Optoacopladores: luz que aísla

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).

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.

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:

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.

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 %?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

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.

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.

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?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

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