Что это оптопара: Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка.

Содержание

Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка. — schip.com.ua

Описание, характеристики , Datasheet и методы проверки оптронов на примере PC817.

В продолжение темы «Популярные радиодетали при ремонтах импульсных блоков питания» разберем еще одну деталь- оптопара (оптрон ) PC817. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Между собой электрически никак не связанны, благодаря чему на основе PC817 можно реализовать гальваническую развязку двух частей схемы — например с высоким напряжением и с низким. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом. Как это происходит более подробно я разберу в следующей статье где в экспериментах подавая сигналы с генератора и анализируя его при помощи осциллографа можно понять более точную картину работы оптопары.

Еще в других статьях я расскажу о нестандартном использовании оптрона первая в роли реле -RS триггера с фиксацией состояний, а во второй генератор периодических сигналов. И используя эти схемные решения соберу очень простой тестер оптопар. Которому не не нужны никакие дорогие и редкие приборы, а всего лишь несколько дешевых радиодеталей.

Деталь не редкая и не дорогая. Но от нее зависит очень многое. Она используется практически в каждом ходовом (я не имею ввиду каком нибудь эксклюзивном) импульсном БЛОКЕ ПИТАНИЯ и выполняет роль обратной связи и чаще всего в связке тоже с очень популярной радиодеталью TL431 Описание и проверка здесь

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советуем посмотреть видео в самом низу страницы.

Оптопара ( Оптрон ) PC817

Краткие характеристики:

Максимальное напряжение изоляции вход-выход	5000 В
Максимальный прямой ток	50 мА
Максимальная рассеиваемая на коллекторе мощность	150 мВт
Максимальная пропускаемая частота	80 кГц
Диапазон рабочих температур	-30°C. .+100°C
Тип корпуса	DIP-4

Корпус компактный:

шаг выводов – 2,54 мм;
между рядами – 7,62 мм.

Производитель PC817 – Sharp, встречаются другие производители электронных компонентов выпускают аналоги- например:

Siemens – SFH618
Toshiba – TLP521-1
NEC – PC2501-1
LITEON – LTV817
Cosmo – KP1010

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются и другие варианты:

PC827 — сдвоенный;
PC837 – строенный;
PC847 – счетверенный.

Даташит на оптопару PC817 rus

Проверка оптопары

Для быстрой проверки оптопары я провел несколько тестовых экспериментов. Сначала на макетной плате.

Вариант на макетной плате

В результате удалось получить очень простую схему для проверки PC817 и других похожих оптронов.

Первый вариант схемы

Первый вариант я забраковал по той причине что он инвертировал маркировку транзистора с n-p-n на p-n-p

Поэтому чтобы не возникало путаницы я изменил схему на следующую ;

Второй вариант схемы

Второй вариант работал правильно но неудобно было распаять стандартную панельку

SCS- 8

под микросхему

Панелька SCS- 8

Третий вариант схемы

Самый удачный

Uf — напряжение на светодиоде при котором начинает открываться фототранзистор.

в моем варианте Uf = 1.12 Вольт.

В результате получилась такая очень простая конструкция:

Вид сверху

Вид снизу

Как видно из фото деталь развернута не по ключу.

Используя которую можно очень быстро проверить деталь. За свою практику ремонтов конечно не часто , но я сталкивался с неработающими оптопарами и раньше мне приходилось заморачиваться над проверкой детали когда иногда бывало заходил в тупик во время сложного ремонта.

Конечный вариант — все очень просто.

Кому лень читать

Видео на эту тему :

Еще более простой способ проверки оптрона PC817

Понятно что использование китайского тестера для проверки оптопары не самый простой , точнее простой но не самый дешевый метод. Такой прибор не во всех есть в хозяйстве.

Поэтому предлагаю вашему вниманию более простой , а главное дешевый тестер оптронов.

Он состоит из двух кнопок , двух резисторов , светодиода и панельки ( сокета ) под микросхему.

Если кому интересно , вот ссылка

Оптрон PC817 в режиме тиристора или самая простая схема проверки.

Разгоняем оптрон до сотни / Хабр

Если поискать в интернете схемы подключения оптронов, то можно обнаружить, что в подавляющем большинстве случаев предлагается просто добавить резистор. Это самая простая схема, она же и самая медленная. Когда скорость реакции не устраивает, предлагается ставить более быстрый оптрон, но, во-первых, быстрые оптроны — это дорого, и во-вторых, почему бы не разогнать быстрый оптрон до ещё большей скорости?

Итак, в чём основная проблема передачи сигнала через оптопару? Обычно в оптопаре на выходе стоит биполярный транзистор, а все биполярные транзисторы страдают такой проблемой как ёмкость переходов. Основную проблему создаёт ёмкость между коллектором и базой, во время переходных процессов именно она мешает транзистору быстро открываться и закрываться. Это явление называется эффект Миллера. Ещё во времена ламповых приёмников придумали, как с ним бороться. Основная идея в том, чтобы напряжение между базой и коллектором не менялось, в таком случае не придётся тратить время на перезарядку паразитной ёмкости.

Для примера давайте сравним, как ведёт себя оптрон при обычном включении и при включении с постоянным напряжением. В первом случае ёмкость заряжается так медленно, что выходной сигнал болтается где-то возле середины.

А теперь модельное включение, которое должно показать предельно достижимое время реакции.

Такой сигнал (красный график) выглядит намного приятнее, фронты уменьшились до 0.1 мкс. В исходном они были где-то 2-3 мкс, то есть ускорение примерно в 20-30 раз. Теперь возникает вопрос, как этим воспользоваться на практике, снять сигнал с оптрона, не меняя напряжения. И первый способ — это каскодное включение (зелёный график).

Уже неплохо, со 100 кБит/с разогнались до 1 Мбит/с, но всё ещё не идеально. Если добавить ещё один резистор, то можно построить дифференциальный усилитель.

Немного Титце и Шенка, и пожалуйста, графики практически совпали, 3 мкс превратились в 100 нс.

Ура, всё работает, расходимся? Нет, нужно больше золота, так что переходим ко второй части. Сейчас мы боролись с выходной ёмкостью, но есть ещё входная ёмкость, и для неё так же существуют стандартные схемотехнические методы. Почему бы, например, не включить на вход конденсатор, чтобы он быстрее заряжал ёмкость светодиода.

Как видите, для нарастающего фронта это оказалось серебряной пулей. Теперь надо разогнать спадающий фронт, и здесь возникает проблема. У нас ведь однополярное питание, а для разряда светодиода нужно отрицательное напряжение. Поэтому следующим шагом будет схема со сдвигом уровня (не знаю, есть ли тут общепринятое название). Ставим на выходе компаратор, который сравнивает ток через оптрон. Его можно собрать из пары токовых зеркал, подобный входной каскад повсеместно ставится в ОУ и компараторах.

Пары транзисторов продаются в одном корпусе, так что должно получиться довольно компактно. Вторая серебряная пуля готова, однако можно заметить, что спадающий фронт немного отстаёт. И наконец мы пришли к золоту: вместо самодельного компаратора ставим промышленный. Вот они, фронты 10 нс.

Можно поднять входную частоту до 100 МГц и посмотреть, что там в итоге получилось.

В принципе неплохо, можно в продакшен, правда здесь возникает другая проблема — такие компараторы дорогие.

P.S.: в последней схеме с трудом подобрал номиналы, так что не надейтесь, что она у вас заработает на заявленной частоте.

Схемы моделировались в LTspice.

Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка. Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка 817 оптопара напряжение на входе

Печать

Иногда бывает такая неисправность, при вроде бы исправных элементах блока питания включение телевизора вызывает взрыв микросхемы в БП телевизора (или транзистора), а точную причину установить не удается. В этом случае стоит обратить внимание на оптопару.

Я не буду описывать все оптопары затрону лишь PC817
, ее datasheet и методику проверки.

Оптопара PC817
достаточно распространена и купить ее не проблема, да и цена невелика. Конечно в запасе всегда должно быть несколько оптопар, на всякий случай.

Оптопара РС817 состоит из светодиода и фототранзистора. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом.

Если нужной оптопары нет, то можно установить другую, для этого проверьте datasheet имеющихся у вас оптопар на совпадение выводов с datasheet PC817 и основные параметры входное напряжение (светодиод), ток и напряжение транзистора. Пользуйтесь литературой или интернетом. Аналоги РС817
привожу в таблице

Проверка омметром это приблизительная проверка и сводится к проверке диода (сопротивление около 1,5 Ком) и транзистора (не звонится) смотрите datasheet, то есть – если с помощью омметра видно, что оптрон неисправен – значит неисправен. Если дефекта не обнаруживается — это не значит что оптрон исправен.

100% гарантии не может дать и проверка исправности оптопары с помощью небольших схем. Их вы можете легко найти в интернете. Вот одна из них.

С помощью этой схемы можно проверить оптопары двух видов, переключение происходит с помощью переключателя S1. Можно и еще проще

Свечение светодиода D1 и LED1 будет говорить об исправности оптопары. При подключении сверяйтесь с datasheet
.

Выход из строя оптопары достаточно редок, хотя и случается, например в Шарпах после грозы, можно назвать типовым дефектом.

Описание, характеристики, Datasheet и методы проверки оптронов на примере PC817.

В продолжение темы «Популярные радиодетали при ремонтах импульсных блоков питания» разберем еще одну деталь- оптопара (оптрон) PC817. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Между собой электрически никак не связанны, благодаря чему на основе PC817
можно реализовать гальваническую развязку двух частей схемы — например с высоким напряжением и с низким. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом. Как это происходит более подробно я разберу в следующей статье где в экспериментах подавая сигналы с генератора и анализируя его при помощи осциллографа можно понять более точную картину работы оптопары.

Еще в других статьях я расскажу о нестандартном использовании оптрона первая в роли , а во второй . И используя эти схемные решения соберу очень простой тестер оптопар. Которому не не нужны никакие дорогие и редкие приборы, а всего лишь несколько дешевых радиодеталей.

Оптопара (Оптрон) PC817

Краткие характеристики:

Корпус компактный:

шаг выводов – 2,54 мм;
между рядами – 7,62 мм.

Siemens – SFH618
Toshiba – TLP521-1
NEC – PC2501-1
LITEON – LTV817
Cosmo – KP1010

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются и другие варианты:

PC827 — сдвоенный;
PC837 – строенный;
PC847 – счетверенный.

Проверка оптопары

Для быстрой проверки оптопары я провел несколько тестовых экспериментов. Сначала на макетной плате.

Вариант на макетной плате

В результате удалось получить очень простую схему для проверки PC817 и других похожих оптронов.

Первый вариант схемы

Первый вариант я забраковал по той причине что он инвертировал маркировку транзистора с n-p-n на p-n-p

Поэтому чтобы не возникало путаницы я изменил схему на следующую;

Второй вариант схемы

Второй вариант работал правильно но неудобно было распаять стандартную панельку

под микросхему

Панелька SCS- 8

Третий вариант схемы

Самый удачный

Uf — напряжение на светодиоде при котором начинает открываться фототранзистор.

в моем варианте Uf = 1.12 Вольт.

В результате получилась такая очень простая конструкция:

Вид сверху

Вид снизу

Как видно из фото деталь развернута не по ключу.

Используя которую можно очень быстро проверить деталь. За свою практику ремонтов конечно не часто, но я сталкивался с неработающими оптопарами и раньше мне приходилось заморачиваться над проверкой детали когда иногда бывало заходил в тупик во время сложного ремонта.

Конечный вариант — все очень просто.

Оптопара оказывается весьма полезным прибором для осуществления обратной связи. Обычно вы можете встретить оптрон в схемах с передачей сигнала между частями схемы с различным напряжением, в импульсных блоках питания, когда напряжение на выходе становится выше нормы светодиод оптрона начинает светиться, открывая при этом фототранзистор, который уже в свою очередь прикрывает силовой транзистор первичной обмотки.

Вообще этот прибор появился уже давно, тогда вместо светодиодов использовались лампы накаливания, мощность, потребляемая ними высока, светоотдача маленькая, а частота с которой можно использовать его крайне мала, так как нить накала выходит в рабочее состояние медленно, да и тухнет далеко не мгновенно. Сейчас существует большой ассортимент оптронов с разной степенью интеграции, с закрытым или открытым оптическим каналом, с многими типами фотоприёмниками и источника света, но нас интересует самый распространенный PC817 в дискретном исполнении.

Ток на входе максимальный 0,05 А, максимальный импульсный может доходить до 1 А, напряжение типичное 1,2В. Обратное напряжение max 6 В, а рассеиваемая мощность до 70 мВт. В фототранзисторе ток коллектора может доходить до 50 мА, мощность коллектора 0,15 W, напряжение коллектор-эмиттер 35 В, эмиттер-коллектор 6 В. Внизу простая схема для проверки работоспособности вашего экземпляра.

ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

В последнее время мне приходится по работе, почти каждый день заниматься ремонтами ЖК телевизоров, в маленькой частной мастерской. Тема эта достаточно рентабельная, и если заниматься преимущественно блоками питания и инверторами, не слишком сложная. Как известно, питается ЖК телевизор, как практически и вся современная электронная техника, от импульсного блока питания. Последний же, содержит в своем составе деталь, под названием оптрон или оптопара. Деталь эта предназначена для гальванической развязки цепей, что часто бывает необходимо в целях безопасности для работы схемы устройства. В составе этой детали находятся, обычные светодиод и фототранзистор. Как же оптрон работает? Упрощенно говоря, это можно описать, как что-то типа своего рода маломощного электронного реле, с контактами на замыкание. Далее приведена схема оптопары:

Схема оптопары

А вот тоже самое, но уже со странички официального даташита:

Распиновка оптопары

Ниже приведена информация из даташита, в более полном варианте:

Корпус оптопары

Оптроны часто выпускается в корпусе Dip, по крайней мере те, которые используются в импульсных блоках питания, и имеют 4 ножки.

Оптопара на фото

Первая ножка микросхемы, по стандарту обозначается ключом, точкой на корпусе микросхемы, она же анод светодиода, далее номера ножек идут по окружности, против часовой стрелки.

Проверка оптрона

Как можно проверить оптрон? Например так, как на следующей схеме:

Схема проверки оптрона

В чем суть такой проверки? Наш фототранзистор, когда на него попадет свет от внутреннего светодиода, сразу перейдет в открытое состояние, и его сопротивление резко уменьшится, с очень большого сопротивления, до 40-60 Ом. Так как мне эти микросхемы, оптроны требуется тестировать регулярно, решил вспомнить о том, что я ведь не только электронщик, но еще и радиолюбитель), и собрать какой нибудь пробничек, для быстрой проверки оптопары. Пробежался по схемам в инете, и нашел следующее:

Схема конечно очень простая, красный светодиод сигнализирует о работоспособности внутреннего светодиода, а зеленый, о целости фототранзистора. Поиск готовых устройств собираемых радиолюбителями, выдал фото простых пробничков, подобных этому:

Устройство для проверки оптопары с интернета

Это все конечно очень хорошо, но демонтировать каждый раз оптопару а после запаивать ее обратно — это же не наш метод :-). Требовалось устройство для удобной и быстрой проверки работоспособности оптопары, обязательно без выпаивания, плюс замахнулся при этом еще и на звуковую, и визуальную индикацию :-).

Звуковой пробник — схема

У меня был собран ранее простой звуковой пробничек по этой схеме, со звуковой и визуальной индикацией, с питанием от полутора вольт, батарейки АА.

Простой звуковой пробник

Решил, что это то что нужно, сразу готовый полуфабрикат), вскрыл корпус, ужаснулся своему полунавесному монтажу), времен первых лет, изучения мною радиодела. Тогда изготавливал плату, путем прорезания канавок в фольгированном текстолите, резаком. Просьба не пугаться), глядя на этот колхоз.

Внутренности и детали

Решено было пойти, путем изготовления аналога, своего рода пинцета, для быстрой проверки оптрона, в одно касание. Были выпилены из текстолита две маленьких полоски, и посередине их, была проведа бороздка резаком.

Контактные пластины из текстолита

Затем был нужен сжимающий механизм, с пружинкой. В ход пошла старая гарнитура от телефона, вернее клипса, для крепления на одежду, от нее.

Прищепка от гарнитуры

Дело было за малым, подпаять провода. и закрепить пластинки на клипсе с помощью термоклея. Получилось снова колхозно, как без этого), но на удивление крепко.

Пинцет для измерения самодельный

Провода были взяты, от разъемов подключения к материнской плате, корпусных кнопок системного блока, и светодиодов индикации. Единственный нюанс, на схеме у меня на один из щупов от мультиметра, подключаемых к пробнику посажена земля, сделайте ее контакт, если будете повторять, обязательно напротив земли питания светодиода оптрона, во избежания очень быстрого разряда батареи, при замыкании плюса питания, на минус батареи. Схемку распиновки пинцета, рисовать думаю будет лишнее, все понятно и так без труда.

Окончательный вид пробника оптронов

Так выглядит готовое устройство, причем сохранившее свой функционал звукового пробника, путем подключения через стандартные гнезда, щупов от мультиметра. Первые испытания показали, что 40 ом в открытом состоянии фототранзистора между выводами эмиттер – коллектор, для такого пробника, несколько многовато. Звук пробника был приглушен, и светодиод светил не очень ярко. Хотя для индикации работоспособности оптрона, этого было уже достаточно. Но ведь мы к полумерам не привыкли). В свое время собирал расширенный вариант, схемы этого звукового пробника, где обеспечено измерение при сопротивлении между щупами, до 650 Ом. Схему расширенного варианта привожу ниже:

Схема 2 — звуковой пробник

Данная схема отличается от оригинала, только наличием еще одного транзистора, и резистора в его базовой цепи. Печатную плату расширенной версии пробника, привел на рисунке ниже, она будут прикреплена в архиве.

Печатная плата на звуковой пробник

Данный пробник показал себя при проверке, достаточно удобным в работе, даже в таком, как есть варианте, после проведения на днях апгрейда, недостаток с тихим звучанием, и тусклым свечением светодиода, наверняка будет устранен. Всем удачных ремонтов! AKV.

Форум

Форум по обсуждению материала ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

MINILED И MICROLED ДИСПЛЕИ

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры — краткий обзор и сравнение технологий.

МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS — новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Не только оптопары: понятие цифровых изоляторов

Добавлено 3 октября 2019 в 19:33

Сохранить или поделиться

Оптопары, несомненно, эффективны, но альтернативные технологии гальванической развязки (электрической изоляции цепей друг от друга) могут лучше подходить для вашего приложения.

Связанная информация

Достичь гальванической развязки довольно легко, когда мы имеем дело с сигналами переменного тока. Плавно изменяющиеся напряжения и токи настолько стремятся выйти за пределы проводящих соединений, что естественным образом допускают три типа изолированной передачи: они генерируют магнитные поля, которые могут быть связаны через катушки трансформатора, электрические поля, которые могут быть связаны через пластины конденсатора, и электромагнитное излучение, которое можно передавать через антенны.

Проблема в том, что часто нам необходимо электрически изолировать сигналы, форма которых не меняется постоянно. Как правило, это цифровые сигналы, которые могут оставаться на низком или высоком уровне в течение длительного периода времени. Стандартным решением этой проблемы является использование света, который обладает удобной возможностью передавать между передатчиком и приемником информацию о низкочастотных сигналах или даже об устойчивых состояниях без установления прямого электрического соединения.

Что такое оптопара?

Оптопара представляет собой простое устройство, состоящее из светодиода, изолирующего барьера и фоточувствительного полупроводникового устройства (то есть фотодиода или фототранзистора).

Рисунок 1 – Рентгеновское изображение оптопары, взятое из документа Silicon Labs под названием «Цифровые CMOS изоляторы заменяют оптопары в промышленных приложениях»

Недостатки оптопар на практике

Оптопары подходят для множества систем, но у них есть существенные недостатки:

В контексте современной электроники с низким энергопотреблением, требования к току светодиода достаточно высоки, а светодиод оптопары должен быть включен всякий раз, когда входной сигнал имеет высокий логический уровень. В некоторых системах такое неэффективное использование энергии просто недопустимо.
Оптопары имеют проблемы с надежностью. Возможно, основной проблемой является неисправность светодиода, но в реферате этой исследовательской работы упоминается, среди прочего, загрязнение интерфейса связи и термомеханическое напряжение, связанное с поглощением влаги.
Задержки распространения, связанные с работой оптопары, накладывают надоедливые ограничения на скорость передачи данных. Я не знаю, справедливо ли говорить, что оптопары по своей природе являются «медленными», но они действительно медленные по сравнению с альтернативными устройствами.
Вход и выход оптопары не являются типовыми логическими элементами и, следовательно, интерфейс между оптопарой и остальной частью системы может потребовать компонентов или усилий для проектирования, которые могут быть устранены при использовании цифровых изоляторов.
Технологии производства оптопары затрудняют интеграцию нескольких каналов связи в один корпус.

Радиочастотный подход

Обычно радиочастотная связь у нас ассоциируется с системами, работающими на больших расстояниях. Но нет никаких причин, по которым вы не можете использовать ее для приложений (очень) ближнего действия, таких как изоляция цифрового сигнала. Идея заключается в том, чтобы модулировать несущую в соответствии с цифровым входным сигналом, передавать модулированный сигнал через изолирующий барьер и затем демодулировать сигнал.

Риснок 2 – Схема взята из технического описания для семейства цифровых изоляторов Si864x от Silicon Labs.

Использование амплитудной манипуляции (вкл/выкл) снижает энергопотребление, поскольку устройство не передает РЧ-сигнал, когда на входе присутствует низкий логический уровень.

Рисунок 3 – Диаграмма взята из технического описания для семейства цифровых изоляторов Si864x от Silicon Labs.

Описание компонента на первой странице технического описания Si864x показывает, что эти устройства лучше, чем оптопары, практически во всех отношениях. Единственные возможные недостатки, которые могут прийти мне в голову, связаны с повышенной генерацией или восприимчивостью к электромагнитным помехам. Однако в этом документе (стр. 10) утверждается, что эти изоляторы сконструированы таким образом, чтобы обеспечить работу с низким уровнем создаваемых электромагнитных помех и высокую устойчивость к радиочастотным помехам.

Прежде чем двигаться дальше, интересно отметить, что эти радиочастотные изоляторы обеспечивают значительные улучшения по сравнению с оптопарами, несмотря на тот факт, что принципиальное различие между этими двумя технологиями заключается только в длине волны: оптопара позволяет цифровому сигналу включать и отключать источник электромагнитного излучения с более короткой длиной волны излучения (т. е. свет), а устройство SiLabs позволяет цифровому сигналу включать и отключать источник более длинноволнового электромагнитного излучения (т. е. РЧ сигнал).

Магнитная изоляция

Analog Devices, чтобы преодолеть ограничения оптопар, использует магнитную связь. Их технология iCoupler объединяет крошечные трансформаторы со схемами управления таким образом, что низкочастотные цифровые сигналы могут передаваться, несмотря на то, что для индукции тока требуется изменяющееся магнитное поле. Следующая диаграмма дает хорошее представление об их технологии:

Рисунок 4 – Схема взята из этой статьи, опубликованной Analog Devices.

Выходной сигнал следует за входным сигналом, отслеживая переходы. Логика на входной стороне кодирует нарастающие и падающие фронты и передает их через барьер с помощью магнитной связи, а выходная сторона декодирует эти сигналы в обычные логические переходы. Как и в случае радиочастотных изоляторов, технология iCoupler превосходит оптопары по размерам, рабочей частоте, энергопотреблению и т. д. Честно говоря, прочитав литературу производителя по альтернативным методам изоляции, вы почти пожалеете бедных инженеров, которым пришлось так долго работать с изоляторами на основе света.

Возможно, вы могли бы потратить большую часть дня, пытаясь тщательно проанализировать плюсы и минусы магнитных и радиочастотных изоляторов, но я не думаю, что это хорошее использование времени, потому что в большинстве приложений оба этих решения будут очень эффективными. Я лишь упомяну два момента:

РЧ-изоляторы (или, по крайней мере, те, которые используют двухпозиционное переключение) несколько хуже с точки зрения энергопотребления, поскольку РЧ сигнал передается всякий раз, когда входной сигнал имеет высокий логический уровень;
устройства iCoupler более чувствительны к магнитным помехам (это не так уж удивительно, поскольку они используют переходные магнитные поля для индикации логических переходов). Это важное замечание, если вам нужно устройство, которое можно использовать рядом с большими двигателями.

Заключение

Если оптопары полностью подходят для вашего применения, обязательно используйте их. Я последний, кто порекомендует вам перейти на новый продукт просто потому, что он новый. Однако важно знать об альтернативах, потому что технологии изоляции на основе радиочастотных сигналов и магнитных полей действительно предлагают значительные преимущества.

Оригинал статьи:

Виды и УГО оптрона

Связь Виды и УГО оптрона

просмотров — 1256

Основное свойство оптрона

II Оптрон (оптопара)

Функционирование симистора

Симистор открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его электродами А1 и А2 превышает некоторую максимальную величину (на самом деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения питания).

Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами А1 и А2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания I_у.

Оптрон-это прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения.

Цепь источника излучения принято называть входной, цепь фотоприемника принято называть выходной.

Принцип включения: в качестве источника излучения чаще всего ставят светодиод, который включается в прямом направлении. Схема включения фотоприемника зависит от его вида.

У оптрона отсутствует электрическая связь между входной и выходной цепью, так же отсутствует обратная связь.

По этой причине оптроны называют приборами гальванической развязкой.

Оптроны применяют для передачи управляющих воздействий из одной цепи в другую, значительно отличающихся по U и по мощности.

Оптроны различаются по фотоприемнику.

Рассмотрим несколько подробнее оптопару светодиод-фотодиод. Условное графическое обозначение диодной оптопары показано на рисунке а:

Излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод – в прямом (режим фотогенератора) или в обратном направлении (режим фотопреобразователя).

Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

2) Резисторный оптрон

3) оптрон c фотоварикапом

4) Тиристорный оптрон

5)Оптрон с фототранзистором без вывода базы

5.1) Оптрон с фототранзистором с выводом базы

В резисторных оптронах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 107..108 раз. Вместе с тем, вольт-амперная характеристика фоторезистора отличается высокой линейностью и симметричностью, что и обусловливает широкую применимость резисторных оптопар в аналогичных устройствах. Недостатком резисторных оптронов является низкое быстродействие – 0,01..1 c.

В цепях передачи цифровых информационных сигналов применяются главным образом диодные и транзисторные оптроны, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей – тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных и транзисторных оптронов характеризуется временем переключения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ часто лежит в диапазоне 5..50 мкс. Стоит сказать, что для некоторых оптронов это время меньше.

Особенности оптронов:

1) работает в большом диапазоне частот до 10¹⁴ Гц

2) невосприимчивый к действию внешних электромагнитных полей.

3) Заметное старение.

Тема 4. Приборы и устройства индикации

Принцип линейного оптопары и схемотехника [HCNR200, HCNR201]

1. Введение в линейный оптопара

Оптическая изоляция является очень распространенной формой изоляции сигнала. Обычно используются оптопары и их периферийные схемы. Поскольку схема оптопары проста, она часто используется в цепях цифровой изоляции или схемах передачи данных, таких как токовая петля 20 мА протокола UART. Для аналоговых сигналов оптопары имеют плохую линейность входа и выхода и большие изменения в зависимости от температуры, что ограничивает их применение в изоляции аналогового сигнала.

Для высокочастотных аналоговых сигналов переменного тока изоляция трансформатора является наиболее распространенным выбором, но она не подходит для вспомогательных сигналов. Некоторые производители предоставляют в качестве решений для изоляции аналоговых сигналов усилители изоляции, такие как AD202 ADI, которые могут обеспечить линейность 0,025% от постоянного тока до нескольких К, но это устройство изоляции сначала выполняет преобразование напряжения в частоту для генерации Сигнал переменного тока изолируется трансформатором, а затем выполняется преобразование частоты в напряжение для получения эффекта изоляции. Внутренняя схема встроенного изоляционного усилителя является сложной, громоздкой и дорогой и не подходит для крупномасштабных применений.

Лучшим выбором для изоляции аналогового сигнала является использование линейных оптопар. Принцип изоляции линейного оптопары не отличается от принципа изоляции обычного оптопары, но режим одиночной передачи и одиночного сбора обычного оптопары немного изменен, и для обратной связи добавлена оптическая схема приема для обратной связи. Таким образом, хотя две схемы приема света являются нелинейными, нелинейные характеристики двух схем приема света являются одинаковыми, так что нелинейность сквозного пути может быть скомпенсирована нелинейностью пути обратной связи, тем самым достигая линейности Цель изоляции.

На рынке имеется несколько выбираемых микросхем для линейных оптопар, таких как HCNR200 / 201 от Agilent, TIL300 от TOAS и LOC111 от CLARE. Здесь мы используем HCNR200 / 201 в качестве примера

2. Введение в чип и описание принципа

Внутренняя блок-схема HCNR200 / 201 показана ниже

Среди них 1, 2 провода используются в качестве входа изолированного сигнала, 3, 4 контакта используются для обратной связи, а 5 и 6 контактов используются для вывода. Ток между контактами 1 и 2 записывается как IF, а ток между контактами 3 и 4 и между контактами 5 и 6 записывается как IPD1 и IPD2 соответственно. Входной сигнал подвергается преобразованию напряжение-ток, и изменение напряжения отражается в токе IF. IPD1 и IPD2 в основном линейны с IF, а линейные коэффициенты записываются как K1 и K2 соответственно.

K1 и K2 обычно очень малы (HCNR200 составляет 0,50%) и сильно различаются в зависимости от температуры (HCNR200 варьируется от 0,25% до 0,75%), но конструкция микросхемы делает K1 и K2 равными. Позже можно заметить, что при разумной конструкции периферийной схемы отношение K3 действительно влияет на соотношение выход / вход.Линейные оптопары используют эту характеристику для достижения удовлетворительной линейности.

Внутренняя структура HCNR200 и HCNR201 одинакова, разница заключается в некоторых показателях. По сравнению с HCNR200 HCNR201 обеспечивает более высокую линейность.

Некоторые показатели для изоляции с использованием HCNR200 / 201 следующие:

* Линейность: HCNR200: 0,25%, HCNR201: 0,05%;

* Линейный коэффициент K3: HCNR200: 15%, HCNR201: 5%;

* Температурный коэффициент: -65ppm / oC;

* Напряжение изоляции: 1414 В;

* Ширина полосы сигнала: от постоянного тока до более 1 МГц.

Из вышесказанного видно, что, как и обычные оптопары, линейные оптопары действительно изолируют ток. Чтобы действительно изолировать напряжение, на выходе и выходе необходимо добавить вспомогательные цепи, такие как операционные усилители. Типичная схема HCNR200 / 201 проанализирована ниже, и как выяснить и объяснить, как реализовать обратную связь и преобразование ток-напряжение и напряжение-ток в цепи.

3. Типичная схема анализа

Руководство Agilent HCNR200 / 201 содержит множество практических схем, наиболее типичная из которых показана ниже:
Рисунок 2

Предположим, что входное напряжение Vin, а выходное напряжение Vout. Два коэффициента передачи тока, гарантируемые оптопарой, — это K1 и K2. Очевидно, что соотношение между и зависит от отношения между и.

Продвиньте цепь операционного усилителя передней панели, как показано на следующем рисунке:

Пусть напряжение на отрицательном выводе операционного усилителя будет напряжением на выходе операционного усилителя, и эти два параметра должны удовлетворять следующему соотношению, если операционный усилитель не насыщен:

Vo=Voo-GVi (1)

Среди них — выходное напряжение, когда входной дифференциальный режим операционного усилителя равен 0, а G — коэффициент усиления операционного усилителя, который обычно относительно велик.

Игнорируя входной ток отрицательной клеммы операционного усилителя, ток через R1 можно рассматривать как IP1, согласно закону Ома R1:

Ток через R3 — ЕСЛИ, согласно закону Ома:

Среди них напряжение на выводе 2 оптопары, учитывая, что напряжение при включении светодиода () в основном не изменяется, здесь трактуется как постоянное.

По характеристикам оптрона, а именно
K1=IP1/IF (4)

Подставляя выражение и в приведенную выше формулу, получаем:

Приведенную выше формулу можно преобразовать в:

Подстановка выражения в уравнение (3) дает:

Учитывая, что G особенно велика, можно сделать следующее приближение:

Таким образом, соотношение между выходным и входным напряжением выглядит следующим образом:

Можно видеть, что в приведенной выше схеме выходной сигнал пропорционален входному сигналу, а масштабный коэффициент определяется только K3 и R1, R2. Обычно выбирают R1 = R2 для достижения цели изоляции и без усиления.

4. Вспомогательная схема и определение параметров

Приведенный выше вывод предполагает, что все цепи работают в линейном диапазоне, для достижения этого требуется разумный выбор операционного усилителя и определение значения сопротивления.

4.1 Выбор операционного усилителя

Операционный усилитель может питаться от одного источника питания или от положительного и отрицательного источников питания.Пример, приведенный выше, представляет собой один источник питания. Чтобы обеспечить диапазон входного сигнала от 0 до VCC, операционный усилитель должен работать в полном разгаре, кроме того, рабочая скорость и скорость нарастания операционного усилителя не будут влиять на характеристики всей цепи. Цепь ОУ LMV321 с одним операционным усилителем может отвечать вышеуказанным требованиям и может использоваться в качестве периферийной цепи HCNR200 / 201.

4.2 Определение сопротивления

При выборе резистора необходимо учитывать линейный диапазон операционного усилителя и максимальный рабочий ток IFmax линейного оптопары. Когда K1 известен, IFmax определяет максимальное значение IPD1 IPD1max, так что, поскольку диапазон Vo может быть по меньшей мере 0, поэтому

Учитывая, что IFmax велико, оно способствует передаче энергии.

Кроме того, поскольку операционный усилитель, работающий в состоянии глубокой отрицательной обратной связи, соответствует виртуальной короткой характеристике, следовательно, учитывая ограничения IPD1,

Таким образом,

Определение R2 может быть определено в соответствии с требуемым увеличением, например, если метод не требуется, просто установите R2 = R1.

Кроме того, поскольку оптопара генерирует некоторый высокочастотный шум, конденсатор обычно подключается параллельно на R2 для формирования фильтра нижних частот. Значение конкретного конденсатора определяется входной частотой и частотой шума.

4.3 Примеры определения параметров

Предполагая, что Vcc = 5 В, вход находится в диапазоне 0-4 В, выход равен входу, используется чип операционного усилителя LMV321 и вышеуказанная схема, а процесс определения параметров приведен ниже.

* Определите IFmax: около 25 мА, рекомендованное устройством в руководстве HCNR200 / 201;

* Определить R3: R3 = 5 В / 25 мА = 200;

* Определить R1:;

* Определить R2: R2 = R1 = 32K.

5. Резюме

В этой статье дается краткое введение в линейную оптопару, а также меры предосторожности и эталонный дизайн при использовании схемотехники, выбор параметров и т. Д., А также дается соответствующий вывод и объяснение метода проектирования схем для справки инженеров-электронщиков.

Как это работает и многое другое

Что такое оптопара，Как разработчик печатных плат, инженер или любитель, у вас есть широкий выбор переключателей, реле и соединителей для настройки вашей печатной платы. Со всеми компонентами и опциями печатных плат, доступными на рынке, трудно решить, какой из них лучше всего подойдет для вашего проекта.

Например, вам может быть интересно, что делает оптрон и чем он отличается от любого другого реле. Это то, что следующее руководство надеется прояснить.В нем мы рассмотрим оптопару, ее различные типы и то, какую пользу она может принести вам и вашему проекту.

Что такое оптопара

Оптопары имеют много названий. Вы можете называть его оптоизолятором, оптроном, оптроном, оптоизолятором или просто оптроном. Некоторые люди могут даже называть их опциями. Тем не менее, оптопары являются встроенными электронными компонентами. Как правило, самые основные типы состоят из прямоугольного корпуса с четырьмя штифтами.Каждый вывод является подкомпонентом. Первый вывод анод , второй катод , третий коллектор, и четвертый эмиттер .

LTV-816 1-канальный оптоизолятор

Источник: Wikimedia Commons

Кроме того, на углу основного корпуса рядом с первым штифтом имеется круглая выемка. Это позволяет нам идентифицировать различные контакты. Корпус также содержит текст с номером детали оптопары.Соответственно, по нему мы идентифицируем тип оптопары, а также находим техпаспорт производителя.

Тем не менее, оптопара по сути представляет собой твердотельное реле, которое соединяет между собой две отдельные электронные схемы. Первая схема подключается к первым двум контактам (контакты 1 и 2), а вторая схема подключается к последним двум контактам (контакты 3 и 4). Это позволяет первой схеме управлять второй схемой.

Легко спутать оптопару с интегральной схемой/микрочипом (ИС) из-за того, как она выглядит.Особенно это касается симисторных оптронов.

Электронные микросхемы на белом фоне

Как работает оптопара?

Мы можем использовать оптопару для передачи электронных сигналов между двумя изолированными цепями. Это одно из наиболее важных его свойств. Иногда в одной цепи могут возникать скачки напряжения и шумы. Без оптопары, изолирующей цепи, эти нарушения могут распространиться на вторую цепь и вызвать ее разрушение. Оптопара предотвращает возникновение этого повреждения в обеих цепях.

Кроме того, оптрон позволяет электронам течь только в одном направлении из-за его полупроводниковых материалов. Следовательно, это позволяет двум взаимосвязанным цепям использовать разные напряжения и токи.

Кроме того, он позволяет расширить возможности вашего устройства. Во многом это связано с тем, как он облегчает гальваническую развязку между двумя отдельными цепями. Например, мы можем добавить транзистор во вторую схему, не мешая работе первой в двухконтурной конфигурации.Это позволит вам контролировать еще большее количество напряжения и тока. Более того, это потенциально может позволить вам автоматизировать управление схемой, добавляя электронные компоненты.

Структура оптопары

Оптопары

бывают самых разных типов и конфигураций. Однако, чтобы упростить понимание, мы сосредоточимся в основном на версии с фототранзисторами.

Схема оптрона фототранзистора

Источник: Wikimedia Commons

На приведенной выше схеме показан фототранзистор, соединяющий две цепи. Если вы внимательно посмотрите на часть схемы, посвященную фототранзистору, то заметите, что слева есть символ светодиода:

Изображение светодиодного символа

Источник: Wikimedia Commons

Напротив, справа есть символ транзистора:

Изображение символа транзистора

Источник: Wikimedia Commons

По приведенным выше цифрам легко заметить, что фототранзистор представляет собой модифицированную версию обычного транзистора.Более того, вы можете понять, почему мы называем (третью и четвертую) выводы на стороне транзистора коллекторами и эмиттерами . Кроме того, вы также можете понять, почему мы называем первую и вторую клеммы анодом и катодами .

Транзисторы обычно имеют три вывода. Однако здесь есть небольшая разница. Базовый контакт в обычной схеме транзистора отсутствует в схеме фототранзистора. Это связано с тем, что транзистор в оптроне работает немного по-другому.Вместо использования электронных сигналов от базового вывода транзистор в оптроне использует свет от светодиода.

Свет исходит от светодиода и попадает на транзистор, включая его и позволяя току течь в основной электрической цепи. Они реагируют на оптический вход, а не только на электрический входной ток. Оптопары бывают двух распространенных топологий. Внутренние компоненты могут располагаться друг над другом или рядом друг с другом.

Топологии оптопары

Источник: Wikimedia Commons

Хотя мы не можем видеть внутреннюю работу фототранзистора (если только он не полупрозрачный), мы можем создать свой собственный, используя простую схему.Мы рассмотрим это далее в этом руководстве. Но сначала давайте рассмотрим другие типы оптронов.

Типы оптронов

Оптопара удерживается пинцетом.

Существует шесть наиболее распространенных типов транзисторов. Они:

Резистивная оптопара: Это были самые ранние оптопары. В качестве источников света они используют лампы накаливания, неоновые лампы и инфракрасные светодиоды GaAs. Кроме того, они используют сульфид кадмия в качестве материала для транзисторов.Люди также называют эти типы оптронов вактролами.
Поскольку это более старые светочувствительные устройства, они немного медленнее, чем более современные формы оптронов. Следовательно, именно поэтому они почти устарели.
Диодная оптопара: Диодные оптопары используют инфракрасные светодиоды на основе арсенида галлия в качестве источников света и кремниевые фотодиоды в качестве рецепторов. Это делает их самым быстрым типом оптронов, особенно когда они используют PIN-диоды.
Транзисторная оптопара: Так же, как и диодные оптопары, они также используют инфракрасные светодиоды GaAs в качестве источников света.Однако в качестве датчиков они используют либо биполярные кремниевые фототранзисторы, либо фототранзисторы Дарлингтона. Это делает их скорость передачи и время отклика выше, чем у резистивных оптронов, но ниже, чем у диодных оптронов.
Оптоизолированный SRC: Оптоизолированные SRC используют инфракрасные светодиоды вместе с кремниевыми выпрямителями. Их скорости передачи могут различаться. Однако они не так быстры, как оптопары на основе диодов в любой конфигурации. Тем не менее, они по-прежнему имеют приличное время отклика и скорость передачи.
Оптоизолированный симистор: Эти типы оптронов используют триод для переменного тока (тиристор) в качестве типа датчика. Это в дополнение к их инфракрасному светодиоду GaAs в качестве источника света. Хотя у них нет высоких скоростей передачи, у них очень высокие текущие коэффициенты передачи.
Твердотельное реле: Твердотельные реле используют набор инфракрасных светодиодов GaAs в качестве источников света. Кроме того, они используют набор фотодиодов, которые управляют парой полевых МОП-транзисторов или одним IGBT в качестве датчиков. Они могут иметь очень высокие скорости передачи и неограниченные текущие коэффициенты передачи.

Как создать простую схему оптрона

Оптопара, удерживаемая парой пинцетов перед печатной платой

Список деталей:

50-100K Ом Ом-зависимый резистор (LDR)
3V 0,02А белый светоизлучающий диод (LED)
2V 0,02А красный светильник излучающий диод (LED)
9V аккумулятор X 2
Switch
300 Ом резистор
Резистор 150 Ом x 2 (или резистор 300 Ом)

Пояснения и инструкции:

Красный светодиод и оптопара

В этой простой оптопаре используется простой светочувствительный резистор (LDR) и белый светодиод.LDR изменяет сопротивление нагрузки в зависимости от освещенности. Таким образом, в темноте он имеет очень высокое сопротивление. И наоборот, когда мы подвергаем его воздействию яркого света, он оказывает незначительное сопротивление. В этом контексте он будет функционировать как наш фотодиод.

В первичной цепи нам понадобится белый светодиод, который имеет падение напряжения 3 вольта и потребляет 0,02 ампера. Далее мы будем использовать 9-вольтовую батарею в качестве источника питания и управлять цепью с помощью переключателя. Поскольку для белого светодиода требуется ток 3 вольта, нам понадобится резистор с падением напряжения 6 вольт.Таким образом, резистор должен иметь сопротивление 300 Ом ((9В – 3В) ÷ 0,02А).

Таким образом, ваша первичная цепь будет состоять из батареи, которая положительно соединяется с выключателем, резистором и белым светодиодом. Для соединения компонентов можно использовать макетную плату или провод. В целом, это будет действовать как наша схема управления.

У нас будет красный светодиод с падением напряжения 2 Вольта и силой тока 0,02 Ампера на вторичной цепи.

Мы будем использовать его как индикатор, показывающий, когда схема работает. Дополнительно к этой схеме подключим LDR. Очевидно, что LDR должен располагаться рядом с белым светодиодом.

LDR обеспечивает сопротивление примерно 70 Ом, когда мы подвергаем его воздействию света от светодиода. Вам нужно будет подключить LDR к красному светодиоду. Для питания вторичной цепи воспользуемся еще одной 9-вольтовой батареей. Опять же, нам понадобится резистор для снижения напряжения, чтобы светодиод мог работать эффективно. Мы предлагаем использовать два резистора по 150 Ом. Впрочем, подойдет и один резистор на 300 Ом.

Тем не менее, когда вы закончите сборку схемы, вам нужно будет обмотать черной лентой LDR и белый светодиод. Вы должны убедиться, что вы соединили их. Это заблокирует окружающий свет в комнате. В качестве альтернативы вы можете протестировать схему в полностью темной комнате.

При нажатии кнопки первичной цепи (входной цепи) загорается белый светодиод. Затем он направит свет на LDR, который включит красный светодиод в выходной цепи. Свет от белого светодиода действует как электрический сигнал в переключателе.Этот проект достаточно прост, чтобы проиллюстрировать внутреннюю работу оптопары. Однако вы можете улучшить его, внедрив инфракрасный излучатель вместе с приемником. Вместо видимого света в этом проекте будет использоваться инфракрасный свет.

Применение оптопары

Небольшая печатная плата с ИС, конденсатором, оптроном и другими полупроводниками

Теперь, когда мы поняли, как работают оптопары, теперь мы можем изучить, где мы можем их применить.Мы можем использовать оптопары в качестве простых переключателей, активируемых светом. Однако какое электронное оборудование и устройства подошли бы им лучше всего? Вот список мест, где мы могли бы использовать оптопары:

Соленоидные элементы управления
Моторные элементы управления
Накаливая лампа Dimmers
Микропроцессоры
Лампы балласты
AC обнаружение
Изоляция напряжения
Электромагнитный выключатель
Микроконтроллеры

Оптопедер

Набор оптронов

Почему вы хотите использовать оптопары вместо электромеханических реле или переключателей? Вот лишь некоторые из преимуществ:

Они облегчают одностороннюю передачу электрических сигналов
Оптопары делают ваши проекты более надежными, делая их устойчивыми к помехам
Они могут облегчить электрическую изоляцию между несколькими цепями таким образом упрощается устранение неполадок
Они уменьшают внешние выходные сигналы на входной части вашей цепи
Оптопары позволяют управлять большими цепями переменного тока с помощью небольших цифровых сигналов
Позволяет передавать аналоговый сигнал между двумя отдельными цепями
Они позволяют соединять высоковольтные компоненты с низковольтными устройствами
Оптопары помогают уменьшить или полностью устранить электрические помехи в сигналах
удары молнии

Заключение

В приведенном выше тексте мы предоставили простое для понимания и подробное руководство по оптронам. Если вы дошли до этого раздела руководства, значит, у вас есть более глубокое понимание оптронов. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.

Что такое оптопары? Определение, конструкция и работа оптопары

Определение : Оптопара или оптоэлектронная пара представляет собой электронный компонент, который в основном действует как интерфейс между двумя отдельными цепями с различными уровнями напряжения .Оптопары являются обычным компонентом, с помощью которого можно обеспечить электрическую изоляцию между входным и выходным источником. Это 6-контактное устройство , которое может иметь любое количество фотодетекторов.

Здесь луч света, излучаемый источником света, существует как единственный контакт между входом и выходом. Благодаря этому мы можем иметь сопротивление изоляции МОм между двумя цепями. В высоковольтных приложениях, где разница напряжений между двумя цепями различается на несколько тысяч вольт, такая изоляция предпочтительна. Использование всех таких электронных изоляторов заключается во всех тех условиях, когда сигнал должен проходить между двумя изолированными цепями.

До сих пор мы говорили об изолированной цепи, но следует знать ее значение, прежде чем углубляться в дальнейшие аспекты.

Что такое изолированная цепь?

Изолированные цепи — это цепи, которые не имеют между собой общего проводника и при этом поддерживается надлежащая изоляция.

Поскольку мы уже знаем о том, что информационный сигнал содержит большое количество шумов и дополнительных искажений, которые могут выходить за пределы допуска логической схемы на выходе во время передачи.Оптопары можно использовать для работы как с переменным напряжением , так и с высоким напряжением постоянного тока .

Конструкция оптопары

Оптопара в основном состоит из инфракрасного светодиода и светочувствительного устройства , которое обнаруживает испускаемый инфракрасный луч. Полупроводниковое светочувствительное устройство может быть фотодиодом, фототранзистором, парой Дарлингтона, SCR или симистором.

Давайте посмотрим на базовую схему оптопары:

Инфракрасный светодиод и светочувствительный прибор упакованы в одну упаковку.Светодиод находится на входной стороне, а светочувствительный материал размещен на выходной стороне. Сопротивление подключается в начале цепи, которая используется для ограничения тока, а другое сопротивление подключается между напряжением питания и выводом коллектора.

Прежде чем продолжить, давайте посмотрим описание контактов оптопары:

Контакт 1: Анод
Контакт 2: Катод
Контакт 3: Земля
Контакт 4: Излучатель
Контакт 5: коллектор
Контакт 6: база

Базовая клемма фототранзистора доступна снаружи.Одиночный фототранзистор используется в выходном каскаде простой оптронной развязки.

Работа оптопары

Оптопара представляет собой комбинацию светодиода и фотодиода, упакованных в один корпус. Как видно из приведенной ниже принципиальной схемы, когда на входе оптопары появляется высокое напряжение, через светодиод начинает протекать ток.

Благодаря этому току светодиод будет излучать свет. Этот излучаемый свет, когда падает на фототранзистор, вызывает протекание тока через него.Ток , протекающий через фототранзистор, прямо пропорционален входному напряжению . Входное сопротивление, расположенное в начале цепи, уменьшит ток, протекающий через светодиод, если его значение увеличить. Поскольку светодиод светится за счет этого тока, следовательно, когда ток будет низким, сила света светодиода будет низкой.

Как мы уже обсуждали ранее, интенсивность излучаемого светодиодом света будет равна соответствующему току, протекающему через фототранзистор.Это означает, что свет низкой интенсивности , излучаемый светодиодом, вызовет протекание тока низкого уровня через фототранзистор. Таким образом, на клемме коллектор-эмиттер транзистора генерируется изменяющееся напряжение.

Таким образом, входящий сигнал из входной цепи соединяется с выходной цепью.

Типы оптронов

Различные типы оптопары показаны на схеме, приведенной ниже:

Для использования в цепях постоянного тока в основном используются фототранзисторные и фотодарлингтоновские устройства.В случае переменного тока используются схемы с питанием фото-тиристор и фото-триак.

Существуют и другие формы конфигураций источник-датчик, такие как светодиод-лазер, светодиод-фотодиод, отражающая оптопара, щелевая оптопара и т. д.

Преимущества

Оптопары позволяют легко взаимодействовать с логическими схемами.
Электрическая изоляция обеспечивает защиту цепи.
Позволяет широкополосную передачу сигнала.
Небольшое по размеру и легкое устройство.

Недостатки

Низкая скорость работы оптронов.
В случае сигнала очень высокой мощности может возникнуть возможность наложения сигналов.

Приложения

Используется в инверторах большой мощности.
Используется в измельчителях большой мощности.
В преобразователях переменного тока в постоянный широко используются оптопары.

Схема оптопары в основном зависит от напряжения изоляции.Для получения соответствующего напряжения пробоя оптический канал делают как можно тоньше.

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Что такое оптоизолятор (оптопара или оптопара)?

Оптоизолятор (также известный как оптопара, фотопара, оптопара) представляет собой полупроводниковое устройство, передающее электрический сигнал между изолированными цепями с помощью света.

Эти электронные компоненты используются в самых разных системах связи и мониторинга, которые используют гальваническую изоляцию, чтобы предотвратить воздействие высоковольтных излучателей на схемы с меньшей мощностью, принимающие сигнал.

Как работают оптоизоляторы?

Схема оптоизолятора состоит из излучателя, в данном случае инфракрасного светодиода (IRED) или лазерного диода для передачи входного сигнала и фотодатчика (или фототранзистора) для приема сигнала. Таким образом, входной сигнал может либо генерировать электрическую энергию, либо модулировать электрический ток, поступающий от электронного устройства или другого источника питания.

Когда входной ток подается на светодиодный фотодиод (распространенный тип фотодатчика), создается инфракрасный свет, который проходит через материал внутри оптического изолятора.Луч проходит через прозрачный зазор и улавливается приемником, который действует как преобразователь. Используя изоляцию сигнала, датчик может преобразовать модулированный свет обратно в выходной сигнал.

Входная сторона оптоизоляторов может быть фоторезистором, фотодиодом, фототранзистором, выпрямителем с кремниевым управлением или симистором. Твердотельное реле с оптронной связью содержит фотодиодный оптоизолятор, который управляет силовым ключом на выходной стороне, обычно комплементарной парой полевых МОП-транзисторов.

Почему важны оптоизоляторы?

Электронное оборудование, такое как микроконтроллеры, печатные платы и трансформаторы, подвержено скачкам напряжения от радиочастотных передач, ударов молнии и скачков напряжения в сети.

Оптоизоляторы на основе фоторезисторов впервые были использованы в 1968 году в аудио- и музыкальной индустрии, чтобы избежать сбоев в работе такого оборудования, как гитарные усилители. Оптоизоляторы предлагают безопасный способ пропорциональной совместной работы высоковольтных компонентов и низковольтных устройств.

Оптоизолятор заключен в единое устройство (см. рисунок) и имеет вид интегральной схемы или транзистора с дополнительными выводами. Благодаря автоматизации организации могут использовать оптопары для изоляции маломощных цепей от более мощных выходных цепей и для удаления электрических помех из сигналов.

Иллюстрация того, как оптоизоляторы удаляют электрические помехи из сигналов.

Для каких целей используются оптоизоляторы?

Оптоизоляторы

больше всего подходят для изоляции напряжения от цифровых сигналов, но их также можно использовать для передачи аналоговых сигналов.

Изоляция любой скорости передачи данных более 1 мегабита в секунду (Мбит/с) считается высокой скоростью. Наиболее распространенная скорость, доступная для цифровых и аналоговых оптоизоляторов, составляет 1 Мбит/с, хотя также доступны цифровые скорости 10 Мбит/с и 15 Мбит/с.

Оптоизоляторы

считаются слишком медленными для многих современных цифровых приложений, но исследователи создали альтернативы с 1990-х годов.

В средствах связи высокоскоростные оптоизоляторы используются в источниках питания для серверов и телекоммуникационных приложений — например, технология Power over Ethernet (PoE) для проводных локальных сетей Ethernet.Компоненты оптоизолятора также могут защитить кабели Ethernet и оптоволоконные кабели от скачков напряжения. В телефонах VoIP электрические сигналы могут быть изолированы с помощью оптрона с транзисторным выходом.

Хотя использование модемов для подключения к телефонным линиям уже не является обычным явлением, использование оптоизоляторов позволяет подключать компьютер к телефонной линии без риска повреждения электрическими скачками или скачками напряжения. В этом случае в аналоговой части устройства используются два оптоизолятора: один для восходящих сигналов, а другой — для нисходящих.Если на телефонной линии произойдет скачок напряжения, компьютер не пострадает, поскольку оптический зазор не проводит электрический ток.

Как работает оптопара | ЭлектроникаBeliever

Что такое оптопара? Как работает оптопара? Это лишь некоторые из вопросов, которые у меня возникают до знакомства с этим устройством. Оптопара или оптрон или фотопара – это электронное устройство (полупроводник), которое обычно используется для изоляции сигналов, например первичная и вторичная обмотки импульсного источника питания.Его входная цепь представляет собой источник света, который обычно представляет собой светоизлучающий диод (СИД). С другой стороны, его выходная цепь представляет собой фототранзистор. Фототранзистор — это тип транзистора, который обнаруживает свет для установления рабочей точки. Если обычному BJT для работы требуется базовый ток, этому устройству требуется соответствующая интенсивность света, чтобы установить передачу тока от входа к выходу. Интенсивность света зависит от прямого тока, подаваемого на источник света (светодиод). Некоторые люди называют источник света входной цепи эмиттером, а детектором выходной цепи или фототранзистором.

: Рис. 1: На приведенном выше рисунке показана типичная схема ввода/вывода. Нижний рисунок представляет собой условное обозначение оптопары.

Во входной цепи следует учитывать прямой ток или ток светодиода, а ток коллектора в выходной цепи. Прямой ток и ток коллектора связаны друг с другом через CTR; сокращение от текущего коэффициента передачи. На самом деле на вопрос, как работает оптрон, можно ответить, ознакомившись с уравнением CTR.CTR определяется как отношение тока коллектора к прямому току ниже

: Экв. 1

(поскольку у BJT своя бета = Ic/Ib).

То же самое с BJT, опто может работать в режимах отсечки, насыщения и линейного режима. При отключении устройство просто не работает. Недостаточно тока, чтобы светодиод загорелся и установил рабочую точку. Напряжение коллектор-эмиттер будет таким же, как и уровень питания коллектора, если обратиться к приведенной выше схеме.

При работе в области насыщения ток коллектора больше не может увеличиваться, несмотря на увеличение прямого тока. За это время уравнение 1 больше не подходит для расчета тока коллектора. Ток коллектора будет зависеть только от выходной цепи. Напряжение коллектор-эмиттер будет равно напряжению насыщения прибора. При насыщении ток коллектора вышеприведенной схемы равен

VCEsat очень мал, поэтому фактором ограничения тока является только резистор коллектора Rc.

С другой стороны, в линейном режиме ток коллектора всегда будет следовать за прямым током с постоянным коэффициентом, который является CTR устройства, указанным в техническом описании. В этом режиме напряжение коллектор-эмиттер меньше напряжения питания коллектора, но выше напряжения насыщения устройства. Ток коллектора для приведенной выше схемы можно выразить как

В отличие от BJT, в котором необходимо учитывать три тока; ток базы, коллектора и эмиттера, оптопары их всего два.Это только прямой ток и ток коллектора. Прямой ток — это уровень тока, необходимый для установления достаточной интенсивности света. Чем выше прямой ток, тем интенсивнее свет и выше CTR. Однако должен быть предел. Слишком большой прямой ток, приводящий к высокой интенсивности света, сократит срок службы оптопары. Чтобы узнать больше о том, как продлить срок службы оптопары, прочитайте это.

Ток коллектора — это ток, который будет течь к коллектору и эмиттеру фототранзистора.В BJT ток эмиттера и коллектора — это разные параметры, но в оптроне они одинаковы. Это связано с отсутствием электрического соединения между базой-эмиттером и базой-коллектором. Это делает анализ простым и понятным.

Оптопара

очень полезна при переключении цепи обратной связи источника питания. Его роль заключается в обеспечении изоляции между выходом и входом, поскольку они имеют разную опорную землю. Для подробного объяснения того, как анализировать оптопару в цепи обратной связи, щелкните здесь.Оптопара также может использоваться для разделения цифрового сигнала на силовой, чтобы избежать ложного срабатывания.

Связанные

Оптопара — обзор | ScienceDirect Topics

6.

5 Управление высокоуровневыми нагрузками с помощью оптопары

Часто для управления нагрузкой с помощью оптопары требуется больший ток, напряжение или и то, и другое, чем оптрон может обеспечить на своем выходе. Доступный выходной ток оптопары находится путем умножения входного тока светодиода на CTR.Для наихудшего случая следует использовать минимальное заданное значение. Температурное ухудшение обычно не требуется в диапазоне 0–60 °C, поскольку светоотдача светодиода и транзистор β имеют приблизительно компенсирующие коэффициенты (для компонентов, аналогичных IL1). Умножение минимального CTR на 0,9 обеспечит безопасную конструкцию в этом диапазоне температур. Для более широкого диапазона потребуется больше запаса.

Ток светодиодного источника ограничен его номинальной рассеиваемой мощностью. В Таблице 6-1 показаны максимально допустимые I _F по сравнению смаксимальная температура окружающей среды. Значения в Таблице 6-1 основаны на снижении номинальной мощности на 1,33 мВт/°C по сравнению со 100 мВт при номинальной мощности 25°C.

Таблица 6-1. Максимальный прямой ток диода в зависимости от температуры для IL1 на основе коэффициента снижения номинальных характеристик 1,33 мВт/°C.


Максимальная температура (° C)	IP Максимум (мА)
40	50
60527
60532
80527
17

Воспроизведено с разрешения Infineon Technologies.)

На основе информации в Таблице 6-1 и с учетом 10 % запаса на температурные эффекты минимально доступный выходной ток для IL1 будет составлять 6,3 мА.

Если IL1 работает от логики с управляющим транзистором 5 В и предполагается насыщение управляющего транзистора 0,2 В, резистор R _IF обеспечит ток 48 мА. Прямое напряжение ИК-излучающего светодиода составляет около 75 R 1,2 В. На рис. 6-11 показаны две такие схемы возбуждения.

Рис. 6-11. Управление эмиттером от схем TTL: (a) драйвер NPN, (b) драйвер PNP

«Буферный затвор», такой как SN7440, представляет собой очень хорошую альтернативу драйверам дискретных транзисторов. На рис. 6-12 показано, как это делается. Обратите внимание, что затвор используется в режиме «токового стока», а не в режиме «токового источника». Другими словами, обычный ток течет в буферный затвор, чтобы включить светодиод, потому что затвор TTL потребляет больше тока, чем выдает. SN7440 предназначен для работы с тридцатью 1.Нагрузки 6 мА или 48 мА. Изменение R _IF с 75 Ом на 68 Ом приводит к более высокому напряжению насыщения монолитного устройства.

Рис. 6-12. Привод буферного затвора

6.5.1 Более высокий ток нагрузки

Для токов нагрузки более 6,3 мА требуется усилитель тока. На рис. 6-13 показаны две схемы однотранзисторного усилителя тока.

Рисунок 6-13. Цепи усилителя тока: (a) тип NPN, (b) тип PNP

Поскольку транзистор в оптроне рассматривается как двухполюсное устройство, между схемами NPN и PNP не существует различий в работе. R _b обеспечивает обратный путь для I _СВО выходного транзистора. Его значение равно R _b = 400 мВ/ I _CBO ( T ), где I _CBO ( T – ожидаемая температура перехода).

Для расчета необходимо использовать максимальную рассеиваемую мощность, заданное максимальное тепловое сопротивление переход-окружающая среда и максимальную расчетную температуру окружающей среды в сочетании с указанным максимальным значением I _CBO при 25 I _CBO ( T ), предполагая, что токи утечки удваиваются каждые десять градусов.

В качестве примера предположим, что 2 N3568 используется для обеспечения тока нагрузки 100 мА. Также предположим, что максимальная рассеиваемая мощность транзистора в установившемся режиме составляет 100 мВт, а максимальная температура окружающей среды составляет 60 °C. Тепловое сопротивление перехода транзистора к окружающей среде составляет 333 °C/Вт, поэтому ожидается максимальная температура перехода 93 °C (60 °C + 33 °C). Это примерно на семь десятилетий выше 25°C. Следовательно, I _CBO ( T ) = I _CBO (max) × 27 = 50 мА × 128 = 6.5 мкА. Безопасное значение для R _b составляет 400 мВ/6,5 мкА = 62 кОм.

В обратном направлении максимальный базовый ток под нагрузкой будет I _O /ч _FE (мин) = 100 мА/100 = 1 мА. Ток в R _b равен V _BE / R _b = 600 мВ/60 кОм = 10 мкА, что незначительно. IL1 с приводом 9 мА будет работать эффективно. Если нагрузка требует большего тока, чем может быть получено с самым высоким доступным транзистором β , то в каскаде необходимо использовать более одного транзистора.Например, предположим, что требуется ток нагрузки 3 А и рассеиваемая мощность 10 Вт. Motorola MJE3055 ( Q ₂) может использоваться в качестве выходного транзистора, управляемого MJE205 ( Q ₁), как показано на Рисунке 6-14. Используя теплоотвод 5°C/Вт и номинальное тепловое сопротивление переход-корпус MJE3055 1,4°C/Вт, мы получаем, что повышение температуры перехода составляет 64°C (6,4 × 10). Поэтому максимальная температура перехода составляет 124°C. Это на десять десятилетий выше 25 ° C, что делает I _CBO ( T ) = 2 ¹⁰ /cso(max) ≏ 10 ³ I _CBO max).

Рис. 6-14. Два усилителя тока NPN

I _CBO (макс.) при 30 В или менее не указаны, но I _CEO указаны при максимальном токе 0,7 мА для MJE3055. Используя значение 20 (в целях безопасности) для минимального слаботочного ч _FE устройства, I _CBO может достигать I _CEO / 20 = 35 мкА. Тогда I _CBO ( T ) равно 35 мА и R _b2 = 400 мВ/35 мА = 11 Ом.Для I _b используйте I _O / h _FE (мин. при 4 А) = 3 А/20 150 мА. I _{Rb 2} = 600 мВ/10 Ом = 60 мА, поэтому I _{E ( Q 1)} = 0,210 мА

Максимальная мощность в Q ₁ будет примерно в 1/14 мощности в Q ₂ , поскольку его ток ниже на это отношение, а два напряжения коллектор-эмиттер почти одинаковы.Это означает, что Q ₁ должен рассеивать 700 мВт. Предполагая небольшой радиатор «флагового» типа с тепловым сопротивлением 50 ^° /Вт, мы находим температуру перехода около 95°C. Температура корпуса 150°C I _CBO номинал для этого устройства составляет 2 мА, поэтому можно работать в обратном направлении и принять около 1/30 этого значения, или 70 мкА. С другой стороны, I _CBO с номиналом 25 °C составляет 100 мкА. При выборе большей из этих противоречивых характеристик R _{b 1} = 400 мВ/0.1 мА = 4 кОм ≈ 3,9 кОм. Q ₁

4 1 Базовый ток — I _{E ( Q 1)}

5/ H _{Fe ( Q 1-min)} = 210 мА / 50 = 4.2 мА. Суммарный ток равен I _{b ( Q 1)} + I _{Rb 1} = 4,2 + 0,24 = 4,5 мА. Здесь можно использовать IL1.

6.5.2 Более высокие напряжения нагрузки

Все схемы усиления тока, показанные до сих пор, имеют одну общую особенность: напряжение нагрузки ограничено номинальным напряжением оптопары, а не номинальным напряжением или мощностью транзистора(ов). .На рис. 6-15(а) показан метод преодоления этого ограничения. Эта схема будет стоять отдельно BV _CEO Q ₁ . Номинальное напряжение фототранзистора не имеет значения, поскольку его максимальное напряжение коллектор-эмиттер равно напряжению база-эмиттер Q ₁ (около 0,7 В). В отличие от конфигураций Дарлингтона, показанных ранее, эта схема работает в нормальном режиме. Когда ток в светодиоде не течет и фототранзистор выключен, R ₁ ток течет в базу Q ₁ , открывая Q ₁ .При подаче питания на оптрон его фототранзистор «закорачивает» ток R ₁, отключая Q ₁ .

Рис. 6-15. Высоковольтные усилители: (а) НПН, (б) ПНП

Величина R ₁ зависит только от напряжения питания нагрузки ( В _{cc +} – В _{2 9 0} − ) и максимальный требуемый базовый ток для Q ₁ . Это получено из минимума β Q ₁ при минимальной температуре и токе нагрузки.Требуемая способность управления током такая же, как I _{R 1} , поскольку I _{R 1} изменяется незначительно, когда цепь переходит между состояниями «включено» и «выключено».

В некоторых приложениях либо потребуется больший коэффициент усиления по току, чем может обеспечить один транзистор, либо мощность, рассеиваемая в R ₁, будет неприемлемой. В этих случаях решением является использование высоковольтных усилителей Дарлингтона (как показано на Рисунке 6-16(a)).Если задействовано более одной нагрузки и отрицательные клеммы должны быть общими, необходимо использовать схему PNP, как показано на рис. 6-16(b). В противном случае NPN лучше, потому что транзисторы стоят дешевле. Рабочие характеристики версий NPN и PNP идентичны при одинаковых параметрах устройства.

Рис. 6-16. Высоковольтные усилители Darlington: (a) NPN, (b) PNP

6.5.3 Более высокая скорость

На рис. 6-17 показана типичная схема, использующая оптопару для передачи логических сигналов между электрически изолированными частями системы.В показанной схеме оптопара должна «поглотить» ток от одной ТТЛ-нагрузки плюс подтягивающий резистор до В _CC . CTR оптопары. Если используется оптопара с минимальным CTR 0,2 и допускается изменение нагрузки на 80 %, требуется 8,1 мА. Это обеспечивается резистором 430 Ом.

Рис. 6-17. Низкоскоростной изолирующий каскад для приложений TTL.

(Воспроизведено с разрешения Infineau Technologies.)

Максимальная частота повторения, с которой будет работать эта схема, составляет всего около 8 кГц. Это серьезное ограничение полностью связано с характеристиками фототранзисторной половины оптопары. Устройство имеет большую площадь перехода база-коллектор и очень толстую область основания, что делает его чувствительным к свету. C _ob обычно составляет 25 пФ. Эта емкость в схеме на Рисунке 6-17 эффективно умножается на большой коэффициент из-за «эффекта Миллера».Кроме того, поскольку объем базовой области велик, базовое время хранения велико.

Очень простой способ уменьшить оба эффекта — добавить резистор между базой и эмиттером, как показано на рис. 6-18. Этот резистор помогает уменьшить постоянную времени из-за C _ob и удалить накопленный заряд из базовой области быстрее, чем рекомбинация. Когда используется резистор база-эмиттер, требуется увеличение мощности светодиода, поскольку большая часть фототока, генерируемого в переходе база-коллектор, преднамеренно «сбрасывается». ”

Рисунок 6-18. Высокоскоростной изолирующий каскад для TTL-приложений.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Использование этого метода обычно не приводит к большому потреблению тока источника питания, поскольку в большинстве приложений средняя частота повторения невелика. По мере увеличения привода и уменьшения R _BE время включения и выключения уменьшается. Общее количество накопленного заряда можно уменьшить, уменьшив длительность импульса управления светодиодом. Кроме того, при использовании более высоких уровней возбуждения сопротивление нагрузки R _L может быть уменьшено для дальнейшего увеличения скорости цепи.Эти параметры связаны друг с другом, поэтому для достижения наилучших результатов их следует изменять вместе. Можно сделать одно важное обобщение относительно их взаимозависимости. Длительность импульса управления светодиодом, – T _в, время спада выходного сигнала ( t _f ), время нарастания выходного сигнала ( t _r ) и задержка распространения ( t p 9052) происходят примерно в соотношении 1,5:1:1:1. Если это соотношение не возникает, схема не будет работать с такой высокой частотой повторения, как могла бы при том же уровне возбуждения.Длительность выходного импульса, T _out, равна T _in при малых токах, но растягивается при больших токах.

На рис. 6-19 показаны графики, относящиеся к важным параметрам типичного оптоизолятора, такого как IL1. Показаны оптимальные значения T _в , R _BE , и R _L в зависимости от импульсного тока светодиода, а также результирующая ширина выходного импульса и максимальная частота полного размаха. Время нарастания, спада и распространения можно прочитать как две трети от T _в .На Рисунке 6-19 показано, что увеличение возбуждения до 200 мА и использование оптимальных R _BE и R _L увеличит максимальную частоту повторения с 3 кГц до 500 кГц, то есть улучшение 167:1.

Рис. 6-19. Параметры в зависимости от импульсного тока светодиода.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Оптопары более низкого класса будут вести себя аналогично, если уровень привода светодиодов масштабируется соответствующим образом, чтобы обеспечить более низкий CTR. Другой метод увеличения скорости заключается в использовании фототранзистора в качестве фотодиода.В этом методе напряжение смещения подается между коллектором и базой, а эмиттер не используется. Таким образом возможна работа на частотах не менее 1,0 МГц, но необходимо внешнее усиление. Рисунок 6-20 представляет собой график зависимости пикового выходного тока от длительности управляющего импульса для пикового тока возбуждения 200 мА.

Рисунок 6-20. Выходной ток в режиме диода в зависимости от длительности управляющего импульса.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Поскольку выходной ток мал, для управления ТТЛ-нагрузками необходимо использовать какой-либо широкополосный усилитель. Одним из простых решений для работы на средней скорости является использование МОП-инвертора (1/6 74HC04), как показано на Рисунке 6-21(a). Другим устройством, обеспечивающим хороший интерфейс, является встроенный усилитель-компаратор, как показано на рисунке 6-21 (b).

Рисунок 6-21. Схемы для работы на промежуточной скорости: (a) использование МОП-инвертора, (b) компаратор на основе

Использование оптронов

Изучив этот раздел, вы должны уметь:
Описать основные области применения оптронов:
Понимание конструкции оптронных цепей
• Использование коэффициента передачи тока (CTR) .
• Расчет значений компонентов для оптронов.
Понимание требований для типового применения оптрона.
• Переключение уровней.
• Изоляция входа/выхода.
• Управление сильноточными нагрузками.
• Защита от обратной ЭДС.

Существует множество различных применений цепей оптопары, поэтому существует множество различных требований к конструкции, но базовая конструкция оптопары, обеспечивающая изоляцию, например, между двумя цепями, просто включает выбор соответствующих номиналов резисторов для двух резисторов R1 и R2, показанных на рис. Инжир.5.2.1.

В этом примере показана оптопара PC817, развязывающая цепь с использованием логики HCT через вентиль инвертора Шмитта 7414. Инвертор Шмитта на выходе выполняет несколько функций; он обеспечивает соответствие выходного напряжения спецификациям HCT по току и напряжению, а также обеспечивает очень быстрое время нарастания и спада для выходного сигнала и корректирует инверсию сигнала, вызванную работой фототранзистора в режиме с общим эмиттером. Каждое семейство логики (например, типы LSTTL или CMOS) может иметь разные уровни логического напряжения и разные требования к входному и выходному току, а оптопары могут обеспечить удобный способ сопряжения двух схем с разными логическими уровнями. Что необходимо, так это убедиться, что R1 создает соответствующий уровень тока от входной цепи для правильного управления светодиодной стороной оптопары, и что R2 создает соответствующие уровни напряжения и тока для питания выходной цепи через инвертор.

Рис. 5.2.1 Простой интерфейс оптрона для HCT

Проектирование оптронных интерфейсов

Основная цель оптопарного интерфейса — полностью изолировать входную цепь от выходной, что обычно означает наличие двух полностью отдельных источников питания: одного для входной цепи и одного для выхода.В этом простом примере входные и выходные источники, скорее всего, будут одинаковыми по напряжению и току, поэтому интерфейс просто обеспечивает изоляцию без какого-либо существенного изменения уровней напряжения или тока.

При выборе соответствующих значений для R1 значение для токоограничивающего резистора устанавливается для получения правильного прямого тока (I _F ) через инфракрасный светодиод в оптопаре. R2 — это нагрузочный резистор для фототранзистора, и значения обоих резисторов будут зависеть от ряда факторов.

Коэффициент передачи тока

Ток в каждой половине цепи связан коэффициентом передачи тока или CTR, который представляет собой просто отношение выходного тока к входному току (I _C / I _F), обычно выражаемое в процентах. Каждый тип оптопары будет иметь диапазон значений CTR, указанный в паспорте производителя. Значение CTR также зависит от ряда факторов, в первую очередь от типа оптопары, простые типы могут иметь значение CTR от 20% до 100%, в то время как специальные типы, такие как те, которые используют конфигурацию транзистора Дарлингтона для их выходной фототранзистор может иметь значения CTR в несколько сотен процентов.Также CTR любого конкретного устройства может значительно отличаться от типичного значения этого устройства на +/- 30%. Производители обычно указывают диапазон значений CTR для различных выходных напряжений коллектора фототранзистора (V _C) и различных температур окружающей среды (T _A). возраст (более 1000 часов работы). Поскольку можно ожидать, что CTR оптопары со временем уменьшится, обычной практикой является выбор значения для I _F несколько ниже максимального, чтобы предполагаемые характеристики все еще могли быть достигнуты в течение предполагаемого срока службы схемы.

Хотя в этом примере описывается конструкция простого интерфейса, соединяющего две логические схемы HCT, разница между результатами, полученными здесь, и результатами, необходимыми для любой другой оптронной пары, заключается в том, что аналогичные расчеты могут быть выполнены только с использованием данных, соответствующих другим напряжениям и токам и другим оптронам. .

Расчет значений резистора оптопары

Рис. 5.2.2 CTR в зависимости от прямого тока для PC817

Процесс проектирования начинается с указания входных и выходных условий, с которыми должна быть связана оптопара.Типичные оптопары могут обрабатывать входные и выходные токи от нескольких микроампер до десятков миллиампер. На рынке представлено множество оптронов, и чтобы найти наиболее подходящий для конкретной цели, следует изучить каталоги поставщиков и технические описания производителей.

Однако в этом случае популярная оптопара PC817 от Sharp будет использовать напряжения и токи, доступные в логике HCT. Если предположить, что один выход HCT питает только эту оптопару, напряжение логической 1 равно примерно 4.можно предположить 9В.

Выходной ток затвора HCT для управления входом оптопары ограничен значением 4 мА, что достаточно мало для управления оптопарой. Затем PC817 должен быть способен выдавать необходимый выходной сигнал при таком низком входном токе.

График на рис. 5.2.2 показывает, что CTR для PC817 с прямым (входным) током I _F 4 мА будет примерно от 80 до 150 %, допуская ±30 % для всех переменных, упомянутых выше). В идеале оптопара в этом случае должна вести себя так, как будто она невидима, то есть вентиль HCT, подключенный к выходу оптрона, должен видеть доступный ток до 4 мА, как если бы он был подключен к выходу другого вентиля HCT. Следовательно, выходной ток PC817 также должен быть в идеале около 4 мА, а прямой ток (I _F) управляет входным светодиодом при 4 мА (при условии 100% CTR).

Найдя приблизительную цифру для CTR, из которой следует, что входные и выходные условия должны быть одинаковыми, при 4 мА, следующая задача – рассчитать значения R1 и R2.

Используя данные в Таблице 5.2.1 и предполагая минимальное входное напряжение от 4,9 до 5 В на выходе затвора HCT, можно рассчитать подходящее значение сопротивления для R1 на рис.5.2.3.

Рис. 5.2.3 Оптопара HCT-HCT

Прямое напряжение на инфракрасном светодиоде при прямом токе всего 4 мА должно составлять около 1,2 В

5 В — 1,2 В = 3,8 В для развития через R1

Следовательно, R1 = 3,8 В÷4 мА = 950 Ом

Использование следующего более высокого предпочтительного значения резистора R1 = 1 кОм

График CTR по сравнению с I _F на рис. 5.2.2 показывает, что в идеале CTR для PC817 будет около 115 % при прямом токе 4 мА, что предполагает, что выходной ток оптопары должен быть около 4 мА x 115 % = 4. 6 мА

Чтобы насытить фототранзистор и получить логический 0 (менее 0,2 В) на выходе, R2 должен развивать напряжение от 4,9 до 5 В при прохождении тока 4,6 мА (при условии, что значение CTR равно 115%).

Таким образом,

R2 должно быть не менее 5 В÷4,6 мА = 1087 Ом или R2 = 1,2 кОм (следующее предпочтительное значение).

Рис. 5.2.4a Выход с R2 = 1,2 кОм

Если используется значение выше 1,2 кОм, увеличение этого значения на несколько кОм может обеспечить максимальный размах напряжения на выходе, однако увеличение этого значения снижает скорость, с которой оптопара может реагировать на быстрые изменения напряжения из-за сочетание высокоомной нагрузки и большой емкости перехода фототранзистора, что приводит к закруглению формы выходного сигнала, что видно из сравнения форм сигналов на рис.5.2.4 а и б.

Оба показанных сигнала были получены с одним и тем же входом, прямоугольным сигналом с частотой 2 кГц, но с двумя разными значениями R2, 1,2 кОм на рис. 5.2.4a и 10 кОм на рис. 5.2.4b.

Влияние округления на время нарастания импульсов хорошо видно на рис. 5.2.4b. Также на более высоких частотах заметно снижается амплитуда выходного сигнала. Поэтому для лучшей производительности значение R2 должно быть как можно меньше, но выше 1 кОм.

Рис.5.2.4b Выход с R2 = 10 кОм

Работа схемы оптрона, показывающая результат использования расчетных значений, показана на рис. 5.2.4. Обратите также внимание на эффект использования инвертора Шмитта 74HCT14 на выходе; Любое округление прямоугольных импульсов исключается, и хотя выходное напряжение оптопары падает только до 0,18 В, когда фототранзистор насыщается, выходное напряжение вентиля Шмитта фактически изменяется между +5 В и 0 В.

Добавление инвертора Шмитта также повторно инвертирует выходной сигнал, который был инвертированной версией входного сигнала на коллекторе фототранзистора.

Конечно, у оптопары есть более полезные применения, чем просто изоляция одной логической ИС от другой. Распространенной проблемой является управление нагрузкой с выходного порта компьютера. Компьютеры дороги и легко выходят из строя из-за ошибок, допущенных при подключении их к внешним схемам. Проблема уменьшается, если внешняя цепь полностью изолирована от компьютера, а оптопара, такая как PC817, является дешевым и эффективным (при условии отсутствия серьезных ошибок пользователя) решением.

Рис. 5.2.5 Цепь привода двигателя PC817

Цепь привода двигателя PC817

Рис. 5.2.6 иллюстрирует типичный пример, когда требуется управлять двигателем постоянного тока 12 В, требующим 40 мА тока от логической схемы (или типичного компьютерного порта), которая может поддерживать ток всего в несколько мА при 5 В или меньше.

Поскольку ток, доступный от типичных портов ввода/вывода компьютера, может составлять всего несколько мкА, поскольку линии компьютерного порта обычно предназначены для управления некоторым типом логического входа, вход в эту схему управления двигателем осуществляется через вентиль инвертора Шмитта HCT, который требуется только входной ток 1 мкА, а двигатель 12 В 40 мА управляется транзистором 2N3904. Инфракрасный светодиод оптопары управляется током около 4 мА через резистор 1 кОм с выхода IC1. Поскольку CTR PC817 составляет около 115%, фототранзистор может подавать около 9 мА, так как питание на выходе фототранзистора теперь берется от 12-вольтового источника питания двигателя. Это больше, чем минимум 5 мА, необходимый для насыщения 2N3904. Важно, чтобы транзистор был полностью насыщен, чтобы свести рассеиваемую мощность в 2N3904 к минимуму, поэтому, хотя ток транзистора (I _CE) составляет 40 мА, его будет всего около 0.3 В на насыщенном транзисторе, поэтому рассеиваемая мощность на транзисторе будет 0,3 В x 40 мА = 12 мВт, а максимальное рассеивание для 2N3904 составляет 1,5 Вт. Хотя этот базовый интерфейс позволяет только включать и выключать двигатель, его можно легко адаптировать, изменив IC1, включив в него управление скоростью с широтно-импульсной модуляцией либо с компьютера, либо с помощью аппаратного обеспечения, как описано в модуле Генераторы 4.6.

Этот простой интерфейс имеет еще одну функцию безопасности; Диод D1, подключенный к двигателю, эффективно предотвращает любые неприятные выбросы обратной ЭДС, создаваемые индуктивной нагрузкой (двигателем), которые могут повредить интерфейс.

Видео схемы привода двигателя

К началу страницы

Преимущества и недостатки оптопары (оптоизолятора)

Оптопара (оптоэлектронный соединитель/оптоизолятор) представляет собой интерфейс между двумя цепями, которые работают (обычно) при разных уровнях напряжения. В оптроне единственным контактом между входом и выходом является луч света. Несмотря на то, что оптопары имеют много преимуществ, у них есть и недостатки.Давайте проверим их один за другим.

Преимущества оптопары

Ниже приведены преимущества оптопары:

Основным преимуществом оптопары является гальваническая развязка между входной и выходной цепями.
Оптопара может использоваться в любой ситуации, когда сигнал должен передаваться между двумя цепями, изолированными друг от друга.
Сопротивление изоляции между двумя цепями может составлять тысячи МОм.
Полезен в приложениях с высоким напряжением, когда потенциалы двух цепей могут различаться на несколько тысяч вольт.
В промышленности оптопары (или изоляторы с оптической связью) чаще всего используются в качестве преобразователя сигналов между высоковольтными устройствами Пито (конечными выключателями и т. д.) и низковольтными полупроводниковыми логическими схемами.
Полная гальваническая развязка между двумя цепями часто необходима для предотвращения передачи шума, создаваемого в одной цепи, в другую цепь.Это особенно необходимо для связи между высоковольтными схемами сбора информации и низковольтными цифровыми логическими схемами.
Оптрон устраняет необходимость в контакте с релейным управлением или в разделительном трансформаторе, которые являются традиционными методами обеспечения гальванической развязки между цепями.
Оптопара хорошо работает с высоковольтными сигналами переменного или постоянного тока.
Он также используется в ряде сенсорных приложений для определения присутствия физических объектов.
Срок службы оптронов может превышать несколько десятков лет.
Очень хороший отклик на низких частотах. Это работает очень быстро.
Отсутствие дребезга контактов, отсутствие помех, вызванных дугой, износ схемы.
Компактный и легкий.
Это дешево. (Проверьте цену на Amazon)
Потребляет меньше энергии.
Имеет высокую частоту переключений благодаря короткому времени включения и выключения.

Недостатки оптопары

Ниже приведены недостатки оптопары:

Для работы оптопары требуется внешнее напряжение смещения.
Плохая характеристика высоких частот.
Оптопара не способна работать с большим током.
Оптопары, использующие фототранзисторы, не имеют такой хорошей линейной зависимости между изменениями входного и выходного светового тока, как типы фотодиодов

Если вы хотите узнать больше об электронных устройствах, вы можете проверить и купить эту замечательную книгу:

Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка. — schip.com.ua

Проверка оптопары

Похожие статьи по теме:

PC817 эксперименты с оптопарой

Оптрон PC817 в режиме тиристора или самая простая схема проверки.

Генератор на оптроне. На примере PC817.

Кому лень читать

Еще более простой способ проверки оптрона PC817

Разгоняем оптрон до сотни / Хабр

Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка. Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка 817 оптопара напряжение на входе

Проверка оптопары

ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

Проверка оптрона

Не только оптопары: понятие цифровых изоляторов

Связанная информация

Что такое оптопара?

Недостатки оптопар на практике

Радиочастотный подход

Магнитная изоляция

Заключение

Теги

Виды и УГО оптрона

Связь Виды и УГО оптрона

Читайте также

Принцип линейного оптопары и схемотехника [HCNR200, HCNR201]

Как это работает и многое другое

Что такое оптопары? Определение, конструкция и работа оптопары

Конструкция оптопары

Работа оптопары

Типы оптронов

Преимущества

Недостатки

Приложения

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Как работает оптопара | ЭлектроникаBeliever

Оптопара — обзор | ScienceDirect Topics

6.

6.5.1 Более высокий ток нагрузки

6.5.2 Более высокие напряжения нагрузки

6.5.3 Более высокая скорость

Использование оптронов

Рис. 5.2.1 Простой интерфейс оптрона для HCT

Проектирование оптронных интерфейсов

Коэффициент передачи тока

Расчет значений резистора оптопары

Рис. 5.2.2 CTR в зависимости от прямого тока для PC817

Рис. 5.2.3 Оптопара HCT-HCT

Рис. 5.2.4a Выход с R2 = 1,2 кОм

Рис.5.2.4b Выход с R2 = 10 кОм

Рис. 5.2.5 Цепь привода двигателя PC817

Цепь привода двигателя PC817

Преимущества и недостатки оптопары (оптоизолятора)

Преимущества оптопары

Недостатки оптопары

Продолжить чтение

alexxlab

Вам также может понравиться

Антенна lte своими руками: чертежи, характеристики и порядок изготовления

Энергосбыт кодинск: Энергосбыт в Кодинске — адреса, телефоны, отзывы

Нуль и ноль в чем разница: Ноль или нуль — как правильно писать?

Добавить комментарий Отменить ответ