Los optoacopladores son elementos esenciales en electrónica moderna, ya que aportan aislamiento eléctrico entre circuitos, permitiendo transferir señales sin contacto físico directo. A la hora de elegir el componente ideal, nombres como PC817 y TLP521 aparecen constantemente como referencias en aplicaciones prácticas y montajes electrónicos.
Comprender en profundidad cómo funcionan estos dispositivos, sus características y las diferencias claves entre modelos como el PC817 y el TLP521, es crucial tanto para aficionados como para profesionales. En este artículo, se exploran todos los aspectos necesarios para dominar el uso y selección de optoacopladores, integrando información técnica y ejemplos claros para obtener el máximo rendimiento y seguridad en cualquier circuito.
¿Qué es un optoacoplador?
Un optoacoplador —también denominado optoaislador o aislador óptico— es un componente electrónico diseñado para permitir la transmisión de señales eléctricas entre dos partes de un circuito que necesitan aislarse eléctricamente. Funciona, a grandes rasgos, gracias a la emisión y recepción de luz dentro de un encapsulado que mantiene físicamente separados los dos circuitos. Además, en su funcionamiento básico, el cómo funciona un conversor DC-DC puede involucrar componentes que se benefician del aislamiento óptico para mejorar el rendimiento y seguridad.
En el interior de un optoacoplador se encuentra un diodo emisor de luz (LED, generalmente infrarrojo) que, al recibir una señal eléctrica, emite luz. Esta luz es captada por un elemento fotosensible —habitualmente un fototransistor— situado a escasos milímetros y sellado dentro del mismo encapsulado, pero sin ninguna conexión eléctrica directa entre ellos. La señal óptica capta la información y la transmite al circuito secundario mediante el fototransistor, que reacciona a la luz encendiéndose o apagándose.
Esta estructura asegura un alto nivel de aislamiento eléctrico, evitando que fluctuaciones de voltaje o picos en un circuito puedan dañar el otro lado del sistema. Por esa razón, se utilizan masivamente en sistemas de control industrial, interfaces con microcontroladores, relés de estado sólido y conversores de potencia.
Estructura interna y funcionamiento de un optoacoplador
La estructura típica de un optoacoplador está formada por:
- Un LED emisor: Generalmente de infrarrojos, conectado en la parte de entrada del componente.
- Un elemento fotosensible: Suele ser un fototransistor, aunque también se encuentran versiones con fototriac o fotodiodo, dependiendo de la aplicación.
- Encapsulado aislante: Suelen estar encapsulados en plástico tipo DIP de 4 pines (DIP4), proporcionando un buen aislamiento y sencillez de montaje en placa.
El LED emisor recibe corriente eléctrica en la entrada y emite luz infrarroja en función de la intensidad de esa corriente. El fototransistor o elemento receptor se activa en función de la luz recibida, permitiendo el paso de corriente en el lado de salida. Así, cualquier señal digital puede transmitirse entre dos partes separadas del circuito ¡sin ninguna unión eléctrica real!
Los modelos más utilizados: PC817 y TLP521
Entre los modelos disponibles destacan especialmente dos: PC817 y TLP521. Ambos son extremadamente populares en electrónica analógica, digital y de potencia, gracias a su robustez, tamaño compacto, bajo coste y fácil integración.
Optoacoplador PC817
El PC817 es un optoacoplador con encapsulado DIP de 4 pines muy utilizado en placas de aislamiento de datos, sistemas de microcontroladores y módulos relé. Incorpora:
- Un LED infrarrojo en la entrada (pines 1 y 2).
- Un fototransistor en la salida (pines 3 y 4).
Configuración de pines en el PC817:
- Pin 1 (ánodo del LED): donde se aplica la señal de entrada.
- Pin 2 (cátodo del LED): conectado a masa o retorno del circuito de entrada.
- Pin 3 (colector del fototransistor): salida del circuito.
- Pin 4 (emisor del fototransistor): normalmente conectado a masa del circuito receptor.
Destaca por su capacidad de aislamiento de hasta 5 kV, bajo consumo y sencillez de uso en aplicaciones donde se requiere proteger microcontroladores, dispositivos lógicos TTL, Arduino, Raspberry Pi, entre otros. Además, es altamente fiable y dispone de variantes con diferentes características para adaptarse a diferentes requerimientos de aislamiento o velocidad. Además, en los diseños que emplean relés de estado sólido, el PC817 puede ser un componente clave para garantizar la protección y el correcto funcionamiento del sistema.
Algunas de sus especificaciones técnicas son:
- Voltaje directo del LED: 1,25 V.
- Corriente máxima del colector: 50 mA.
- Voltaje máximo colector-emisor: 80 V.
- Frecuencia de trabajo: hasta 80 kHz.
- Temperatura de funcionamiento: -30 a 100 ºC.
- Disipación máxima: 200 mW.
Un punto importante para el PC817 es que, aunque es robusto, debe emplearse siempre por debajo de sus límites máximos de voltaje y corriente para garantizar la vida útil. Por ejemplo, nunca debe someterse a corrientes de colector superiores a 50 mA ni a temperaturas fuera de las recomendadas.
Optoacoplador TLP521
El TLP521 es otro clásico en la electrónica de potencia y fuentes conmutadas. Su estructura es muy parecida a la del PC817, pero cuenta con algunas diferencias en sus especificaciones y suele emplearse mucho como elemento de retroalimentación en fuentes de alimentación conmutadas. En sistemas de alimentación, también es recomendable consultar cómo seleccionar componentes adecuados para asegurar un correcto funcionamiento.
Incluye un fototransistor de silicio acoplado ópticamente a un LED infrarrojo de arseniuro de galio. El encapsulado también es DIP de 4 pines y proporciona un alto voltaje de aislamiento, generalmente superior a 5 kV.
Suele combinarse con componentes como el TL431 para implementar sistemas de retroalimentación en fuentes de alimentación reguladas, ya que proporciona una respuesta bastante lineal y precisa siempre que se respeten las condiciones de funcionamiento y temperatura.
Al igual que el PC817, el TLP521 cuenta con variantes y puede sustituirse por modelos como NTE3098, PC123 o PC17T1 según disponibilidad y requisitos de la aplicación.
Principio de funcionamiento: ¿cómo actúan en el circuito?
El funcionamiento básico de ambos optoacopladores es idéntico. Cuando el LED emisor se energiza (aplicando una señal o un pulso), emite radiación infrarroja. Esta luz es detectada por el fototransistor, que a su vez conmuta entre estados de conducción y no conducción dependiendo de si recibe luz o no. Para ampliar su conocimiento, puede consultar cómo comprobar un optoacoplador.
Este mecanismo permite:
- Transferencia de señales digitales de forma óptica
- Aislamiento galvánico total entre los dos lados del circuito
- Protección frente a picos de tensión, ruidos eléctricos o diferencias de potencial peligrosas
Es habitual encontrar estos dispositivos en la entrada de sistemas de control industrial, en relés de estado sólido, y como barreras de seguridad en equipos electrónicos.
Aplicaciones típicas del PC817 y TLP521
Estos optoacopladores destacan por su utilización en:
- Circuitos de aislamiento de señales: Mantienen separados el circuito de control (electrónica de baja potencia) y el de carga (alta potencia o voltajes peligrosos).
- Interfaces para microcontroladores y sistemas digitales: Permiten conectar sensores, actuadores o relés que funcionan con tensiones y corrientes superiores a las soportadas por el microcontrolador, sin riesgo de daño.
- Fuentes de alimentación conmutadas: Especialmente el TLP521 se emplea en sistemas de retroalimentación y control de voltaje, combinado habitualmente con el integrado para obtener una referencia de tensión precisa.
- Aislamiento en transmisión de datos y comunicaciones: Eliminan ruidos y problemas de masas compartidas en buses de datos y señales analógicas/digitales.
Además, pueden encontrarse en electrodomésticos, sistemas de control industrial, automatización, domótica, acoplamiento de señales ruidosas y cualquier circuito que requiera separar dos partes del sistema de manera segura.
Ejemplo de conexión y esquema de uso del PC817
Un caso frecuente para quienes implementan el PC817 es el de usarlo como interruptor de señal aislada:
- En la parte de entrada se conecta una señal lógica a través de una resistencia limitadora al LED del optoacoplador.
- El lado de salida tiene el fototransistor cuyo colector va al positivo de alimentación (por ejemplo, 5V) y el emisor a masa. Entre colector y Vcc se coloca una resistencia de pull-up. Cuando el LED se enciende, el fototransistor conduce y «tira» la señal a masa, generando un nivel bajo en la salida.
Este montaje permite activar relés, dispositivos de gran consumo o circuitos de potencia desde sistemas electrónicos de bajo voltaje, como microcontroladores, sin ponerlos en peligro. Para conocer más sobre su aplicación, puede consultar relés de estado sólido.
Retroalimentación en fuentes conmutadas: uso del TLP521
En fuentes de alimentación conmutadas, el aislamiento es fundamental para separar primario y secundario. El TLP521, por su linealidad y respuesta, se combina con el TL431 (un amplificador de error interno con referencia de 2.5 V) para realizar la retroalimentación de la salida. Una buena referencia sobre cómo actúan las tierras raras (REE) puede ayudar en componentes de potencia y control.
El principio es el siguiente:
- El TL431 monitoriza la tensión de salida; si detecta que ésta sube, ajusta su salida para incrementar la corriente que pasa por el LED del optoacoplador TLP521.
- En respuesta, el fototransistor en el lado secundario conduce más, reduciendo el ciclo de trabajo de la fuente y, por tanto, bajando la salida de tensión.
- Si la salida cae, el proceso se invierte, equilibrando así la tensión final.
Esta técnica garantiza una regulación precisa y segura en fuentes de alimentación, evitando que sobrevoltajes en el secundario puedan transmitirse al primario, y permite que ambos estén aislados aún manteniendo comunicación de control.
Es importante tener en cuenta que el coeficiente de amplificación de corriente (CTR) de los optoacopladores puede variar con la temperatura, por lo que en aplicaciones críticas en cuanto a precisión, conviene seleccionar bien los modelos y configurar los valores de resistencias de forma que el circuito trabaje en la zona lineal del optoacoplador, evitando saturación o grandes derivas.
Consejos prácticos de uso y seguridad
Para que los optoacopladores PC817 y TLP521 funcionen correctamente y con fiabilidad es recomendable:
- Emplear siempre resistencias limitadoras de corriente en la entrada para proteger el LED infrarrojo.
- No superar los valores de corriente y voltaje máximos especificados en la hoja de datos (especialmente la corriente de colector en la salida).
- Mantenerse dentro del rango de temperaturas de funcionamiento para garantizar la estabilidad del coeficiente de transferencia óptica.
- En aplicaciones de precisión, evitar operar cerca de los extremos de la curva de transferencia óptica.
Un correcto diseño de la placa, separación de pistas y selección de encapsulados apropiados permite alcanzar el máximo aislamiento eléctrico y minimizar riesgos de interferencias.
Equivalencias, alternativos y variantes
En el mercado se encuentran modelos equivalentes a estos optoacopladores. Por ejemplo, el PC817 tiene variantes denominadas PC817A, PC817B, PC817C y PC817D, que difieren en el coeficiente de amplificación (CTR) para adaptarse a diferentes aplicaciones. Además, hay alternativas como 6N136, 4N25, MOC3021, MOC3041, que pueden usarse en configuraciones similares.
Por su parte, el TLP521 puede sustituirse en casos específicos por PC123, NTE3098 o PC17T1, pero siempre es conveniente revisar las hojas de datos para confirmar la compatibilidad en parámetros eléctricos y mecánicos.
Ventajas del uso de optoacopladores
Entre los muchos beneficios de utilizar optoacopladores como PC817 y TLP521 destacan:
- Aislamiento galvánico completo entre circuitos peligrosos y electrónicos sensibles.
- Protección contra sobrevoltajes, picos y descargas.
- Reducción de interferencias y ruidos eléctricos que podrían falsear el funcionamiento de sistemas digitales.
- Pequeño tamaño y facilidad de integración en cualquier placa electrónica.
Ejemplos prácticos y aplicaciones reales
Algunas aplicaciones donde resulta imprescindible el empleo de estos dispositivos incluyen:
- Control de electrodomésticos o cargas de AC mediante pequeños pulsos desde microcontroladores. El optoacoplador permite accionar un relé o triac sin arriesgar el microcontrolador.
- Separación de señales ruidosas en comunicaciones entre placas, eliminando problemas de masas compartidas.
- Regulación de potencia en fuentes industriales, mediante retroalimentación óptica utilizando TLP521 y .
- Protección en entradas y salidas digitales en PLCs, automatización, robots y sistemas domóticos.
Además, existen diversos módulos de 1 a 8 canales basados en estos optoacopladores para aislar múltiples señales de control.
