optoacoplador lineal

SIEMENS
IL300
OPTOACOPLADOR LINEAL
PRESTACIONES
 Acopla señales AC y DC
 Linealidad de 0.01% en modo realimentado
 Gran Anchura de banda, >200 KHz
 Test de aislamiento en tensión 5300 VACRMS,
1 seg
APLICACIONES
 Aislamiento en sensores médicos
 Interfaces para señales de audio
 Transductores de control de procesos aislados
 Aislamiento en teléfonos digitales
 Realimentación tensión/corriente para fuentes
de alimentación
Figura 1. Configuración del
optoacoplador lineal IL300
DESCRIPCIÓN
El optoacoplador lineal IL300 consiste en un
IRLED de AlGaAs y dos fotodiodos PIN: un
fotodiodo de realimentación, PD1, y un fotodiodo
de salida, PD2 (ver Figura 1). La corriente
fotogenerada en los fotodiodos es directamente
proporcional al flujo óptico emitido por el LED.
El LED emisor es de AlGaAs y emite en 890 nm.
Funciona de manera eficiente con corrientes
entre 500 A y 40 mA. La linealidad óptima se
obtiene entre 5 mA y 20 mA. En este rango de
corrientes el flujo óptico emitido por el LED
cambia típicamente –0.5%/ºC.
La señal de entrada, aplicada al LED en forma de
corriente, será detectada por el fotodiodo de
salida, sin que exista contacto eléctrico entre
ellos. De este modo la señal (AC o DC) será
transmitida entre dos subcircuitos aislados
eléctricamente. El fotodiodo de realimentación
permitirá eliminar los problemas de no linealidad y
de deriva temporal o térmica, garantizando así
una relación lineal y estable entre la entrada y la
salida.
PARÁMETROS DE ACOPLAMIENTO
K1- Ganancia de realimentación:
Relación entre la corriente fotogenerada en PD1
(IP1) y la corriente del LED (IF): K1 = IP1 / IF
K2- Ganancia de salida:
Relación entre la corriente fotogenerada en PD2 y
la corriente del LED (IF): K2 = IP2 / IF
K3- Ganancia de transferencia:
Relación entre K2 y K1, i.e.: K3 = K2 / K1
Características (TA=25ºC)
Símbolo
Mín.
Típ.
Max.
Unidades
Condiciones
1.5
V
IF = 10 mA
Emisor
Tensión en directa
VF
1.25
Capacidad de la unión
CJ
15
pF
Resistencia dinámica
Rd
6

IF = 10 mA
VF= 0 V,
f=1MHz
Corriente directa máxima
IF, max
60
mA
(1)
Tensión en inversa máxima
VR, max
5
V
(1)
Características (TA=25ºC) (continuación)
Símbolo
Mín.
Típ.
Max.
Unidades
Condiciones
ID
1
25
nA
Vdet=-15 V
VOC
0.5
V
IF =10 mA
Capacidad de la unión
CJ
12
pF
Tensión en inversa máxima
VR
Detectores
Corriente en oscuridad
Tensión en circuito abierto
50
V
VF= 0 V,
f=1MHz
(1)
Acoplamiento
K1, ganancia de
realimentación
K1
0.0050
0.007
0.011
IF =10 mA
Vdet= -15V
K2, ganancia de salida
K2
0.0036
0.007
0.011
IF =10 mA
Vdet= -15V
K3, ganancia de
transferencia
K1
0.56
1.00
1.65
IF =10 mA
Vdet= -15V
Respuesta en frecuencia
BW (-3dB)
Resistencia de aislamiento
200
KHz
IF=10 mA,
RL=50 
1012

VIO= 500V
(1): Valor máximo permitido
Figura 2. Fotocorriente en función de la corriente del LED y de la temperatura, normalizada para I F=10
mA y TA=25ºC.
Figura 3. Ganancia de realimentación en función
de la corriente del LED y de la temperatura
Figura 4. Ganancia de transferencia en función de
la corriente del LED y de la temperatura
Utilizando el optoacoplador IL300 (ver hojas adjuntas) se pretende implementar un
amplificador lineal de aislamiento con ganancia unidad que funcione en el rango de 0 a
5V. Es decir, pretendemos que la salida esté aislada de la entrada y que Vout= G Vin, con G
= 1 (constante) para 0Vin+5V. Para ello procederemos por partes:
Circuito de la Figura I.
Supón K2=0.007 y constante (no dependiente de IF ni de TA)
1) Representa IP2(IF).
Calcula el valor de R1 para tener IF= 30 mA para Vin= 5V y
representa IP2(Vin).
Nota: IP2  corriente fotogenerada en el diodo de salida
2) Elige R2 para conseguir dVout/dVin = 1 en el rango lineal.
Estima en qué rango de Vin es lineal Vout(Vin).
Figura I
Circuito de la Figura II.
3) Repite el apartado 2), pero para el circuito de la Figura II.
Representa Vout(Vin). (Mantén de momento la suposición
de K2 = cte = 0.007)
4) Ten ahora en cuenta que K2 no es ideal:
Discute cómo se afectan las dependencias K2(TA), K2(IF) y
VF(TA) a las gráficas Vout(Vin)
Explica por qué la disminución de K2 (o K1) para IF
pequeñas es más acusada a alta temperatura (ver Fig.3).
Figura II
Circuito de aplicación (Figura III).
Figura III
5) Calcula IP1 para Vin = 5V. Calcula IP2 para un K3 genérico y Vin = 5V.
6) Da la expresión de IP2 en función de Vin y de K3.
Calcula R2 (en función de K3) para conseguir dVout/dVin = 1
Representa Vout(Vin) para la R2 correspondiente a K3=1.
7) Di en qué rango de Vin es lineal Vout(Vin) y cuál es el mecanismo que impone el límite
superior del rango lineal y cuál es el que impone el límite inferior de dicho rango.
Discute si G = dVout/dVin reflejará las derivas y no linealidades de K1 y K2.
Calcula IF para Vin = 5V.