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 0Vin+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.