Транзисторные оптопары: ТРАНЗИСТОРНЫЕ ОПТОПАРЫ ИМПОРТНЫЕ

Транзисторные оптопары | Техника и Программы

по сравнению с диодными, за счет внутреннего усиления обладают большей чувствительностью

Рис. 4. Расположение выводов и внутренняя структура транзисторных оптопар

(необходим меньший управляющий ток). У них допустим и больший выходной ток, что позволяет во многих случаях при передаче сигналов обойгись без дополнительных последующих каскадов усиления, чго удобно. Видимо, поэтому транзисторные оптопары чаще всего применяются в радиоаппаратуре.

Рис. 4. Продолжение

Несмотря на то, что инерционность транзисторных оптопар выше, чем у диодных, для многих применений она оказывается вполне допустимой. А для повышения быстродействия таких компонентов разработчики придумали простой способ, реализованный при изготовлении некоторых оптопар. Он заключается в объединении в одном корпусе фотодиода и обычного транзистора, как это показано для оптопар 6N135, 6N136 (рис. 4). Фактически получается диодная оптопара с однотранзисторным внутренним усилителем. Такие компоненты применяютдля скоростной (до 1 Мбит/с) передачи цифровых сигналов.

Коллекторным током оптотранзистора можно управлять не только оптически (током через ИК-диод), но и электрическим сигналом по базовой цепи (если такой вывод имеется). При этом выходная цепь может работать в линейном или ключевом режиме. Схемы включения транзистора обычно применяются с общим эмиттером или общим коллектором.

Транзисторы, входящие в оптроны, бывают низковольтными, допускающими напряжение эмиттер-коллектор до 30 В (в полно-

Таблица 6. Основные параметры распространенных транзисторных оптопар

Продолжение табл. 6

Окончание табл. 6

Примечание к таблице

1.         Следуетучитывать, что в таблице указана типовая величина времени переключения иунекоторыхзкземпляров значение можетбыть выше в 3…5 раз.

2.         В таблице для Ki (CTR) указана минимальная допустимая величина и для многихприборов значение можетбыть большевЗ… Юраза.

стью открытом состоянии на них будет 0,25…0,5 В), и высоковольтные, способные работать с 11кэ > 80 В (в полностью открытом состоянии у них будет падение напряжение от 1 до 7 В, в зависимости оттипа). Чем больше максимально допустимое напряжение, на которое рассчитан прибор, тем больше и остаточное напряжение при насыщении.

В табл. 6 приведена справочная информация только по оптро- нам, которые выпускаются в популярныхпластмассовых DIP-корпу- cax (иногда эти корпуса называют PDiP). В таблицах применяются обозначения:

UcE — напряжение коллектор-эмиттер, В;

TonAoF — время включения и выключения (типовое), характеризует быстродействие элементов.

Наиболее популярны среди производителей электронных устройств оптопары серий 4Nxx, 6Nxxx, PC8xx, SFH6xx, HCPL-xxxx и др. Особенности и возможные варианты эквивалентной замены транзисторных оптронов разных производителей указаны в табл. 7. Обратная замена не всегда возможна, так какуказанные эквиваленты были разработаны позже и часто имеют лучшие характеристики.

Таблица 7. Варианты замены транзисторных оптронов

Продолжениетабл. 7

Окончание табл. 7

Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.

Отечественные оптопары. Справочник.

Оптроны | Основы электроакустики

Оптрон – это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. В источнике излучения электрические сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприемник и создают в нем снова электрические сигналы. Оптрон с одним излучателем и приемником называется оптопарой. Микросхема, состоящая из одной или нескольких с дополнительными согласующими и усилительными устройствами, называется оптоэлектронной интегральной микросхемой. На входе и выходе оптрона всегда имеются электрические сигналы, а связь входа с выходом осуществляется световыми сигналами. Цепь излучателя является управляющей, а цепь приемника – управляемой. Конструктивно в оптронах излучатель и приемник излучения помещены в один корпус и связаны оптическим каналом.

Все достоинства и недостатки оптоэлектронных приборов относятся и к оптронам. Самое главное назначение оптронов – передача сигналов с помощью светового потока и гальваническая развязка электрических цепей.

Рассмотрим различные типы оптронов, отличающиеся друг от друга фотоприемниками.

         Резистивные оптопары имеют в качестве излучателя светодиод, дающий видимое или инфракрасное излучение. Приемником излучения является фоторезистор, который может работать как на постоянном, так и на переменном токе.

         На рис.6.15 схематически изображена резисторная оптопара, у которой выходная цепь питается от источника постоянного или переменного напряжения Е и имеет нагрузку Rн. Напряжение UУПР, подаваемое на светодиод, управляет током в нагрузке. Цепь управления изолирована от фоторезистора, который может быть включен в цепь относительно высокого напряжения.

Рис.6.15. Схема включения резисторной оптопары 

В качестве параметров резисторных оптопар обычно указываются максимальные токи и напряжения на входе и выходе, выходное сопротивление при нормальной работы и темновое сопротивление, сопротивление изоляции и максимальное напряжение изоляции между входом и выходом, проходная емкость, время включения и выключения, характеризующее инерционность прибора. Важнейшая характеристика оптопары – входная вольт-амперная и передаточная. Последняя показывает зависимость выходного сопротивления от входного тока.

В качестве примера резисторного оптрона можно привести оптрон VTL5C3 для аудиоприложений производства фирмы Vactec, имеющий характеристики: диапазон изменения сопротивления- 1.5кОм – 10МОм, максимальный ток светодиода – 40мА, напряжение изоляции – 2.5кВ.

Рис.6.16. Резисторный оптрон VTL5C3 

Резисторные оптроны применяются для схем автоматического регулирования усиления, связи между каскадами, управления бесконтактными делителями напряжения, модуляции сигналов, формирования различных сигналов и т.д.

Диодные оптопары (рис.6.17, а) имеют обычно кремниевый фотодиод и инфракрасный арсенидо-галлиевый светодиод. Фотодиод может работать в фотогенераторном режиме, создавая фото-ЭДС до 0.8 В, или в фотодиодном режиме. Многоканальные диодные оптопары имеют в одном корпусе несколько оптопар.

Рис.6.17. Различные виды оптопар 

Основные параметры диодных оптопар – входные и выходные напряжения и токи для непрерывного и импульсного режима, коэффициент передачи тока, время нарастания и спада выходного сигнала. Свойства диодных оптопар отображаются входными и выходными вольт-амперными характеристиками и передаточными характеристиками для фотогенераторного и фотодиодного режима.

Применение диодных оптопар весьма разнообразно. Например, на основе диодных оптопар создаются импульсные трансформаторы, не имеющие обмоток. Оптопары используются для передачи информации между компьютерами, для управления работой различных микросхем. Разновидностью диодных оптопар являются оптопары, в которых фотоприемником служит фотоварикап (рис.6.17, б).

Транзисторные оптопары (рис.6.17, в) имеют в качестве приемника биполярный кремниевый транзистор типа n-p-n. Основные параметры входной цепи таких оптопар аналогичны параметрам диодных оптопар. Дополнительно указываются максимальные токи, напряжения и мощность, относящиеся к выходной цепи, темновой ток фототранзистора время включения и выключения, параметры, характеризующие изоляцию входной цепи от выходной. Оптопары этого типа работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутационных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, качестве реле и многих других случаях.

Для повышения чувствительности в оптопаре может быть использован составной транзистор (рис.6.17, г) или фотодиод с транзистором (рис.6.17, д). Оптопары с составным транзистором обладают наибольшим коэффициентом передачи тока, но наименьшим быстродействием, а наибольшее быстродействие характерно для диодно-транзисторных оптопар.

В качестве примера можно привести четырехканальный транзиторный оптрон PC847 производства фирмы Sharp (рис.6.18), имеющий характеристики: напряжение изоляции 5000В, коэффициент передачи 50/600%, максимальный входной ток 50мА, максимальное напряжение коллектор – эмиттер 35В, максимальный ток коллектора 50мА, время включения/выключения 4мкс.

Рис.6.18. Счетверенный транзисторный оптрон РС847 

Тиристорные оптопары имеют в качестве фотоприемника кремниевый фототиристор (рис.6.17, е) и применяются в ключевых режимах. Основная область использования – схемы для формирования мощных импульсов, управления мощными тиристорами, управления и коммутации различных устройств с мощными нагрузками. Параметры тиристорных оптопар – входные и выходные токи и напряжения, соответствующие включению, рабочему режиму и максимальным допустимым режимам, а также время включения и выключения, параметры изоляции между входной и выходной цепями.

В качестве фотоприемника часто используются симметричные тиристоры – симисторы или триаки. В качестве примера приведен фотосимистор IL 420, выпускаемый фирмой Infineon (рис.6.19), имеющий параметры: напряжение изоляции 4.4кВт, входной ток 60мА, ток удержания тиристора 2мА, максимальное выходное напряжение 600В.

Рис.6.19. Фотосимистор IL 420

Оптоэлектронные интегральные микросхемы (ОЭ ИМС) имеют оптическую связь между отдельными узлами и компонентами. В этих микросхемах, изготовленных на основе диодных, транзисторных или тиристорных оптопар, кроме излучателей и фотоприемников, содержатся еще и устройства для обработки сигналов, полученных от фотоприемника.

Различные ОЭ ЭМС используются главным образом в качестве переключателей логических и аналоговых сигналов, реле и схем индикации.

В качестве примера приведем оптоэлектронную интегральную микросхему HSPL2400 фирмы AgilentTechnologies, включающую в себя фотодиодную оптопару, компаратор и формирователь уровня напряжения для логических микросхем ТТЛ.

Рис.6.20. Оптоэлектронная интегральная микросхема HSPL2400

ИС SMD PC354 транзисторные оптопары выхода пара DC вход SOP-4

описание продукта

Оптический соединитель (оптический соединитель, сокращенно OC на английском языке) также известен как оптоизолятор или оптопара для короткого замыкания. Оптические муфты используют свет в качестве среды для передачи электрических сигналов. Он оказывает хорошее изолирующее воздействие на входные и выходные электрические сигналы, поэтому широко используется в различных цепях. В настоящее время он стал одним из самых разнообразных и универсальных оптоэлектронных устройств. Оптический соединитель обычно состоит из трех частей: Излучения света, приема света и усиления сигнала. Входной электрический сигнал приводит в действие светодиод (LED) для излучения света определенной длины волны, который принимается фотодетектором для создания фотоюрренда, а затем выводится после дальнейшего усиления. Оптический изолятор представляет собой пассивное оптическое устройство, которое позволяет пропускать только однонаправленный свет. Его принцип работы основан на невзаимности ротации Фарадея. Свет, отраженный эхо-сигналом оптического волокна, может быть хорошо изолирован оптическим изолятором. Оптические изоляторы в основном используют эффект Фарадея магнито-оптических кристаллов. Характеристики оптического изолятора: Низкие потери при вставке вперед, высокая обратная изоляция и высокие потери при возврате. Оптический изолятор представляет собой пассивное устройство, которое позволяет свету проходить в одном направлении, но не позволяет ему проходить в противоположном направлении. Его функция заключается в ограничении направления света, чтобы свет мог передаваться только в одном направлении. Свет, отраженный эхо оптического волокна, может быть отражен оптическим изолятором. Хорошая изоляция, повышение эффективности передачи световых волн.
 

параметры продукта

1.Схема контактов:

2. Максимальные абсолютные значения (TA = 25°C, если не указано иное.):

3.Электра-оптические характеристики :

Функции

• 4-контактный мини-плоский корпус
• пакет пресс-формы с двойной передачей (идеально подходит для пайки потоком)
• высокое напряжение коллектора-эмиттера (VCEO: 80 в)
• коэффициент передачи тока (CTR): МИН. 50% при IF=5 мА, VCE=5 В.
• высокое напряжение изоляции между входом и выходом (Viso(RMS) : 3,75 кВ)
• соответствие требованиям директивы RoHS и директивы Lead-free
 

Области применения

• ОА-оборудование  
• аудиовизуальное оборудование  
• Бытовая техника
• Телекоммуникационное оборудование (терминал)  
• измерительные приборы
• инструментальные машины  
• компьютеры  
 

Подробные фотографии

Наши преимущества

почему мы выбираем:
преимущество:
1. Диапазон производства
Yangjiang RUIXIAO Enterprise Co,.Ltd, крупная компания в области электроники , которая имеет широкий ассортимент продукции,
Например, IC, резистор , конденсатор , mosfet , диоды, модуль , LED, реле, lcd. плата pcb . и так. Марка включает: SHARP, POWER, , NXP, NS, ON (ВКЛ.), ST (ST), IR (IR), VISHAY (VISHAY) FAIRCHILD, MICROCHIP, ATMEL, EVERYLIGHT все виды электронных компонентов, которые вам нужны, можно найти здесь .

2.Производственная мастерская

3.область применения
Продукт широко используется в управлении автомобильной промышленности, новой энергии Промышленность, Аудио, Бытовая техника оборудование, Коммуникация industry.it может удовлетворить разнообразные потребности клиентов

4.service:
С девизом компании «сначала пользователь, сначала клиент» , гарантией качества, экономической ценой ,  FAST срок поставки — это наша единственная вера. Мы постараемся сделать каждого клиента максимально  гибким и эффективным обслуживанием. Мы искренне надеемся, что мы сможем совместно с клиентом совместно работать над общей разработкой и сотрудничеством, чтобы добиться взаимовыгодного сотрудничества.

Упаковка и доставка

5.Логистика:
мы можем отправить товар в страну клиента напрямую международной логистикой, независимо от того, отправляем ли он по воздуху или по морю.  
мы постараемся сделать посылку более удобной для клиента.
(Отмечено:не несет никакой платы и налога на стоимость перевозки.)

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

В ходе проектирования электронного устройства, в котором подразумевается работа полевого транзистора в ключевом режиме, всегда необходимо правильно организовать адекватное управление данным ключом. Понятно, что затвор транзистора должен с определенной периодичностью, в определенные моменты времени, заряжаться и разряжаться.

За периодичность и моменты коммутации отвечает специальная часть схемы устройства, называемая контроллером. За скорость и качество переключения отвечает в свою очередь другая часть схемы — драйвер — он заряжает и разряжает затвор по сигналу получаемому от контроллера. Но как контроллер связывается с драйвером? Всегда ли уместно прямое соединение контроллера и драйвера? Не всегда!

Что если контроллер «сидит» на минусовой шине, а ключ должен (по условию разработки) находиться в изолированной части устройства, да еще и работать в цепи с достаточно высоким напряжением? Кто-то предложит использовать трансформатор управления затвором.

Дело в том, что трансформатор управления затвором подходит далеко не всегда, особенно если требуется получить исключительно правильную форму управляющего импульса на затворе полевого транзистора, тем более если затвор «тяжелый», то есть обладает емкостью в несколько нанофарад.

В лучшем случае к развязывающему трансформатору можно прибегнуть в составе изолированного блока питания драйвера ключа. Но опять же, как передать сигнал драйверу? Вот здесь как нельзя кстати и подойдет оптопара, например 6n137.

Типичная оптопара представляет собой микросхему, внутри которой с одной стороны находится светодиод, а с другой стороны — фототранзистор.

Когда через светодиод внутри оптопары проходит номинальный ток, фототранзистор, расположенный на некотором расстоянии от светодиода, на другой стороне внутри корпуса микросхемы (оптопары), реагирует на свет от светодиода так, словно на его базу подали управляющий сигнал.

Но прямого контакта при этом нет, энергия на «базу» фототранзистора передается фотонами света, не несущими электрического заряда. Поэтому «вход» и «выход» оптопары гальванически развязаны друг от друга, и напряжение изоляции здесь достигает нескольких киловольт. Именно поэтому для управления полевыми транзисторами часто прибегают к использованию оптопар.

Для примера давайте рассмотрим схему управления силовым полевым MOSFET транзистором STW48NM60N с использованием оптопары 6n137M, а в качестве драйвера применим микросхему UCC37321P. В итоге получим возможность управлять данным силовым ключом с помощью сигнала с амплитудой в 5 вольт и с током не более 10 мА.

Допустим, что силовая часть с ключом, драйвер и оптопара получают питание от изолированного блока питания, а контроллер питается отдельно. Главное здесь то, что вход оптопары гальванически изолирован от ее выхода и от цепей питания, а сопротивление изоляции «вход-выход» у оптопары гарантированно составляет как минимум 1000 гигаом.

На приведенной схеме изображен наш пример (для увеличенич нажмите на рисунок). Батареями показаны изолированные источники питания оптопары, драйвера и силовой части. На входе оптопары последовательно установлен резистор на 320 Ом, ограничивающий ток через внутренний светодиод оптопары значением в 10 мА (согласно даташиту на оптопару, падение напряжения на ее внутреннем светодиоде составляет 1,8 В при 10 мА). Источник управляющего сигнала имеет амплитуду 5 вольт относительно уровня нуля («земли»).

Выходная часть оптопары имеет управляющий вход включения — вывод 7, который сразу присоединен к источнику питания оптопары, чтобы она могла работать. Вывод 6 оптопары — это открытый коллектор фототранзистора, в цепь которого включен резистор номиналом 350 Ом.

Схема управления транзистором через оптопару работает так. Когда на входе оптопары положительный сигнал (напряжение высокого уровня), внутренний светодиод излучает свет; фототранзистор на ее выходе переходит в проводящее состояние, и подтягивает резистор 350 Ом к минусовой шине.

Падение напряжения на фототранзисторе (напряжение на 6 выводе оптопары) при этом становится 0,8 вольт. Данное напряжение в 0,8 вольт воспринимается входом драйвера (2 ножка драйвера) как напряжение низкого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение высокого уровня, которое оказывается в этот момент приложено к затвору транзистора (через токоограничительный резистор 1,5 Ом), и приводит к его отпиранию.

3 вывод драйвера — это вывод его «включения», он сразу присоединен к шине питания драйвера, чтобы драйвер мог работать.

Когда же на входе оптопары отрицательный сигнал (напряжение низкого уровня), внутренний светодиод не излучает свет, фототранзистор на выходе оптопары переходит в запертое состояние, и через резистор 350 Ом питание подается от источника питания оптопары — на 2 ножку драйвера как напряжение высокого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение низкого уровня, что приводит к разрядке затвора силового транзистора и к его запиранию.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Что такое оптрон и как он работает

Меган Танг

Оптопара (также называемая оптоизолятором) представляет собой полупроводниковое устройство, позволяющее передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями. В оптроне используются две части: светодиод, излучающий инфракрасный свет, и светочувствительное устройство, улавливающее свет от светодиода. Обе части заключены в черный ящик с контактами для подключения. Входная схема принимает входящий сигнал, независимо от того, является ли он переменным или постоянным, и использует этот сигнал для включения светодиода.

Фотодатчик — это выходная схема, которая улавливает свет, и в зависимости от типа выходной схемы выходной сигнал будет переменного или постоянного тока. Ток сначала подается на оптопару, заставляя светодиод излучать инфракрасный свет, пропорциональный току, проходящему через устройство. Когда свет попадает на фотодатчик, по нему проходит ток, и он включается. Когда ток, протекающий через светодиод, прерывается, ИК-луч отключается, в результате чего фотодатчик перестает проводить ток.

Существует четыре конфигурации оптопар, разница заключается в используемом светочувствительном устройстве.Фототранзистор и фото-Дарлингтон обычно используются в цепях постоянного тока, а фото-тиристор и фото-триак используются для управления цепями переменного тока. В фототранзисторной оптроне транзистор может быть PNP или NPN. Транзистор Дарлингтона представляет собой пару из двух транзисторов, где один транзистор управляет базой другого транзистора. Транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления.

Термины «оптопара» и «оптоизолятор» часто используются взаимозаменяемо, но между ними есть небольшая разница.Отличительным фактором является ожидаемая разница напряжений между входом и выходом. Оптопара используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями с сохранением гальванической развязки при напряжении до 5000 вольт. Оптоизолятор используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями, где разность потенциалов превышает 5000 вольт.

Оптопара может эффективно:

• Удалять электрические помехи из сигналов
• Изолировать низковольтные устройства от высоковольтных цепей.Устройство способно избежать перебоев в работе из-за скачков напряжения (например, из-за радиочастотных передач, ударов молнии и скачков напряжения в сети)
• Разрешить использование слабых цифровых сигналов для управления большими переменными напряжениями

Меган Танг проходит летнюю стажировку в Jameco Electronics , учится в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: Electronics-Tutorials и Autodesk.

Оптопара с входом переменного тока | Оптопары/изоляторы

		ССОП-4	80	50	600	50		от -55 до +110	3750	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		ССОП-4	80	50	600	50		от -55 до +110	3750	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		4-контактный LSOP, мини-плоский	80	50	600	60	150	от -55 до +110	5000	UL, cUL, VDE, BSI, FIMKO, CQC
		СОП-16	70	80	300	60	150	от -40 до +100	3750	UL, VDE, FIMKO, BSI, CQC
		СОП-4	70	80	300	60	150	от -40 до +100	3750	UL, VDE, FIMKO, BSI, CQC
		Миниплоский SOP-4L	70	80	300	60	150	от -55 до +100	5000	UL, CSA, VDE, BSI
		ДИП-16	70	20	300	60	150	от -55 до +100	4420	UL, VDE, ФИМКО
		ДИП-4	70	20	300	60		— 55 до + 100	5300	UL, CSA, VDE, VDE, FIMKO
		СОП-4	70	50	300	50	150	— 55 до + 100	3750	UL, cUL, FIMKO, VDE,
		ДИП-4	55	32	500	50	150	от -55 до +100	5300	UL, VDE, BSI
		DIP-4 400 мил	55	32	500	50	150	от -55 до +100	5300	UL, VDE, BSI
		SFH6286 опция	55	32	500	50	150	от -55 до +100	5300	UL, VDE, BSI
		СМД-4	55	32	500	50	150	от -55 до +100	5300	UL, VDE, BSI
		ДИП-4		50	600	60	150	от -55 до +100	5300	UL, CSA, BSI,
		ДИП-4	70	13	320	60		от -55 до +100	4470 5300	UL, CSA, BSI, VDE, CQC
		DIP-4, 400 мил	70	13	320	60		от -55 до +100	4470 5300	UL, CSA, BSI, VDE, CQC
		СМД-4	70	13	320	60		от -55 до +100	4470 5300	UL, CSA, BSI, VDE, CQC
		ДИП-16	70	20	300	60		от -40 до +100	5000	UL, cUL
		ДИП-4	70	20	300	60		от -40 до +100	5000	UL, cUL
		ДИП-8	70	20	300	60		от -40 до +100	5000	UL, cUL
		ДИП-16	70	0. 5	600	60		— 55 до + 100	5300	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		ДИП-8	70	0. 5	600	60		— 55 до + 100	5300	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		СМД-16	70	0. 5	600	60		— 55 до + 100	5300	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		СМД-8	70	0. 5	600	60		— 55 до + 100	5300	UL, cUL, VDE, FIMKO, CQC
		СОИК-8	70	20		30		от -55 до +100	4000	UL, VDE
		ДИП-#	60	750		60	200	от -55 до +100	4420	UL, VDE, CSA, CQC, BSI
		СМД-#	60	750		60	200	от -55 до +100	4420	UL, VDE, CSA, CQC, BSI
		СОИК-8	30	0. 5	2	60		от -55 до +100	4000	UL, cUL, VDE
		ДИП-#	30	20		60	200150	от -55 до +100	4420	UL, cUL, CSA, BSI, VDE, CQC
		СМД-#	30	20		60	200150	от -55 до +100	4420	UL, cUL, CSA, BSI, VDE, CQC
		ДИП-6	30	20		60	200	— 55 до + 100	5300	UL, CSA, BSI, VDE, FIMKO
		СМД-6	30	20		60	200	— 55 до + 100	5300	UL, CSA, BSI, VDE, FIMKO

Как работает оптопара | ОРЕЛ

Необходимо защитить чувствительные низковольтные компоненты и изолировать цепи на печатной плате? Оптопара может сделать эту работу. Да будет свет! Это устройство позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями с двумя частями: светодиодом, излучающим инфракрасный свет, и светочувствительным устройством, обнаруживающим свет от светодиода. Обе эти части содержатся в традиционном черном ящике с парой контактов для подключения. На первый взгляд, оптопару легко спутать с интегральной схемой (ИС).

Эта симисторная оптопара выглядит как интегральная схема. (Источник изображения)

Как это работает

Сначала на оптопару подается ток, который заставляет инфракрасный светодиод излучать свет, пропорциональный току.Когда свет попадает на светочувствительное устройство, оно включается и начинает проводить ток, как любой обычный транзистор.

Как работает оптопара. (Источник изображения)

Фоточувствительное устройство по умолчанию обычно не подключено, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к инфракрасному свету. Он также может быть подключен к земле с помощью внешнего резистора для более высокой степени контроля над чувствительностью переключения.

Оптопара эффективно изолирует выходную и входную цепи.(Источник изображения)

Это устройство в основном работает как переключатель, соединяя две изолированные цепи на вашей печатной плате. Когда ток перестает течь через светодиод, светочувствительное устройство также перестает проводить ток и выключается. Все это переключение происходит через пустоту из стекла, пластика или воздуха без каких-либо электрических частей между светодиодом или светочувствительным устройством. Все дело в свете.

Преимущества и типы

Если вы разрабатываете электронное устройство, которое будет восприимчиво к скачкам напряжения, ударам молнии, скачкам напряжения и т. д.тогда вам понадобится способ защиты низковольтных устройств. При правильном использовании оптопара может эффективно:

• Удаление электрических помех из сигналов
• Изолировать низковольтные устройства от высоковольтных цепей
• Позволяет использовать небольшие цифровые сигналы для управления большими переменными напряжениями

Оптопары бывают четырех конфигураций. Каждая конфигурация использует один и тот же инфракрасный светодиод с другим светочувствительным устройством. К ним относятся:

Photo-Transistor и Photo-Darlington , которые обычно используются в цепях постоянного тока, и Photo-SCR и Photo-TRIAC , которые используются для управления цепями переменного тока.

Четыре типа оптронов. (Источник изображения)

Если вы любите приключения, вы даже можете сделать самодельную оптопару из некоторых запасных частей. Просто объедините светодиод и фототранзистор внутри отражающей пластиковой трубки.

Самодельная оптопара, состоящая всего из трех простых деталей. (Источник изображения)

Типичные области применения

Оптопары

могут использоваться либо сами по себе в качестве коммутационного устройства, либо с другими электронными устройствами для обеспечения изоляции между цепями низкого и высокого напряжения.Обычно эти устройства используются для:

• Переключение ввода/вывода микропроцессора
• Регулятор мощности постоянного и переменного тока
• Защита оборудования связи
• Регулировка электропитания

В этих приложениях вы столкнетесь с различными конфигурациями. Некоторые примеры включают:

Оптотранзисторный переключатель постоянного тока

Эта конфигурация будет обнаруживать сигналы постоянного тока, а также позволяет управлять оборудованием с питанием от переменного тока. MOC3020 идеально подходит для управления сетевым подключением или подачи стробирующего импульса на другой фототриак с токоограничивающим резистором.

(Источник изображения)

Симисторная оптопара

Эта конфигурация позволит вам управлять нагрузками с питанием от переменного тока, такими как двигатели и лампы. Он также способен работать в обеих половинах цикла переменного тока с обнаружением пересечения нуля. Это позволяет нагрузке получать полную мощность без значительных скачков тока при переключении индуктивных нагрузок.

(Источник изображения)

Рекомендации по компоновке печатных плат

Перед добавлением оптопары в топологию печатной платы примите во внимание следующие три рекомендации:

• Обеспечьте раздельное заземление оптопары

Стандартная оптопара имеет два контакта заземления: один для светодиода, а другой для фоточувствительного устройства. Соединение обоих этих заземлений вместе откроет вашу чувствительную схему для любого шума от внешнего заземления. Во избежание этого всегда создавайте две точки подключения: одну для внешних заземляющих контактов, а другую для входных заземляющих проводов.

• Выберите правильное значение резистора ограничения тока

Выбор токоограничивающего резистора, работающего при минимальном значении оптопары, приведет к нестабильному поведению. Также можно выбрать резистор, обеспечивающий слишком большой ток, который приведет к срабатыванию светодиода.При выборе значения для вашего резистора обязательно найдите значение минимального прямого тока из диаграммы коэффициента передачи тока в техническом описании вашей оптопары. У Vishay есть отличное руководство о том, как читать техническое описание оптопары здесь.

• Узнайте, какой тип оптопары вам нужен

Не все оптопары созданы одинаковыми, и вам необходимо выбрать правильный тип для вашего приложения. Например, Opto-Triac используется, если вам нужно управлять нагрузкой переменного тока.Опто-Дарлингтоны предназначены только для небольших входных токов. Если все, что вам нужно, это стандартная изоляция входа, то обычная оптопара PC817 справится с этой задачей. Эту статью от Nuts and Volts определенно стоит прочитать, чтобы понять типы и различия оптронов.

Библиотеки оптопар в EAGLE

Управляемые онлайн-библиотеки Autodesk EAGLE включают целую категорию оптопар для использования в вашем следующем проекте. Это лучше, чем создавать свои собственные пакеты и символы с нуля! Чтобы использовать эту библиотеку, убедитесь, что оптопара.lbr активируется в панели управления Autodesk EAGLE, как показано ниже. Если это так, то у вас будет доступ ко всем этим устройствам в следующий раз, когда вам нужно будет добавить компонент.

Готовы приступить к изоляции цепей и защите низковольтных устройств? Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать использовать прилагаемые библиотеки оптопары!

Использование фотопар / оптопар

Оптопары используют свет от светоизлучающего диода для проведения тока через фототранзистор

Фотопары (также известные как оптопары) генерируют свет, используя светоизлучающий диод (LED) для генерации тока, который проходит через фототранзистор.

Рисунок 1. Внутренняя схема эквивалентности

Здесь мы опишем, как используется оптопара общего назначения с этой базовой структурой.

Оптопары в основном используются для следующего:

• В качестве коммутационного устройства для передачи импульсных сигналов
• Для передачи сигналов ошибки обратной связи в аналоговых импульсных регуляторах

Работа оптронов при использовании их в качестве коммутационных устройств является более простой, поэтому мы начнем с описания этой операции.

Транзистор на стороне выхода работает как переключатель

Когда фотопары используются в качестве переключающих устройств, фототранзистор на стороне выхода работает просто как переключатель. Когда в качестве переключателя используется обычный транзистор, работа различается в зависимости от того, подключена ли нагрузка к эмиттеру (эмиттерный повторитель или общий коллектор) или к коллектору (общий эмиттер). Однако в случае оптронов общего назначения база фототранзистора остается неподключенной, поэтому ток базы всегда течет с коллектора. Это означает, что транзистор насыщается и переключается одинаково независимо от того, подключена ли нагрузка к коллектору или к эмиттеру. Разница лишь в том, что полярность выходного сигнала становится противоположной.

Рис. 2. Подключение нагрузки

Сколько составляет выходной ток?

Несмотря на то, что оптрон можно назвать переключателем, его выходной контакт нельзя подключать к большой нагрузке, такой как двигатель. Если вы посмотрите на номинальные значения выходного тока для всех оптронов общего назначения, то даже на самом высоком уровне ток никогда не превышает нескольких десятков миллиампер.Емкость цепи по току следует считать достаточной для того, чтобы зажечь светодиод.

Рисунок 3. Пример перегруженной цепи

Так какой же выходной ток фактически протекает через оптрон?

В следующем объяснении рассматривается максимальный выходной ток. Если вы думаете о выходном токе от 2 мА до 3 мА, это объяснение неприменимо. В этом случае см. раздел «Сколько входного тока (I _F ) требуется для создания выходного тока?») ниже.

1. Максимальный номинальный входной ток (I _F )
2. Максимальный номинальный выходной ток, который может быть получен, когда входной ток (I _F ) находится в допустимом диапазоне
3. Снижение выходного тока (I _C ) по мере ухудшения характеристик с течением времени
4. Диапазон выходного тока (I _C ), в котором выходное напряжение во включенном состоянии остается ниже определенного значения

Из них значение (1) одинаково для фотопар с одним транзистором и транзистором Дарлингтона, тогда как значения (2), (3) и (4) различаются в зависимости от типа транзистора.Таким образом, объяснение (1) ниже применимо ко всем типам транзисторов, тогда как (2) будет объяснено отдельно для каждого типа.

Максимальный номинальный входной ток (I

_F )

Первый вопрос: какой входной ток (I _F ) можно подать на оптрон?

Максимальный номинальный входной ток (I _F ) определяется на основе следующего:

1. Номинальные значения тока и внутренней рассеиваемой мощности
2. Ухудшение характеристик с течением времени

Самое строгое (наименьшее) значение из них указывается как максимальное значение входного тока.

(i)Определение максимального значения входного тока на основе значений тока и рассеиваемой внутренней мощности.

Обычно для определения максимального значения входного тока используются как номинальный ток, так и номинальная рассеиваемая мощность. Например, глядя на приведенный ниже график P _D и T _A , можно увидеть, что максимальное номинальное рассеивание составляет 75 мВт при максимальной рабочей температуре 75 °C.

Рис. 4. Пример допустимой рассеиваемой мощности светодиода (P _D ) по сравнению сТемпература окружающей среды (T _A )

В настоящее время, если характеристики светодиода на стороне входа соответствуют приведенному ниже графику, рекомендуемый прямой ток (I _F ) для достижения внутренней рассеиваемой мощности светодиода 75 мВт при температуре окружающей среды 75 °C. составляет около 60 мА (при прямом напряжении (V _F ) чуть более 1,2 В).

Рис. 5. Пример прямого тока светодиода (I _F ) в зависимости от прямого напряжения (V _F )

Если номинальный ток больше этого значения, это значение становится максимальным значением входного тока (I _F ).

(ii) Определение максимального значения входного тока на основе ухудшения характеристик с течением времени.

Важно отметить, что светоизлучающая эффективность светодиода на входной стороне оптрона со временем ухудшается, что приводит к уменьшению коэффициента передачи тока (CTR), как показано на графике ниже.

Рисунок 6. Снижение показателя CTR с течением времени

Входной ток (I _F ) обычно определяется на основе расчетного срока службы, показанного на графике ниже.

Рисунок 7. Пример Расчетный срок службы

В этом примере, если оптрон используется в течение 100 000 часов в месте, где максимальная температура составляет 50 °C, максимальный входной ток (I _F ), который можно применить, составляет 20 мА. Это значение является самым строгим значением, рассчитанным на данный момент, поэтому оно становится максимальным значением входного тока (I _F ).

Теперь мы рассчитаем максимальный номинальный выходной ток, который может быть получен из этого входного тока для фотопары с одним транзистором и фотопары с транзистором Дарлингтона.

С транзистором Далингтона I _C резко возрастает, когда V _CE приближается к 1 В, как показано на графике выше. Если вы попытаетесь установить V _CE менее 1 В так же, как и с одним транзистором, выходной ток может вообще не генерироваться. Поэтому обычно предполагается, что низкое выходное напряжение, полученное при использовании одного транзистора, не может быть получено при использовании транзистора Дарлингтона, поэтому V _CE устанавливается на 1,5 В или меньше, 0.на 5 В выше, чем при использовании одного транзистора. При этом ток коллектора (I _C ) в 25 мА все еще может генерироваться, даже когда срок службы оптрона приближается к концу.

Поскольку транзисторы Дарлингтона имеют более высокое выходное напряжение проводимости по сравнению с одиночными транзисторами, оптроны, в которых используются транзисторы Дарлингтона, лучше подходят для приложений, требующих генерирования большего выходного тока.

Однотранзисторный выход

(i) Максимальный номинальный выходной ток, который может генерироваться, когда входной ток (I _F ) находится в допустимом диапазоне.

Как вы можете видеть на приведенном ниже графике зависимости коэффициента передачи тока (CTR) от прямого тока (I _F ), CTR оптрона обычно быстро растет по мере того, как входной ток (I _F ) возрастает от точки выборки. но затем снова падает, поскольку входной ток продолжает расти.

Рис. 8. Пример зависимости коэффициента передачи тока (CTR) от прямого тока (I _F )

Характеристики оптрона могут варьироваться в пределах диапазона спецификации, поэтому на этом графике построена кривая, которая оценивает нижний предел значения CTR. Если предположить, что CTR равен 80 %, когда входной ток (I _F ) равен 5 мА, нижний предел CTR можно оценить, как показано пунктирной линией на этом графике. Глядя на эту линию, можно рассчитать, что если приложить входной ток (I _F ) 20 мА (определено ранее), будет генерироваться выходной ток 20 мА, потому что CTR при входном токе (I _F ) составляет 20 мА, это 100%. Таким образом, максимальный номинальный выходной ток, который может быть сгенерирован, составляет 20 мА. Обратите внимание, однако, что при использовании оптрона также необходимо учитывать следующий фактор:

(ii) Снижение выходного тока (I _C ) по мере ухудшения характеристик с течением времени

Первое, что необходимо учитывать, это то, что приведенное выше значение CTR является начальным значением.Если оптрон используется в течение времени, описанного в (ii) Определение максимального значения входного тока на основе ухудшения характеристик с течением времени в «(1) Максимальный номинальный входной ток (I _F )» выше, CTR будет в конечном итоге упадет до половины этого значения.

Таким образом, генерируемый выходной ток (I _C ) упадет до 10 мА, что составляет половину его первоначального значения.

(iii) Диапазон выходного тока (I _C ), в котором выходное напряжение во включенном состоянии остается ниже определенного значения

Глядя на кривые характеристик CTR на графике выше, вы можете видеть, что эти значения применимы, когда V _CE = 5 В; но действительно ли подходит V _CE = 5V?

Это обсуждение оптронов основано на использовании выходного транзистора в качестве переключателя, поэтому V _CE , естественно, должен быть как можно меньше.

Из-за ограничений, таких как характеристики входного уровня логических схем, V _CE обычно устанавливается на значение менее 1 В.

Значение генерируемого выходного тока (I _C ) определяется на основе соотношения между током коллектора (I _C ) и напряжением коллектор-эмиттер (V _CE ), как показано на графике ниже.

Рис. 9. Пример зависимости тока коллектора (I _C ) от напряжения коллектор-эмиттер (V _CE )

Если построить кривую на основе значений I _C = 10 мА при V _CE = 5 В, рассчитанных в «(ii) Снижение выходного тока (I _C ) по мере ухудшения характеристик с течением времени» выше, она будет выглядеть как пунктирная линия на графике.

Когда V _CE равно 1 В на этой кривой, значение I _C составляет около 5 мА. Это максимальный номинальный выходной ток, который может генерироваться в коммутационных приложениях, при условии, что оптрон будет использоваться до конца срока службы. (Это просто пример; фактические значения могут различаться в зависимости от продукта.)

Если оптрон используется в приложении, в котором генерируемый выходной ток больше, чем это, это может вызвать проблемы, такие как отсутствие выходного тока в начале (выходной сигнал слишком мал) или ухудшение характеристик продукта раньше. чем ожидалось.

Фактически допустимый выходной ток, как правило, намного меньше максимального номинального значения.

Транзисторный выход Дарлингтона

(i) Максимальный номинальный выходной ток, который может генерироваться, когда входной ток (I _F ) находится в допустимом диапазоне.

Преимущество транзистора Дарлингтона состоит в том, что он имеет большой CTR.

Например, если нижний предел CTR при I _F = 20 мА составляет не 100 %, а 300 %, выходной ток (I _C ) в 60 мА может генерироваться при V _CE = 5 В.

(ii) Снижение выходного тока (I _C ) по мере ухудшения характеристик с течением времени.

Учитывая деградацию характеристик со временем так же, как и у однотипного транзистора, I _C становится 30 мА при V _CE = 5В.

(iii) Диапазон выходного тока (I _C ), в котором выходное напряжение во включенном состоянии остается ниже определенного значения.

Кривая I _F = 1 мА на графике ниже, показывающая ток коллектора транзистора Дарлингтона (I _C ) в зависимости от тока коллектора.напряжение коллектор-эмиттер (V _CE ) приблизительно соответствует значениям I _C = 30 мА при V _CE = 5 В.

Рис. 10. Пример тока коллектора Дарлингтона (I _C ) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (V _CE )

Однако с транзистором Дарлингтона I _C резко возрастает, когда V _CE приближается к 1 В, как показано на графике выше. Если вы попытаетесь установить V _CE менее 1 В так же, как и с одним транзистором, выходной ток может вообще не генерироваться.

Поэтому обычно предполагается, что низкое выходное напряжение, полученное при использовании одного транзистора, не может быть получено при использовании транзистора Дарлингтона, поэтому V _CE устанавливается на 1,5 В или меньше, что на 0,5 В выше, чем при использовании одного транзистора. .

При этом ток коллектора (I _C ) в 25 мА все еще может генерироваться, даже когда срок службы оптрона приближается к концу.

Поскольку транзисторы Дарлингтона имеют более высокое выходное напряжение проводимости по сравнению с одиночными транзисторами, оптроны, в которых используются транзисторы Дарлингтона, лучше подходят для приложений, требующих генерирования большего выходного тока.

Расчет нагрузки

Когда известен максимальный выходной ток (I _C ), который может быть сгенерирован, схема нагрузки может быть спроектирована так, чтобы выходной ток оставался ниже максимального значения.

Давайте посмотрим на допустимый диапазон сопротивления нагрузки (R _L ) при использовании одного транзистора с I _C = 5 мА при V _CE = 1 В в конфигурации схемы, подобной той, что показана ниже, на основе результатов, таким образом далеко.

Рисунок 11.Пример общей конфигурации цепи

При условии, что ток, протекающий в коллектор из цепи в следующем каскаде (I _N ) равен 1 мА, если напряжение источника питания (V _CC ) равно 5 В, нижний предел сопротивления нагрузки (R _L ) можно рассчитать следующим образом:

Уравнение (1)
R _L >(V _CC -V _CE )/(I _C -I _N ) = (5В-1В)/(5мА-1мА) = 1кОм

Если фотопара допускает высокое напряжение, ее можно использовать с высоким напряжением питания. Например, если используется источник питания 50 В (V _CC = 50 В), нижний предел сопротивления нагрузки составит 13 кОм.

Как насчет верхнего предела сопротивления нагрузки?

Напряжение, генерируемое нагрузочным резистором (R _L ), обычно устанавливается равным одной десятой или менее от напряжения источника питания (V _CC ), пока оптрон находится в отключенном состоянии, а коллекторный темновой ток (I _CEO ) течет.

Этот темный поток требует осторожности.

Судя по техническому описанию, максимальный темновой ток равен 0.1 мкА, что кажется довольно маленьким.

Однако это значение применимо при температуре окружающей среды 25 °C. Темновой ток (I _утечка ) примерно пропорционален напряжению коллектор-эмиттер (V _CE ) и становится в 10 раз выше с каждым повышением температуры на 25 градусов.

Уравнение (2)

Например, максимальное значение темнового тока (I _утечка ) составляет 0,1 мкА при T _A = 25 °C и V _CE = 50 В, но если условия T _A = 75 °C и V _CE = 5В, темновой ток уменьшается до одной десятой от предыдущего значения, потому что напряжение коллектор-эмиттер в 10 раз меньше, но затем становится в сто раз больше из-за повышения температуры, что приводит к 10-кратному увеличьте до значения 1 мкА.

I _утечка = 0,1 мкА x 0,1 x 10 ² = 0,1 мкА x 10 = 1 мкА

Сопротивление нагрузки, необходимое для создания напряжения, составляющего одну десятую значения V _CE (т. е. 0,5 В или меньше), когда темновой ток равен 1 мкА, составляет 500 кОм. Исходя из этого, если V _CC = 5 В, сопротивление нагрузки должно быть 1 кОм < R _L < 500 кОм.

Однако этот диапазон не может гарантировать безопасность во всех случаях.

Если сопротивление нагрузки излишне высокое, могут возникнуть следующие проблемы:

• На уровень выходного сигнала могут влиять колебания нагрузки.
• Возможны помехи от периферийных цепей.
• Рабочая скорость может упасть.

Таким образом, верхний предел сопротивления нагрузки должен поддерживаться в пределах пятикратного значения нижнего предела, что применительно к приведенному выше примеру дает верхний предел 5 кОм при напряжении источника питания (V _CC ) 5 В.

Сколько входного тока (I

_F ) требуется для создания выходного тока?

Например, если требуется выходной ток (I _C ) всего 2 мА, а не 5 мА, какой входной ток (I _F ) требуется для его создания?

Работая в обратном направлении и вычисляя сначала с точки зрения срока службы оптрона, вы можете видеть, что начальный генерируемый выходной ток должен быть в два раза больше конечного значения; то есть 4мА.

Если вы нарисуете кривую I _C = 4 мА при V _CE = 1 В от тока коллектора (I _C ) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (V _CE ), показанную в начале, она будет выглядит как пунктирная линия на графике ниже.

Рис. 12. Пример зависимости тока коллектора (I _C ) от напряжения коллектор-эмиттер (V _CE )

Из этого графика видно, что I _C составляет около 10 мА, когда V _CE составляет 5 В.

Глядя на пунктирную кривую на графике выше, показывающую коэффициент передачи тока (CTR) в зависимости от прямого тока (I _F ), вы можете видеть, что CTR составляет приблизительно 100%, когда I _F = 10 мА, поэтому, если при входном токе 10 мА может быть сгенерирован указанный выше выходной ток, т. е. начальное значение 4 мА при V _CE = 1 В и конечное значение 2 мА при V _CE = 1 В.

Обратите внимание, однако, что входной ток здесь оценивается в предположении наихудшего сценария изменений CTR и ухудшения с течением времени, поэтому, если используется оптрон с большим начальным CTR, особенно в начальный период использования, входной ток может быть значительно больше требуемого значения.

В этом случае рабочая скорость имеет тенденцию быть ниже скорости, которую можно было бы ожидать на основе спецификаций.

Поэтому важно тщательно проверить и выбрать оптопару, которая позволит вам достичь желаемой скорости работы.

Также может быть эффективно ограничить диапазон вариаций, указав определенный ранг CTR.

Работа оптрона в активной области в аналоговых приложениях

В аналоговых приложениях фотопары обычно используются в контурах управления с обратной связью импульсных стабилизаторов, в которых первичный и вторичный домены изолированы.

Оптопары

используются, как показано на рисунке ниже, для решения проблемы обратной связи по постоянному току при изоляции первичного и вторичного доменов.

Рис. 13. Пример использования оптрона в импульсном стабилизаторе

При использовании оптрона в импульсном стабилизаторе вход оптрона является выходом источника питания и наоборот.

Усилитель ошибки, который используется для сравнения выходного напряжения блока питания с опорным напряжением (т. е. определения разности потенциалов), находится во вторичной цепи блока питания (на стороне выхода).Количество света, подаваемого на светодиод оптрона, зависит от этой разности потенциалов.

Коллекторный ток оптрона также различается в зависимости от количества света, излучаемого светодиодом.

Эти факторы вызывают изменение напряжения коллектор-эмиттер фототранзистора (V _CE ), что приводит к увеличению или уменьшению входного тока источника питания и, как следствие, увеличению или уменьшению выходного напряжения источника питания.

В это время, как и при использовании оптопары в качестве коммутационного устройства, нагрузочный резистор фототранзистора может быть подключен либо к коллектору, либо к эмиттеру (любой из них подходит с точки зрения работы оптопары). Подключение нагрузочного резистора в этом случае определяется общей конфигурацией схемы.

Однако, в отличие от операции переключения, когда фотопара используется в аналоговой схеме, схема настроена так, что фототранзистор работает в области V _CE >1 В (активная область).

Рис. 14. Область применения оптрона при использовании в контуре управления с обратной связью импульсного регулятора

Кроме того, поскольку оптроны имеют тенденцию иметь очень большие колебания CTR, коэффициент усиления управления входным током усилителя ошибки и источника питания должен быть установлен на очень большие значения, чтобы справиться с этими колебаниями CTR.

Это то же самое, что и использование схем усилителей в аудиоусилителях или операционных усилителях, коэффициент усиления которых в 100–1000 раз превышает реально требуемый коэффициент усиления. Эти высокие коэффициенты затем снижаются с помощью схемы обратной связи, чтобы уменьшить колебания и искажения сигнала.

Однако одна из проблем, связанных с использованием этого типа контроллера с обратной связью с высоким коэффициентом усиления, заключается в том, что он может вызвать паразитный резонанс и другие типы нестабильности работы, требующие установки фазовращателя для обеспечения достаточного запаса по фазе и стабилизации работы схемы.

Драйверы оптоизолированных транзисторов Интерфейс микроконтроллера

Льюиса Лофлина

Видео на YouTube:

Теория оптронов и схемы

В первой части мы рассмотрели несколько схем драйверов биполярных транзисторов и полевых МОП-транзисторов.У них был недостаток, заключающийся в том, что они были электрически подключены к низковольтным цифровым схемам. См. Часть 1.

С помощью оптоизоляторов мы можем разорвать эту связь, включая использование высоковольтных источников питания, полностью изолированных от низковольтных цифровых цепей. На самом деле мы можем даже изменить полярность источников более высокого напряжения, не обращая внимания на общее отрицательное заземление цифровой схемы, если это необходимо.

Q1 представляет собой биполярный фототранзистор NPN, а светодиод и транзистор часто представляют собой одно физическое устройство.Еще раз важно отметить, что выход не имеет электрического соединения со входом и может изолировать несколько тысяч вольт. Также см. Дополнительные примеры схем.

Хотя в большинстве оптоизоляторов используется светодиодный инфракрасный излучатель, детектор может включать в себя фототиристоры, транзисторы Дарлингтона и даже цифровые схемы.

Выходной транзистор 4N25 по-прежнему является маломощным устройством, поэтому мы должны использовать его для управления более мощными компонентами для больших нагрузок. Обычно это биполярные транзисторы большей мощности или мощные МОП-транзисторы.

Для чего мы можем использовать оптопары?

Устройства 4Н25, 4Н26, 4Н27 и 4Н28 состоят из арсенида галлия
инфракрасный излучающий диод, оптически связанный с монолитным кремниевым фототранзистором
детектор.

Приложения:

Коммутационные цепи общего назначения

Системы сопряжения и связи с различными потенциалами и импедансами

Интерфейс ввода/вывода

Твердотельные реле

Регуляторы питания

Цифровые логические входы

Микропроцессорные входы

Приборы 4Н29, 4Н30, 4Н31, 4Н32 и 4Н33 состоят из галлия
арсенидный инфракрасный излучающий диод, оптически связанный с монолитным кремнием
фотодетектор Дарлингтона.

Эта серия предназначена для использования в приложениях, требующих высокой производительности коллектора.
токи при меньших входных токах.

Здесь мы запускаем силовой NPN-транзистор Дарлингтона. С выигрышем
1000 требуется очень небольшой базовый ток для переключения через 4N25. TIP120 имеет максимальный ток базы (Ib) 150 мА, а 4N25 имеет максимальный ток коллектора 150 мА. R2 может быть 5600-10000 Ом.

То же, что и выше, за исключением того, что мы используем PNP Darlington. В этом случае база TIP125 подключается к земле через резистор 1000 Ом. Обратите внимание, что источник питания 24 В электрически изолирован от цифровых цепей.

Здесь мы переключаем N-канальный МОП-транзистор, чтобы «поглотить» нагрузку.

Мы снова полностью отключаем 12-вольтовое питание от цифровых цепей. На самом деле мы могли бы сделать это со всеми схемами на этой странице. Здесь мы включаем мощный P-канальный полевой МОП-транзистор в качестве «источника» нагрузки. R6 = 10K, а BATT2 ограничено 30 вольтами из-за номинала 4N25 или Vgs для MOSFET, который меньше.

И следующие два видео:

Устройства с оптической связью

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Опишите работу фототранзистора
• Опишите типичное использование фотоэлементов.
• Опишите преимущества и недостатки различных оптронов:
• • Типы фототранзисторов.
• • Типы фотодиодов.

Оптические устройства и фототранзисторы

Рис. 5.0.1 Транзисторные оптопары

и оптические датчики

Оптопары или оптоизоляторы, состоящие из комбинации инфракрасного светодиода (также IRED или ILED) и чувствительного к инфракрасному излучению устройства, такого как фотодиод или фототранзистор, широко используются для передачи информации между двумя частями схемы, которые работают на очень высоких скоростях. разные уровни напряжения.Их основная цель — обеспечить гальваническую развязку между двумя частями цепи, повысить безопасность пользователей за счет снижения риска поражения электрическим током и предотвратить повреждение оборудования потенциальными короткими замыканиями между высокоэнергетическими выходными и низкоэнергетическими входными цепями.

Они также используются в ряде сенсорных приложений для определения присутствия физических объектов.

Транзисторные оптопары

В устройствах, показанных на рис. 5.0.1, в качестве чувствительных элементов используются фототранзисторы, поскольку они во много раз более чувствительны, чем фотодиоды, и поэтому могут создавать более высокие значения тока на своих выходах.

Пример 1 на рис. 5.0.1 иллюстрирует простейшую форму оптопары, состоящую из инфракрасного светодиода (в прозрачном пластиковом корпусе) и инфракрасного фототранзистора в черном пластиковом корпусе, который защищает фототранзистор от света в видимом спектре, в то время как пропуская инфракрасный свет. Обратите внимание, что фототранзистор имеет только два соединения, коллектор и эмиттер, а входом в базу является инфракрасный свет.

Примеры 2 и 3 на рис. 5.0.1 представляют собой типичные оптронные устройства, широко используемые в качестве датчиков положения и приближения, они используются в качестве оптически активируемых переключателей и более подробно описаны в Модуле 5.4.

Рис. 5.0.2 Оптопара 4N25

Пример 4 на рис. 5.0.1 представляет собой оптопару 4N25 в 6-выводной интегральной схеме DIL от Vishay. В нем используется выходной фототранзистор с базовым соединением, который также подключается к внешнему контакту для подключения внешней цепи, если это необходимо. Это позволяет применять к оптопаре смещение постоянного тока, чтобы транзистор не генерировал ток при очень низких уровнях освещенности. Смещение фототранзистора также позволяет использовать его с такими сигналами, как аналоговый звук, как описано в Модуле 5.3. В этом случае соединение эмиттера можно оставить неподключенным, а соединение базы использовать как выход, тогда переход коллектор/база выходного фототранзистора работает как фотодиод, значительно увеличивая частотный диапазон оптопары, но за счет значительно уменьшить доступную амплитуду сигнала на выходе. 4N25 также может работать как цифровая оптопара с логическими входами 1 и 0. Изоляция между входом и выходом на 4N25 составляет не менее 5,3 кВ.

Пример 5 на рис.5.0.1 представляет собой 4-контактный одноканальный оптоизолирующий чип PC817 от Sharp, который использует встроенный инфракрасный светодиод и фототранзистор для обеспечения выходного сигнала до 50 мА и обеспечивает электрическую изоляцию до 5 кВ. Он также доступен в 2-х, 3-х и 4-х канальных версиях.

Рис. 5.0.3 Базовая структура фототранзистора

Фототранзисторы

На рис. 5.0.3 показана базовая структура фототранзистора. Его работа аналогична работе фотодиодов, описанных в модуле «Диоды 2».7. Однако, поскольку преобразование света в ток происходит в транзисторе, крошечный ток, создаваемый определенным уровнем фотонов, поступающих на базу, может быть усилен для создания тока коллектора в 200 раз или более, в зависимости от h _fe. транзистора, что делает фототранзистор гораздо более эффективным, чем фотодиод. Однако из-за большой площади перехода (и, следовательно, гораздо большей емкости перехода) фототранзистора его отклик на высоких частотах плохой, а время переключения намного медленнее по сравнению с фотодиодом. Также зависимость между изменениями входного света и изменениями выходного напряжения не такая линейная, как в фотодиодах. Следовательно, фототранзисторы, хотя и менее полезны, чем фотодиоды для высокочастотной передачи данных, приложений, таких как оптопары/изоляторы и датчики положения.

Фототранзистор Операция

В фототранзисторе свет в виде фотонов собирается в базовом слое, который занимает большую часть видимого окна на верхней поверхности устройства, как показано на рис. 5.0.3. Таким образом, площадь излучателя уменьшена в размерах, чтобы максимизировать поглощение света основанием.

Преобразование между фотонами и током происходит в основном в обедненной области вокруг PN-перехода база/коллектор, где фотоны, поглощаемые антиотражающим слоем в базовый слой, вытесняют электроны с образованием пар электрон/дырка аналогично тому, как это показано на фото. диоды, но теперь свободные электроны, созданные в этом процессе, являются источником тока базы в транзисторе и теперь усиливаются на величину, равную h _fe транзистора.

Коллектор типа N непосредственно под обедненным слоем имеет более высокое сопротивление, чем слой N+ рядом с выводом коллектора. Из-за более высокого сопротивления вблизи PN-перехода в коллекторе вблизи перехода база/коллектор возникает большой градиент напряжения. Это обеспечивает более высокое положительное напряжение вблизи обедненного слоя, чтобы притягивать и ускорять отрицательно заряженные электроны в обедненном слое по направлению к выводу коллектора.

Однако по сравнению с фотодиодами фототранзисторы имеют некоторые недостатки; их реакция на различные уровни света не такая линейная, что делает фототранзисторы менее подходящими, чем фотодиоды, для точного измерения освещенности.

Хотя фототранзисторы можно использовать для обнаружения источников света в видимом спектре света, они наиболее чувствительны к длинам волн в ближнем инфракрасном диапазоне от 800 до 900 нм и чаще всего используются с источниками инфракрасного излучения, такими как инфракрасные светодиоды (также называемые IRED или ILED) в качестве источника света.

Фототранзисторы, как правило, не так быстро реагируют на резкие изменения уровня освещенности, как фотодиоды. Например, время, необходимое для изменения выхода фототранзистора от 10% до 90% в ответ на внезапное изменение уровня освещенности на входе, может составлять от 30 до 250 мкс, тогда как быстродействующие фотодиоды могут иметь время нарастания и спада столь же низкое. как 20 пс (пикосекунд) или меньше.Производители обычно указывают эти значения для времени нарастания (t _r ) и времени спада (t _f ) при определенных условиях температуры и тока коллектора.

Основная причина гораздо более медленного отклика фототранзисторов связана с гораздо большей площадью перехода база/коллектор, а также с тем фактом, что емкость, существующая на этом переходе, дополнительно увеличивается из-за «эффекта Миллера», который вызывает Емкость перехода должна быть увеличена коэффициентом усиления по току (h _fe ) транзистора.На практике это означает, что чем чувствительнее транзистор (т. е. чем больше площадь базы) и/или чем выше коэффициент усиления по току транзистора, тем больше будет время нарастания и спада. По этим причинам фототранзисторы в основном используются для переключения приложений постоянного или низкочастотного переменного тока.

Рис. 5.0.4 Фототранзистор Соединения

Фототранзистор Соединения

Фототранзисторы

доступны в нескольких формах, таких как NPN (рис. 5.0.4a) или PNP (рис. 5.0.4б). Многие фототранзисторы имеют соединения только для эмиттера и коллектора, поскольку вход базы обеспечивается светом; однако для некоторых типов предусмотрено базовое соединение (рис. 5.0.4c).

Также доступны фототранзисторы Дарлингтона

(рис. 5.0.4d); использование конфигурации транзистора с парой Дарлингтона дает еще больший коэффициент усиления по току.

При низком уровне освещения или даже при его полном отсутствии фототранзисторы все еще могут производить небольшой ток из-за случайных столкновений в обедненном слое.Применение базового смещения, как показано на рис. 5.0.4e, может предотвратить этот «темновой ток», тем самым уменьшив влияние случайного шума и придав выходному току более определенный уровень включения/выключения.

Оптопары

имеют множество применений и доступны во многих различных типах, несколько примеров показаны на рис. 5.0.5. Используйте номера типов для поиска спецификаций и используйте их для определения назначения каждой конструкции.

Рис. 5.0.5 Примеры оптопары

К началу страницы

Руководство по выбору оптронов

: типы, характеристики, области применения

Оптопары — это электронные компоненты, которые используют световые волны для обеспечения электрической изоляции при передаче электрического сигнала.Их иногда называют оптоизоляторами, фотопарами или оптическими изоляторами.

Основы оптопары

Строительство

Все оптопары состоят из двух элементов: источника света — почти всегда светодиода (LED) — и фотодатчика — обычно фоторезистора, фотодиода, фототранзистора, выпрямителя с кремниевым управлением (SCR) или симистора. Оба этих элемента разделены диэлектрическим (непроводящим) барьером. Когда на светодиод подается входной ток, он включается и излучает инфракрасный свет; затем фотодатчик обнаруживает этот свет и позволяет току течь через выходную сторону схемы.И наоборот, когда светодиод выключен, ток через фотодатчик не течет. С помощью этого метода два протекающих тока электрически изолированы.

На изображении ниже показаны основные операции оптопары. На сером изображении слева ток не подается через контакт 1, светодиод не горит, а в цепи, подключенной к контактам 4 и 5, ток отсутствует. Когда питание подается на входную цепь, светодиод включается, датчик обнаруживает свет, замыкает переключатель и инициирует протекание тока в выходной цепи, как показано на изображении справа.

 Операция оптопары. Изображение предоставлено: REUK

.

В качестве полупроводниковых устройств оптопары могут изготавливаться в одном из нескольких различных форм-факторов.

• Поверхностный монтаж (SMT) Устройства крепятся к верхней части печатной платы (PCB) с помощью коротких выводов или плоских клемм. Эти продукты, как правило, небольшие, легкие и позволяют производить быструю и недорогую автоматизированную сборку.
• Сквозные отверстия (THT) Устройства имеют длинные выводы, которые продеваются через отверстия на печатной плате и припаиваются к другой стороне. В то время как THT постепенно вытесняется производством SMT из-за необходимости изготовления крупных компонентов и трудоемкой сборки, устройства со сквозными отверстиями по-прежнему способны к прочному механическому соединению.
• Компоненты с выводами прикрепляются к печатным платам с помощью длинных выводов.

(слева направо) Пакет THT (DIP), пакет SMT и пакет с выводами (TO-78).

Изображение предоставлено: Solarbotics | Роботизированная лаборатория | Дигикей

Приложения

Оптопары

можно использовать для различных целей и приложений, в том числе:

• Переключение входа и выхода, особенно в средах с электронными шумами
• Импульсные источники питания
• Изоляция сигнала
• Регулятор мощности
• Связь с ПК/модемом
• Управление транзисторами и симисторами

В то время как подавляющее большинство оптронов выполняют относительно простое управление схемой включения-выключения, недавние разработки позволили более «интеллектуальным» устройствам передавать кодированные сигналы путем изменения яркости источника света.

Оптопары

похожи на реле и изолирующие трансформаторы и часто выполняют схожие функции, но они имеют несколько явных отличий и преимуществ. Оптопары обычно:

• меньше и легче, чем реле

.

• имеют гораздо более быстрое переключение
• требуется гораздо меньший ток переключения для активации
• обеспечивают минимальную усталость благодаря своей твердотельной конструкции, особенно по сравнению с электромеханическими реле

.

По перечисленным выше причинам оптопары очень распространены в цифровых или микроэлектронных устройствах, которые требуют быстрого переключения и используют низковольтную передачу.

В следующем видеоролике объясняется основная конструкция оптопар, их основное применение и сходство с реле.

Видео предоставлено: myvideoisonutube / CC BY-SA 4.0

Типы

Типы оптопары

определяются типом используемого детектора, как описано ниже. Некоторые типы имеют разные характеристики и поэтому лучше подходят для конкретных приложений. Оптопары часто называют их «типом выхода»; например, фототранзисторное устройство можно назвать оптопарой «с фототранзисторным выходом».»

Фотоэлемент

Оптопары

с фотоэлементами, также известные как резистивные оптоизоляторы, представляют собой самую раннюю конструкцию оптронов. Они используют лампочку накаливания, неоновую лампу или светодиод в качестве источника света и фоторезистор из сульфида кадмия (CS) или селенида кадмия (CSe) в качестве детектора. Фотоэлементы в значительной степени устарели из-за их очень медленного переключения (от 5 до 200 миллисекунд) и в период своего расцвета использовались в телефонных сетях, копировальных аппаратах и ​​приложениях промышленной автоматизации.Однако они уникальны среди оптронов тем, что неполяризованы и поэтому подходят для работы как на переменном, так и на постоянном токе. Оптопары с фотоэлементами по-прежнему производятся в небольших количествах для использования в качестве дешевых регуляторов усиления или компрессоров в нишевых продуктах, таких как гитарные усилители и электронные музыкальные инструменты. Резистивные светодиодные оптоизоляторы иногда называют Vactrols .

Фотодиод

Фотодиодные оптопары используют светодиоды в качестве источников света и фотодиоды в качестве детекторов.Они способны к чрезвычайно быстрому переключению, но их коэффициент передачи тока — отношение между выходным током и входным током, вызвавшим его, — обычно очень низкий, часто менее 1%. Фотодиодные оптопары могут быть оснащены встроенными драйверами светодиодов и буферными усилителями для достижения чрезвычайно быстрого переключения, которое компенсирует задержки в выходном сигнале светодиодов; эти устройства известны как оптопары с полной логикой.

Фотодиодная оптопара в простой схеме. Изображение предоставлено: DAENotes

Фототранзистор

Как и фотодиодные устройства, фототранзисторные оптопары имеют светодиодные источники света.Их выходные цепи управляются биполярным фототранзистором или фототранзистором Дарлингтона. Оба типа фототранзисторов способны проводить ток только в одном направлении, что делает их подходящими только для использования на постоянном токе, а также для использования в контроллерах и приложениях для передачи сигналов. Транзисторные оптопары медленнее, чем фотодиодные, но намного быстрее, чем фотоэлементы. В зависимости от смещения отдельного устройства транзисторные устройства способны работать с широким диапазоном коэффициентов передачи тока, и оба типа хорошо подходят для «повышения» входного тока.Для этого оптроны на биполярных транзисторах обычно могут выдавать до 120 % входного тока, а устройства Дарлингтона — до 600 %.

На двух схемах ниже представлены фототранзистор (слева) и транзистор Дарлингтона (справа) оптопары. Обратите внимание, что устройство Дарлингтона состоит из двух соединенных друг с другом биполярных транзисторов в конфигурации Дарлингтона.

Изображение предоставлено Power Topics | Ebay

SCR и Triac

Два других распространенных выхода оптопары — SCR и симистор.Оба типа имеют высокие коэффициенты передачи тока и обычно используются для управления цепями переменного тока с более высоким напряжением.

Оптоизолированные SCR В устройствах в качестве детектора используется кремниевый выпрямитель (SCR). Эти оптопары обычно используются в качестве повышающих устройств и имеют скорость переключения от низкой до средней.

Схема оптрона SCR. Изображение предоставлено: Teacher.en

Симистор с оптоизоляцией Устройства имеют симисторный (триод для переменного тока) выход.Триаки по конструкции аналогичны тиристорам, но в то время как тиристоры позволяют току течь только в одном направлении, симисторы позволяют течь в обоих направлениях. Как и оптоизолированные SCR, симисторные оптопары обычно имеют очень высокие коэффициенты передачи тока.

Симисторная оптопара, используемая в базовой схеме. Изображение предоставлено: roysoala

Технические характеристики и параметры выбора

Характеристики ввода/вывода

Оптопары

часто определяются конфигурацией их входных и выходных цепей. Например, входные характеристики состоят из информации об источнике света, такой как прямой ток светодиода, рассеиваемая мощность или длина волны. Спецификации вывода часто включают аналогичную информацию о детекторе устройства. Одной характеристикой, общей для обеих схем, является напряжение изоляции.

Напряжение изоляции иногда называют входным и выходным напряжением изоляции и является одной из наиболее важных характеристик оптопары. Напряжение изоляции представляет собой максимальное напряжение, которое может быть приложено как к входной, так и к выходной цепям при сохранении электрической изоляции.

Коэффициент передачи тока

Коэффициент передачи тока, или CTR, описывает взаимосвязь между выходным током и входным током, вызвавшим его. Это минимальное значение, выраженное в процентах от входного тока. Типичные показатели CTR составляют около 10-50%; эти устройства работают аналогично понижающим разделительным трансформаторам.