HistoriaEl valor de acoplamiento pticamente un slido emisor de luz de estado a un detector de semiconductor con el propsito de aislamiento elctrico fue reconocida en 1963 por Akmenkalns, et al .. Fotoresistor base optoaisladores se introdujeron en 1968 - son los ms lentos, pero tambin los aisladores ms lineal y an conservan en el audio y la industria de la msica un nicho de mercado. La comercializacin de la tecnologa LED en 1968-1970 caus un auge en la optoelectrnica, y para finales de la dcada de 1970 la industria se desarroll todos los principales tipos de aisladores pticos. La mayora de los aisladores pticos en el mercado utilizan bipolares de silicio sensores fototransistor. Ellos alcanzan la velocidad de transferencia de datos media, suficiente para aplicaciones como la electroencefalografa. Los ms rpidos utilizan diodos PIN opto-aisladores en el modo de foto-.OperacinUn aislador ptico contiene una fuente de luz, casi siempre cerca del infrarrojo de diodo emisor de luz, que convierte la seal de entrada elctrica en luz, un canal ptico cerrado, y un fotosensor que detecta la luz entrante y, o bien genera energa elctrica directamente, o modula corriente elctrica que fluye a partir de una fuente de alimentacin externa. El sensor puede ser una fotorresistencia, un fotodiodo, un fototransistor, un rectificador controlado de silicio o un triac. Debido LEDs puede percibir la luz, adems de emitirla, la construccin de simtrico, bidireccional optoaisladores es posible. Un rel de estado slido optoacoplada contiene un fotodiodo opto-aislador que acciona un interruptor de alimentacin, por lo general un par complementario de MOSFETs. Un interruptor ptico ranurado contiene una fuente de luz y un sensor, pero su canal ptico est abierta, lo que permite la modulacin de la luz por los objetos externos que obstruyen el camino de la luz o la reflexin de la luz en el sensor.Aislamiento elctricoEquipo electrnico y lneas de transmisin de seal y de alimentacin pueden ser sometidos a las subidas de tensin inducida por un rayo, la descarga electrosttica, las transmisiones de frecuencia de radio, pulsos de conmutacin y perturbaciones en la fuente de alimentacin. Relmpagos remotos pueden provocar sobretensiones de 10 kV, mil veces ms que los lmites de tensin de muchos componentes electrnicos. Un circuito tambin puede incorporar altas tensiones por el diseo, en cuyo caso se necesita un mecanismo seguro y fiable de la interconexin de sus componentes de alta tensin con los de bajo voltaje.La funcin principal de un opto-aislador es bloquear tan altas tensiones y transitorios de tensin, de modo que un aumento de una parte del sistema no perturbar o destruir las otras partes. Histricamente, esta funcin se deleg a los transformadores de aislamiento, que usan acoplamiento inductivo entre la entrada con aislamiento galvnico y los lados de salida. Transformadores y aisladores pticos son los nicos dos clases de dispositivos electrnicos que ofrecen una proteccin reforzada - que protegen tanto el equipo como el usuario humano operar este equipo. Contienen una nica barrera de aislamiento fsico, sino que proporcionan una proteccin equivalente al doble aislamiento. Seguridad, prueba y aprobacin de optoacopladores estn reguladas por las normas nacionales e internacionales: IEC 60747-5-2, EN 60747-5-2, UL 1577, CSA Componente Notificacin de Aceptacin # 5, etc especificaciones Opto-aislador publicados por los fabricantes siga siempre al menos uno de estos marcos regulatorios.Un opto-aislador conecta lados de entrada y de salida con un haz de luz modulada por la corriente de entrada. Transforma la seal de entrada til a la luz, lo enva a travs del canal dielctrica, capta la luz en la salida y se transforma de nuevo en seales elctricas. A diferencia de los transformadores, que pasan a la energa en ambas direcciones con prdidas muy bajas, aisladores pticos son unidireccionales y no pueden transmitir potencia. Tpica aisladores pticos slo puede modular el flujo de energa ya presente en el lado de salida. A diferencia transformadores, aisladores pticos pueden pasar seales de CC o de lento movimiento y no requieren una compatibilidad entre impedancias de entrada y de salida de los lados. Ambos transformadores y aisladores pticos son eficaces para romper los lazos de tierra, comunes en equipos industriales y la etapa, causadas por las corrientes altas o ruidosas retorno en los cables de tierra.La disposicin fsica de un opto-aislador depende principalmente de la tensin de aislamiento deseado. Los dispositivos con clasificacin de menos de unos pocos kV tienen una construccin plana. El sensor de troquel se monta directamente en el bastidor de conductores de su paquete. El sensor est cubierto con una hoja de vidrio o de plstico transparente, que se remata con la matriz de LED. El haz del LED se dispara hacia abajo. Para minimizar las prdidas de luz, el espectro de absorcin til del sensor debe coincidir con el espectro de salida del LED, que casi invariablemente se encuentra en el infrarrojo cercano. El canal ptico se hace tan delgada como sea posible para una tensin de ruptura deseada. Por ejemplo, para ser clasificado para las tensiones a corto plazo de 3.75 kV y transitorios de 1 kV/s, la clara hoja de poliamida en la serie Avago ASSR-300 es slo 0,08 mm de grosor. Voltajes de ruptura de conjuntos de planos dependen del espesor de la lmina transparente y la configuracin de los hilos de unin que conectan las matrices con los pines externos. Real tensin de aislamiento en circuito se reduce an ms por la lnea de fuga sobre el circuito impreso y la superficie del paquete. Reglas de diseo Caja de seguridad requieren un espacio libre mnimo de 25 mm/kV para conductores de metal desnudo o 8,3 mm/kV para conductores recubiertos.Opto-aisladores nominal de 2,5 a 6 kV emplear un diseo diferente llamada cpula de silicona. Aqu, las matrices de LED y el sensor se colocan en los lados opuestos del paquete; los incendios LED en el sensor horizontalmente. El LED, el sensor y la distancia entre ellos se encapsulan en una burbuja, o cpula, de silicona transparente. La cpula acta como un reflector, conservando toda la luz parsita y reflejarla sobre la superficie del sensor, minimizando las prdidas en un canal ptico relativamente largo. En los diseos de molde doble el espacio entre la gota de silicona y la carcasa externa se llena con el compuesto dielctrico oscuro con un coeficiente de emparejado de la expansin trmica.Tipos de optoaisladoresResistiva optoaisladoresLos primeros aisladores pticos, comercializado inicialmente como clulas de luz, surgi en la dcada de 1960. Emplearon las bombillas incandescentes en miniatura como fuente de luz, y sulfuro de cadmio o fotoresistores seleniuro de cadmio como receptores. En aplicaciones donde el control de linealidad no era importante, o donde la corriente disponible era insuficiente para accionar una bombilla incandescente, que fue sustituida por una lmpara de nen. Estos dispositivos se denominan comnmente Vactrols, despus de una marca de Vactec, Inc. La marca ya ha sido genericized, pero los Vactrols originales todava estn siendo fabricados por PerkinElmer.El encendido y apagado de retraso de una bombilla incandescente se encuentra en el rango de cientos de milisegundos, lo que hace que la bombilla de un filtro de paso bajo efectivo y rectificador pero limita el rango de frecuencias de modulacin prctica a unos pocos Hertz. Con la introduccin de diodos emisores de luz en 1968-1970, los fabricantes sustituyen las lmparas incandescentes y de nen con LEDs y tiempos de respuesta obtenidos de 5 milisegundos y frecuencias de modulacin de hasta 250 Hz. El nombre Vactrol fue transportado en dispositivos basados en LED, que son, a partir de 2010, todava se produce en pequeas cantidades.Fotoresistores usados en aisladores pticos se basan en los efectos a granel en una pelcula uniforme de semiconductores, no hay uniones pn. nicamente entre fotosensores, fotorresistores son dispositivos no polares adecuados para cualquiera de los circuitos de CA o CC. Su resistencia baja en proporcin inversa a la intensidad de la luz entrante, de virtualmente infinito a un suelo residual que puede ser tan bajo como menos de cien ohmios. Estas propiedades hacen del Vactrol original de una forma cmoda y barata de control automtico de ganancia y el compresor para las redes telefnicas. Los fotorresistores fcilmente soportaron tensiones de hasta 400 voltios, lo que hizo que las hace ideales para la conduccin de pantallas fluorescentes de vaco. Otras aplicaciones industriales incluyen fotocopiadoras, automatizacin industrial, instrumentos de medicin de luz profesionales y medidores de exposicin automtica. La mayora de estas aplicaciones son ahora obsoletos, pero resistente optoaisladores retenido un nicho en audio, amplificador de guitarra en particular, los mercados.Guitarra americana y los fabricantes de rganos de la dcada de 1960 adoptaron el opto-aislador resistente como un prctico y barato modulador trmolo. Efectos de trmolo principios de Fender utilizan dos tubos de vaco, despus de 1964 uno de estos tubos se sustituy por un acoplador ptico hecho de un LDR y una lmpara de nen. Hasta la fecha, Vactrols activa pulsando el pedal pedales son omnipresentes en la industria de la msica. La escasez de Vactrols PerkinElmer genuinos obligaron a la comunidad de la guitarra DIY para "rodar su propia" resistencia opto-aisladores. Guitarristas de la fecha de efectos prefieren opto-aisladas debido a que su separacin superior de audio y control de suelos resulta en "inherentemente alta calidad del sonido". Sin embargo, la distorsin introducida por una fotorresistencia en la seal de nivel de lnea es mayor que la de un amplificador acoplado elctricamente profesional controlado por voltaje. El rendimiento se ve an ms comprometida por las fluctuaciones lentas de resistencia debido a la historia de la luz, un efecto de memoria inherentes a compuestos de cadmio. Estas fluctuaciones tienen hora de resolver y pueden ser slo parcialmente compensados con la regeneracin en el circuito de control.Fotodiodo optoaisladoresDiodo opto-aisladores emplean LEDs como fuente de luz y fotodiodos de silicio como sensores. Cuando el fotodiodo es polarizado inversamente con una fuente de alimentacin externa, la luz entrante aumenta la inversin de corriente que fluye a travs del diodo. El diodo s mismo no produce energa, sino que modula el flujo de energa de una fuente externa. Este modo de operacin se denomina modo de fotoconductora. Alternativamente, en ausencia de sesgo externa del diodo convierte la energa de la luz en energa elctrica mediante el cobro de sus terminales a una tensin de hasta 0,7 V. La tasa de carga es proporcional a la intensidad de la luz entrante. La energa se recoge mediante el drenaje de la carga a travs de una ruta de alta impedancia externa; la relacin de transferencia de corriente puede llegar a 0,2%. Este modo de operacin se denomina modo fotovoltaico.El ms rpido optoaisladores emplean diodos PIN en el modo de foto-. Los tiempos de respuesta de los diodos PIN se encuentran en el rango subnanosecond, la velocidad general del sistema est limitado por los retrasos en la produccin de luz y circuitos de polarizacin. Para minimizar estos retrasos, rpido digitales opto-aisladores contienen sus propios controladores LED y amplificadores de salida optimizados para la velocidad. Estos dispositivos se llaman plena lgica optoaisladores: sus LEDs y sensores estn completamente encapsulados dentro de un circuito lgico digital. La familia 6N137/HPCL2601 Hewlett-Packard de dispositivos equipados con amplificadores de salida internos se introdujo a finales de 1970 y alcanz 10 MBd velocidades de transferencia de datos. Se mantuvo un estndar de la industria hasta la introduccin de los 50 MBd Agilent Technologies 7723/0723 de la familia en 2002. La serie 7723/0723 optoaisladores contiene controladores LED CMOS y CMOS amplificadores de buffer, que requieren dos fuentes de alimentacin externas independientes de 5 V cada una.Fotodiodo aisladores pticos se puede usar para la conexin de seales analgicas, aunque su no linealidad invariablemente distorsiona la seal. Una clase especial de analgico optoaisladores introducido por Burr-Brown utiliza dos fotodiodos y un amplificador de entrada del lado operativo para compensar diodo no linealidad. Uno de los dos diodos idnticos est cableado en el circuito de retroalimentacin del amplificador, que mantiene relacin de transferencia global actual a un nivel constante independientemente de la no linealidad en el segundo diodo.Una idea novedosa ptica de un aislador de seal analgica particular, se present el 3 de junio 2011 - La configuracin propuesta consta de dos partes bien diferenciadas. Uno de ellos transfiere la seal, y el otro establece una retroalimentacin negativa para asegurar que la seal de salida tiene las mismas caractersticas que la seal de entrada. Este aislador analgico propuesto es lineal en un amplio rango de voltaje de entrada y la frecuencia.Los rels de estado slido construido alrededor de los interruptores MOSFET suelen emplear un fotodiodo opto-aislador para conducir el cambio. La puerta de un MOSFET requiere relativamente pequea carga total para encender y su corriente de fuga en estado estacionario es muy bajo. Un fotodiodo en modo fotovoltaico puede generar carga se enciende el televisor en un tiempo razonablemente corto, pero su tensin de salida es muchas veces menor que el voltaje de umbral del MOSFET. Para alcanzar el umbral requerido, rels de estado slido contienen pilas de hasta treinta fotodiodos conectados en serie.Phototransistor optoaisladoresFototransistores son inherentemente ms lento que fotodiodos. La primera y la ms lenta, pero todava comn 4N35 opto-aislador, por ejemplo, tiene tiempos de subida y cada de 5 s en una carga de 100 ohmios y su ancho de banda est limitado a alrededor de 10 kilohercios - suficiente para aplicaciones como electroencefalografa o de control del motor de ancho de pulso . Los dispositivos como PC-900 o 6N138 recomendadas en el 1983 Musical Instrument Digital Interface especificacin original, permiten velocidades de transferencia de datos digitales de decenas de kiloBauds. Fototransistores deben estar debidamente sesgados y cargados para alcanzar sus velocidades mximas, por ejemplo, el 4N28 opera a velocidades de hasta 50 kHz con sesgo ptimo y menos de 4 kHz sin ella.Diseo con transistor opto-aisladores requiere subsidios generosos para las grandes fluctuaciones de los parmetros que se encuentran en los dispositivos disponibles en el mercado. Tales fluctuaciones pueden ser destructivo, por ejemplo, cuando un opto-aislador en el bucle de realimentacin de un convertidor de CC a CC cambia su funcin de transferencia y provoca oscilaciones espurias, o cuando los retrasos inesperados en aisladores pticos podra causar un corto circuito a travs de un lado de una H-puente. Fabricantes de hojas de datos suelen enumerar slo los valores del caso ms desfavorable para los parmetros crticos, dispositivos reales superan las estimaciones del caso ms desfavorable de una manera impredecible. Bob Pease observ que la proporcin de transferencia de corriente en un lote de 4N28 de puede variar de 15% a ms de 100%, la hoja de datos especifica slo un mnimo de 10%. Beta del transistor en el mismo lote puede varan de 300 a 3.000, lo que resulta en 10:01 varianza en ancho de banda.Opto-aisladores utilizando transistores de efecto de campo como sensores son raros y, como vactrols, se puede utilizar como potencimetros analgicos controlados a distancia, siempre que el voltaje a travs de la terminal de salida del FET no exceda de unos pocos cientos de mV. Opto-FET encender sin la inyeccin de carga de conmutacin en el circuito de salida, que es particularmente til en circuitos de muestreo y retencin.Bidireccional optoaisladoresTodos los aisladores pticos descritos hasta el momento son uni-direccional. Canal ptico siempre funciona en un sentido, desde la fuente hasta el sensor. Los sensores, ya sea fotoresistores, fotodiodos o fototransistores, no puede emitir luz. Pero LEDs, como todos los diodos semiconductores, son capaces de detectar la luz entrante, lo que hace posible la construccin de una doble va opto-aislador de un par de LEDs. El ms simple bidireccional aislador ptico es ms que un par de LEDs coloca cara a cara y la mantiene unida con un tubo de calor. Si es necesario, la brecha entre los dos LEDs se puede ampliar con un inserto de fibra de vidrio.LED espectro visible tienen relativamente pobre eficiencia de transferencia, por lo tanto cerca de GaAs espectro infrarrojo, GaAs: Si y AlGaAs: Si los LED son la opcin preferida para dispositivos bidireccionales. Bidireccional optoaisladores torno pares de GaAs: LEDs Si tienen velocidad de transferencia actual de alrededor de 0,06% en el modo fotovoltaico o fotoconductora - menos de fotodiodo base aisladores, pero lo suficientemente prctico para aplicaciones del mundo real.AlternativasMs informacin: sistemas microelectromecnicosLos desarrolladores han reconocido desde hace tiempo que acopladores pticos se basan en una tecnologa obsoleta, y slo recientemente han rentable y fcil de usar alternativas estn disponibles. Estos paquetes avanzados y el pin compatible drop-in reemplazos optoacoplador proporcionan sostenibilidad mayor rendimiento y fiabilidad con ninguna de las obligaciones tcnicas de optoacopladores. Aisladores digital puede reemplazar directamente 6 pines y optoacopladores 8 pines y son adecuados tanto para optoacoplador reconversin y los nuevos diseos de sistemas. Estos dispositivos utilizan la arquitectura de aislamiento basado en CMOS esos diez veces ms confiables que los acopladores pticos, permitiendo a los fabricantes de apoyo a las garantas del producto ya finales y reducir los costes asociados con la reparacin o reemplazo.Opto-aisladores puede ser demasiado lento y voluminosos para aplicaciones digitales modernas. Desde la dcada de 1990, los investigadores han examinado y perfeccionado tecnologas alternativas de aislamiento ms compactos y ms rpido. Dos de estas tecnologas, transformadores aisladores de base y el condensador de acoplamiento aisladores, llegaron al mercado masivo en la dcada de 2000. La tercera alternativa, basada en la magnetorresistencia gigante, ha estado presente en el mercado desde 2002, en cantidades limitadas. A partir de 2010, los modelos de produccin de todos los tres tipos permiten velocidades de transferencia de datos de 150 Mbit/s y se resisten a los transitorios de tensin de hasta 25 kV/s, en comparacin con 10 kV/s para aisladores pticos. A diferencia de aisladores pticos, que son montones de LEDs discretos y sensores, los nuevos dispositivos son circuitos integrados monolticos, y son fcilmente escalable en mltiples bits bus aisladores datos.