    Entrada con R serie a 5 V, salida Rc 4,7k a 5 V (otra fuente o misma para prueba): Vout ≈ 0,2 V con entrada, 5 V sin.

  3. 3
    Saturación, no CTR exacto.

    Verificar que satura (Vout < 0,4 V) alcanza: medir CTR exacto pide modo lineal (curso 4).

05 · Diseño con CTR

Función que garantiza saturación

Entra If, CTR mínimo y corriente necesaria: dice si satura y con qué margen:

Python en tu navegador. Diseñá tu opto y ejecutá el veredicto de saturación.

def disenar_opto(v1, vf_led, r_led, vcc2, rc, ctr_min_pct):
    i_f = (v1 - vf_led) / r_led
    i_disp = i_f * ctr_min_pct / 100
    i_nec = vcc2 / rc
    print(f"If={i_f*1000:.1f}mA CTRmin{ctr_min_pct}% -> Ic disp={i_disp*1000:.1f}mA, necesita {i_nec*1000:.1f}mA")
    print("Veredicto:", "SATURA" if i_disp >= i_nec * 2 else "justo" if i_disp >= i_nec else "NO SATURA")
    return i_disp


disenar_opto(5, 1.2, 470, 5, 4700, 50)
disenar_opto(3.3, 1.2, 470, 5, 4700, 50)

El segundo caso (3,3 V) da If menor: ¿satura igual? ¿Qué Rled lo arregla?

Comparador opto vs relé (rápido)

La decisión en una tabla generada:

def opto_vs_rele(necesita_velocidad=False, necesita_potencia=False):
    if necesita_potencia:
        print("Relé: amperios y aislamiento físico")
    elif necesita_velocidad:
        print("Opto: µs silenciosos sin desgaste")
    else:
        print("Opto: simple, barato y eterno (señales)")


opto_vs_rele(necesita_velocidad=True)
opto_vs_rele(necesita_potencia=True)

06 · Analogía programador

API con air-gap

  1. 1
    Señal sin red compartida.

    Como pasar datos por QR entre dos sistemas aislados: el mensaje cruza, los electrones no.

  2. 2
    CTR = throughput garantizado.

    Mínimo firmado en hoja: diseñar contra el mínimo, no contra el típico.

  3. 3
    Masas unidas = puente roto.

    Unir GND1/GND2 anula el aislamiento igual que exponer la red interna: el diseño pierde su propiedad.

07 · Exploración

Laboratorio: diseñar el opto

Elegí mando y salida: el laboratorio calcula If, Ic disponible con CTR mínimo, verifica saturación y advierte masas.

LABORATORIO 26

If → Ic con CTRmin

Ic = If × CTRmin

If / Ic disp. (50 %)8,1 / 4,0 mA
Ic necesaria1,1 mA
Vout saturado≈ 0,2 V
VeredictoSatura sobrado

5 V/470 → 4,7k: satura sobrado con CTR 50 %.

Preguntas para explorar

  1. ¿Con 3,3 V de entrada sigue saturando la misma salida?
  2. ¿Qué pasa si Rc baja a 1k con If 8 mA?
  3. ¿Por qué el laboratorio usa CTR 50 % y no 300 %?
Ver respuestas sugeridas
  1. If = (3,3−1,2)/470 ≈ 4,5 mA → Ic disp 2,2 mA vs 1,1 necesarios: sí, con menos margen. Diseñar manda.
  2. Necesita 5 mA > 4 mA disponibles: no satura (Vout a medias). Subir If o CTR (mejor rango).
  3. Porque diseña el peor caso garantizado: si cierra al 50 %, cierra con cualquier unidad del lote.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«CTR 300 % típico alcanza»

El típico no se garantiza por unidad: diseñar con el mínimo del rango (50 %). Típico para estimar, mínimo para firmar.

«Masas unidas para simplificar»

Simplifica el cableado y anula el producto: sin aislamiento es un LED + transistor caros. Separadas o nada.

«Cualquier opto va a MHz»

PC817 llega a decenas de kHz; MHz piden 6N137/TLP (curso 9). Velocidad se verifica en hoja (tr/tf), no se supone.

«El LED IR se ve»

No a ojo: verificar con cámara de celular o midiendo If. Probar “mirando” es la forma de no probar.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de aislamiento

Ejercicio 1: pulsador aislado 5→5

Diseñá con disenar_opto(): entrada pulsador 5 V, salida Rc 4,7k a 5 V. ¿If? ¿Satura con CTR 50 %? Montala y medí Vout on/off.

Ver solución razonada

If ≈ 8 mA, Ic disp ≈ 4 mA vs 1,1 necesarios: satura sobrado (Vout ≈ 0,2/5 V). Margen ×4: eterno.

Ejercicio 2: entrada 12 V

Señal 12 V a opto con salida 5 V/4,7k. ¿Rled? ¿P en Rled? Verificá If y saturación con código.

Ver solución

Rled = (12−1,2)/8mA = 1350 → 1,2k–1,5k (If 7–9 mA); P ≈ 0,1 W: 1/4 W sobrado. Satura igual (CTR sobra).

Ejercicio 3: medir CTR aproximado

Con salida Rc 47k a 5 V (Ic ≈ 0,1 mA «seguro»), forzá If hasta que Vout ≈ 2,5 V. Estimá CTR ≈ Ic/If. ¿Por qué es aproximado?

Ver solución

Porque el punto medio no es ni saturación ni lineal puro, y Vf/If varían con T°. Sirve para comparar unidades, no para firmar diseños (eso pide el mínimo de hoja).

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • PC817: 1-2 LED IR, 3-4 transistor; punto = pin 1.
  • CTR mínimo manda; diseñar saturación con margen ×2+.
  • Masas separadas siempre; si no, no hay producto.
  • Velocidad por hoja (µs PC817, rápidos aparte).
  • disenar_opto() en cada aislamiento.

Aislamiento con luz dominado. Ahora, el tiempo exacto: en el próximo tema, cristales y resonadores.