Cos'è un optoisolatore e come funziona?

Un optoisolatore (noto anche come accoppiatore ottico, fotoaccoppiatore, fotoaccoppiatore) è un dispositivo a semiconduttore che trasferisce un segnale elettrico tra circuiti isolati utilizzando la luce.

Questi componenti elettronici vengono utilizzati in un'ampia varietà di sistemi di comunicazione e monitoraggio che utilizzano l'isolamento elettrico per impedire agli emettitori ad alta tensione di influenzare i circuiti a potenza inferiore che ricevono un segnale.

Lo schema di un optoisolatore è costituito da un emettitore, in questo caso un diodo a emissione di luce a infrarossi (IRED) o un diodo laser per la trasmissione del segnale di ingresso e un fotosensore (o fototransistor) per la ricezione del segnale. In questo modo, il segnale in ingresso può generare energia elettrica o modulare una corrente elettrica proveniente da un dispositivo elettronico o da un altro alimentatore.

Quando la corrente in ingresso viene applicata al fotodiodo LED (un tipo comune di fotosensore), viene prodotta luce infrarossa che passa attraverso il materiale all'interno dell'isolatore ottico. Il raggio attraversa uno spazio trasparente e viene captato dal ricevitore, che funge da convertitore. Utilizzando l'isolamento del segnale, il sensore è in grado di ritrasformare la luce modulata in un segnale di uscita.

Il lato di ingresso degli optoisolatori potrebbe essere un fotoresistore, un fotodiodo, un fototransistor, un raddrizzatore controllato al silicio o un triac. Un relè a stato solido optoaccoppiato contiene un optoisolatore fotodiodo che aziona un interruttore di alimentazione sul lato di uscita, solitamente una coppia complementare di MOSFET.

Le apparecchiature elettroniche, come microcontrollori, circuiti stampati e trasformatori, sono soggette a picchi di tensione derivanti da trasmissioni in radiofrequenza, fulmini e picchi di tensione nell'alimentazione.

Gli optoisolatori basati su fotoresistenza furono utilizzati per la prima volta nel 1968 nell'industria audio e musicale per evitare interruzioni in apparecchiature come gli amplificatori per chitarra. Gli optoisolatori offrono un modo sicuro per far funzionare insieme in modo proporzionale componenti ad alta tensione e dispositivi a bassa tensione.

L'optoisolatore è racchiuso in un unico dispositivo (vedi immagine) e ha l'aspetto di un circuito integrato o di un transistor con conduttori aggiuntivi. Attraverso l'automazione, le organizzazioni possono utilizzare gli accoppiatori ottici per isolare i circuiti a bassa potenza dai circuiti di uscita a potenza maggiore e per rimuovere il rumore elettrico dai segnali.

Gli optoisolatori sono più adatti all'isolamento della tensione dai segnali digitali, ma possono anche essere utilizzati per trasferire segnali analogici.

L'isolamento di qualsiasi velocità dati superiore a 1 megabit al secondo (Mbps) è considerato alta velocità. La velocità più comune disponibile per gli optoisolatori digitali e analogici è 1 Mbps, sebbene siano disponibili anche velocità digitali di 10 Mbps e 15 Mbps.

Gli optoisolatori sono considerati troppo lenti per molti usi digitali moderni, ma i ricercatori hanno creato alternative a partire dagli anni ’90.

Nelle comunicazioni, gli optoisolatori ad alta velocità vengono utilizzati negli alimentatori per server e applicazioni di telecomunicazione, ad esempio la tecnologia Power over Ethernet (PoE) per LAN Ethernet cablate. I componenti degli optoisolatori possono anche proteggere i cavi Ethernet e in fibra ottica da sovratensioni elettriche. Nei telefoni VoIP, i segnali elettrici possono essere isolati utilizzando un fotoaccoppiatore con uscita a transistor.

Sebbene non sia più comune, dove i modem vengono utilizzati per connettersi alle linee telefoniche, l'uso di optoisolatori consente di collegare un computer a una linea telefonica senza il rischio di danni dovuti a sovratensioni o picchi elettrici. In questo caso nella sezione analogica del dispositivo vengono impiegati due optoisolatori: uno per i segnali upstream e l'altro per i segnali downstream. Se si verifica un sovraccarico sulla linea telefonica, il computer non verrà influenzato perché il traferro ottico non conduce corrente elettrica.