O que é um optoisolador e como ele funciona?

Um optoisolador (também conhecido como acoplador óptico, fotoacoplador, optoacoplador) é um dispositivo semicondutor que transfere um sinal elétrico entre circuitos isolados usando luz.

Esses componentes eletrônicos são usados ​​em uma ampla variedade de sistemas de comunicação e monitoramento que usam isolamento elétrico para impedir que emissores de alta tensão afetem os circuitos de baixa potência que recebem um sinal.

O esquema de um optoisolador consiste em um emissor, neste caso um diodo emissor de luz infravermelha (IRED) ou diodo laser para transmissão do sinal de entrada e um fotossensor (ou fototransistor) para recepção do sinal. Dessa forma, o sinal de entrada pode gerar energia elétrica ou modular uma corrente elétrica proveniente de um dispositivo eletrônico ou outra fonte de alimentação.

Quando a corrente de entrada é aplicada ao fotodiodo LED (um tipo comum de fotossensor), a luz infravermelha é produzida e passa pelo material dentro do isolador óptico. O feixe percorre um vão transparente e é captado pelo receptor, que atua como um conversor. Usando o isolamento de sinal, o sensor é capaz de transformar a luz modulada de volta em um sinal de saída.

O lado de entrada dos optoisoladores pode ser um fotoresistor, um fotodiodo, um fototransistor, um retificador controlado por silício ou um triac. Um relé de estado sólido optoacoplado contém um optoisolador de fotodiodo que aciona um interruptor de energia no lado da saída, geralmente um par complementar de MOSFETs.

Equipamentos eletrônicos, como microcontroladores, placas de circuito impresso e transformadores estão sujeitos a surtos de tensão provenientes de transmissões de radiofrequência, descargas atmosféricas e picos na tensão de alimentação.

Os optoisoladores baseados em fotoresistores foram usados ​​pela primeira vez em 1968 nas indústrias de áudio e música para evitar interrupções em equipamentos como amplificadores de guitarra. Os optoisoladores oferecem uma maneira segura de fazer componentes de alta tensão e dispositivos de baixa tensão trabalharem juntos de maneira proporcional.

O optoisolador é encerrado em um único dispositivo (ver imagem) e tem a aparência de um circuito integrado ou de um transistor com fios extras. Por meio da automação, as organizações podem usar optoacopladores para isolar circuitos de baixa potência de circuitos de saída de alta potência e para remover o ruído elétrico dos sinais.

Os optoisoladores são mais adequados para isolar a tensão de sinais digitais, mas também podem ser usados ​​para transferir sinais analógicos.

O isolamento de qualquer taxa de dados de mais de 1 megabits por segundo (Mbps) é considerado alta velocidade. A velocidade mais comum disponível para optoisoladores digitais e analógicos é de 1 Mbps, embora também estejam disponíveis velocidades digitais de 10 Mbps e 15 Mbps.

Os optoisoladores são considerados muito lentos para muitos usos digitais modernos, mas os pesquisadores criaram alternativas desde a década de 1990.

Nas comunicações, os optoisoladores de alta velocidade são usados ​​em fontes de alimentação para servidores e aplicações de telecomunicações -- tecnologia Power over Ethernet (PoE) para LANs Ethernet com fio, por exemplo. Os componentes do optoisolador também podem proteger os cabos Ethernet e de fibra ótica contra surtos elétricos. Em telefones VoIP, os sinais elétricos podem ser isolados usando um optoacoplador de saída de transistor.

Embora não seja mais comum, onde modems são usados ​​para conectar a linhas telefônicas, o uso de optoisoladores permite que um computador seja conectado a uma linha telefônica sem risco de danos por surtos ou picos elétricos. Neste caso, dois optoisoladores são empregados na seção analógica do dispositivo: um para sinais upstream e outro para sinais downstream. Se ocorrer um pico na linha telefônica, o computador não será afetado porque o gap ótico não conduz corrente elétrica.