Como conectar e comandar o acoplador óptico, um chip que permite que um circuito controle outro, mas ambos se mantenham isolados eletricamente entre si.

O acoplador (ou isolador) óptico funciona como uma chave baseada em sinais de luz. Por evitar completamente¹ o contato elétrico entre o circuito controlador e o circuito controlado, ele pode ser uma boa escolha para interface entre componentes sensíveis (como o seu Arduino) e circuitos de maior tensão ou corrente, como a eletricidade AC doméstica, a corrente de toque de um telefone, um brinquedo com muitas pilhas, etc.

O seu lado de Entrada (que é o que geralmente será conectado ao Arduino) controla um led localizado dentro do chip. Quando fazemos passar corrente por esse led interno do chip, ele acende. Nós não podemos ver o led brilhar, mas a outra parte do chip detecta essa luz, e permite que passe corrente no circuito localizado no lado de Saída.

Assim, o acoplador óptico (ou optocoupler) permite que um circuito controle outro, mais ou menos como um transistor ou um relé também permitem. Diferentemente do transistor e do relé, o acoplador permite evitar completamente o contato elétrico entre o circuito controlador e o circuito controlado, já que os comandos entre eles são passados por energia luminosa, dentro do CI.

Eu usei um acoplador óptico 4N25, de 6 pinos, dos quais conectei 2 ao Arduino e 2 a um led alimentado diretamente a um conjunto de 4 pilhas AA, sem qualquer outra conexão ao Arduino.

Pinagem do acoplador óptico

Note que no acoplador óptico 4N25 a separação entre Entrada e Saída se reflete nos lados do CI: no lado esquerdo do diagrama estão os pinos conectados ao circuito de entrada ou de controle (no nosso caso, um Arduino), e no lado direito estão os pinos conectados ao circuito de saída, ou circuito controlado:

Os pinos 1 e 2, da Entrada, devem ser tratados como se fossem o anodo e o catodo (a perna mais comprida e a perna mais curta, respectivamente) de um led. Isso inclui até mesmo conectar a um deles um resistor, exatamente como você faria para um led com as mesmas características mencionadas na datasheet do seu acoplador óptico.

No meu caso, para efeito do cálculo do resistor adequado para a Entrada, sei que a tensão (V) que será recebida do Arduino é de 5V, e verifiquei na datasheet do 4N25 que a tensão (V_F) do "led" é 1,3V e que sua corrente (I_F) é 50mA.

Isso leva – pela Lei de Ohm, com a fórmula R=(V-V_F)/I_F – ao seguinte cálculo: R = (5V - 1,3V) / 0,050A, ou seja, a resistência deve ser de 74Ω (no mínimo), conectada ao pino 1 ou ao pino 2.

Já os pinos 4 e 5, da Saída, devem ser tratados como o emissor e o coletor, respectivamente, de um transistor NPN. O pino base desse transistor é acionado pelo próprio acoplador, quando ele detecta que o led interno acendeu². O tempo desses acionamentos é contado em milissegundos, ou seja, dá para ligar e desligar em intervalos de tempo bastante curtos para boa parte das aplicações que eu possa ter em mente para meu hobby.

Note um ponto importante do diagrama acima: ao contrário do que ocorre na maioria dos circuitos tratados aqui no BR-Arduino, não há conexão entre o terra do Arduino e o terra das pilhas: quando se usa acoplador óptico, os circuitos podem permanecer eletricamente separados.

O circuito de teste

Para ter um primeiro contato com um acoplador óptico, montei um circuito bem simples, em que a Entrada do acoplador 4N25 está conectada a um Arduino, e a Saída está conectada a um led comum, alimentado por um banco de 4 pilhas AA (6V):

No diagrama de conexões de pinos, acima, note que o pino 13 (que é o do led interno) do Arduino está conectado (via um resistor) ao pino 1 do CI acoplador óptico 4N25, e o pino terra do Arduino está conectado ao pino 2 do mesmo CI.

Pelo lado da Saída, note que o pino 4 do CI está conectado ao polo negativo (terra) do conjunto de 4 pilhas AA. Já o pino 5 do CI está conectado (via um resistor) a um led, que está conectado ao polo positivo do conjunto de pilhas.

Assim, quando for colocado um valor HIGH no pino 13 do Arduino, haverá corrente circulando entre os pinos 1 e 2 do CI. Essa corrente fará acender o led interno (e invisível ao usuário) do chip acoplador óptico, e a luz desse led será detectada pelo transistor interno do mesmo chip, que assim fechará a chave representada pelos pinos 4 e 5, permitindo assim que o led L1 acenda.

Como eu usei o pino 13 do Arduino Uno, conectado ao seu led interno, para testar basta carregar o programa de exemplo Blink, que faz piscar o led interno, e veremos o led L1 irá piscar junto. O led interno do chip também piscará, mas esse nós não podemos ver ;-)