Обозначение оптопары на схеме: Оптроны. Энциклопедия электроники L7805CV — Мир Антенн

Содержание

Оптопара: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

Принцип работы
Разновидности
Примеры
Вывод
FAQ

Принцип работы

Как нетрудно догадаться из названия, устройство состоит из пары элементов, как-то связанных с оптикой. Так и есть, первый — излучатель света, второй — приемник. В качестве излучателя может быть использован любой источник из видимого или невидимого спектра: светодиод, лазер, восковая свеча, да хоть лампочка Ильича. В качестве приемника: фототранзистор, фотодиод, реже камера. Оптопара может быть выполнена в качестве цельного, готового к применению устройства, содержащего в одном корпусе оба элемента, в таком случае оно еще известно под общим названием “оптрон”. Реже оптопара может представлять собой два отдельных устройства, которые взаимодействуют между собой на расстоянии без физического контакта.

Несмотря на разницу в исполнениях, принцип работы у них одинаков — излучатель передает сигнал, приемник принимает. Для чего это нужно и как это использовать на практике, рассмотрим далее.

Разновидности

Назначений такому дуэту можно придумать массу, и эта масса разделяется, по принципу работы, на три вида. В первом случае Приемник фиксирует сам факт наличия сигнала на излучателе. Светит ему что-то или нет?

Данная схема используется, например, для передачи какой-либо информации между двумя независимыми и гальванически не связанными электрическими схемами. При этом оптопара так и называется: гальваническая развязка. В качестве сигнала может быть, например, источник напряжения 12В или 220В, а принимающая сторона работает на логике 3,3В, чтобы не сжечь первым второе, используем оптопару. Дешево, надежно и безопасно.

Во втором случае излучатель светит всегда, но мы контролируем наличие или отсутствие препятствий между источником и приемником.

Такого рода устройства применяются в качестве более точной и долговечной альтернативы концевым переключателям.

Хороший пример — 3D принтеры. В более дорогих моделях в качестве датчиков крайних положений печатающего узла и столика используются именно оптопары. Остальные им завидуют и стремятся побыстрее проапгрейдить свои капризные механические концевики.

Третий тип консольный. Излучатель не светит непосредственно на приемник, но приемник все равно в состоянии уловить этот свет, если тот удачно отразится от какой-либо поверхности.

Применяется для определения наличия поверхности в принципе или ее отдельных свойств, например цвета. Подобного типа датчики широко используются для создания всем надоевших машин, ездящих вдоль черной линии, что уже является неким “Hello World!” в мире начинающих любителей робототехники.

Примеры

Оптроны конструктивно подразделяются на те же три вида, в зависимости от описанных выше принципов: закрытый, щелевой и открытый.

Закрытый оптрон полностью соответствует своему названию и представляет собой “черный ящик” со входом и выходом.

Устройство его очень простое, на входе светодиод, на выходе фототранзистор. Подаем напряжение на вход (не забывая про токоограничивающий резистор!), на выходе получаем либо открытый либо закрытый транзистор, что легко перевести в логический ноль или единицу.

В упрощенном виде схема подключения закрытого оптрона можно изобразить так:

В данном примере, пока кнопка разомкнута, на выходе будет считываться уверенная единица, но замыкая кнопку, транзистор закрывается и, как следствие, на выходе образуется не менее уверенный в себе ноль.

Показательным примером использования закрытого оптрона является управление реле. Каким бы ни было напряжение на силовой части, на сигнальную сторону никаких вредных воздействий не будет, даже если само реле сгорит от перегрузки или короткого замыкания.

В продаже имеются многокатальные оптроны, то есть имеющие несколько независимых входов и выходов, иногда это удобно для экономии места, а также (при некоторой сноровке и наличии дополнительных нехитрых электронных компонентов) позволяет конструировать логические схемы, избавляя контроллер от некоторых операций или вовсе обходясь без него.

Кроме того, существуют оптроны симметричные, когда одновременно открывается несколько транзисторов, или асимметричные, когда одни открываются, а другие закрываются при одном и том же сигнале. Хватило бы фантазии как использовать все эти комбинации.

Более совершенным подвидом закрытых оптронов являются их цифровые братья. Они сразу предоставляют готовый сигнал на выходе, толерантны к большим диапазонам напряжений, уже имеют на борту элементы бинарной логики и намного быстрее реагируют. Время срабатывания исчисляется наносекундам, в отличие от микросекунд у традиционных вариантов. Иногда это преимущество очень существенно, особенно если речь идет скоростной передачи данных.

Щелевой оптрон может иметь любой размер и форму — от банального куба до самой непредсказуемой, в зависимости от технических нужд и фантазии изготовителя, но на нем обязательно должна присутствовать так называемая “оптическая щель”, разделяющая источник и приемник. Именно через нее проходит луч света, который может быть перекрыт объектом из внешнего мира.

Как уже упоминалось выше, подобные оптроны заменяют концевые переключатели, а также используются в оптических энкодерах, частным случаем которых является морально устаревшая шариковая мышь.

Частным случаем щелевого оптрона является оптопара из двух отдельных устройств. По сути, отличие лишь в отсутствии единого корпуса и наличии огромной “щели”, размер которой ограничивается мощностью излучателя и прозрачностью рабочей среды. В качестве излучателя для такого рода устройств чаще всего используется лазер, потому что его луч способен сохранять форму, размер и яркость на гораздо больших расстояниях, чем любые другие источники света. Применяется для контролирования перемещений больших объектов на производстве и в охранных системах. Часто сетки из таких оптронов можно видеть в квестах и голливудских фильмах, потому что они очень эффектно выглядят, правда только в дымке.

Ради любви к истине следует отметить, что движущиеся охранные лучи работают, вероятно, по другому принципу, так как перемещать приемники вслед за лучами технически очень сложно.

Но киноделы этим не заморачиваются и, судя по всему, приемники им вовсе не нужны.

Еще одно интересное применение открытой оптопары. Если “растянуть” лазерный луч над водной гладью заполненной емкости и правильно соединить контакты с фотовспышкой, то удастся поймать в любом количестве нужное и красивое мгновение входа предмета в воду без использования дорогой скоростной камеры.

Открытый оптрон, более известный в народе как “датчик препятствий” и “датчик черной линии”, представляет собой излучатель и приемник, направленные в одну сторону.

Как правило, для таких датчиков используется инфракрасный спектр излучателя, чтобы минимизировать нежелательное влияние внешней засветки.

Кроме этого, важным отличием открытых оптронов от предыдущих видов является возможность регулировки чувствительности приемника. Если у закрытых и щелевых все просто: свет либо есть, либо его нет, то для открытых его может быть много или мало, а условную границу того, что считать “белым”, а что “черным”, можно слегка подкручивать вручную.

Причем делать это в прямом смысле, вращая потенциометр отверткой. Для датчика препятствий физически это означает расстояние до поверхности (чем выше чувствительность, тем дальше заметит), а для датчика линии — контрастность этой самой линии на остальном фоне поля.

Широко применяются в автоматизации, охране, робототехнике, аттракционах и так далее.

Выводы

Оптопара — яркий, удачный и классический пример симбиоза двух элементарных компонентов электроники. Простое сочетание позволило получить надежное устройство с широким спектром применения:

датчики движения,
датчики препятствия,
датчики положения,
энкодеры,
гальваническая развязка в массе устройств,

многое другое.

Знать возможности оптопар, уметь пользоваться и правильно применять должен каждый уважающий себя DIY-мастер.

FAQ

Зачем нужен резистор на входе оптрона?
В качестве излучателя используется обычный по своим свойствам светодиод. Внутреннее сопротивление его стремится к нулю, а поэтому без резистора, ограничивающего ток, он очень быстро перегорит.

Каким образом считывать показание с выхода оптрона?
Так же как с обычной кнопки — или периодическим опросом, или через аппаратное прерывание.

Есть ли “дребезг” на выходе с оптрона?
Теоретически нет, обычный оптрон просто не успеет его передать, а цифровой обеспечен встроенным гистерезисом. Однако на практике такое возможно, например, когда край отслеживаемого щелевым оптроном объекта неровный и движется достаточно медленно. В этом случае в переходный период может произойти некоторое “мерцание”, когда светодиод будет то включаться, то выключаться. Подавлять нежелательный эффект можно так же, как “дребезг” кнопки, проще всего программно, при помощи подобранных — в зависимости от ситуации — пауз между опросами.

Можно ли обмануть датчик движения на оптопаре при помощи зеркала, как это показывают в некоторых фильмах?
Теоретически можно, но при помощи системы из четырех как минимум зеркал, которые “поднимут” луч, образуя арку для злоумышленника. Практически же воспользоваться такой системой почти невозможно, малейшее колебание — и луч собьется. Однако можно временно засветить приемник другим лазером, если устройство не оборудовано способом борьбы с такого рода обманом.

Можно ли при помощи датчика препятствий узнать расстояние до преграды?
Нет, датчик возвращает бинарный сигнал — либо “есть препятствие”, либо “нет препятствий”. Однако можно использовать несколько заранее отрегулированных на разное расстояние датчиков и получать примерную информацию о положении препятствия. Иногда это удобно, например, чтобы предварительно сбросить скорость робота, манипулятора, конвейера перед окончательной точной остановкой.

Сколько нужно датчиков черной линии для робота?
Достаточно одного, но двигаться робот будет медленно, регулярно теряя и ища линию. Два обеспечат довольно устойчивое распознавание линии и более-менее уверенное движение. Четыре и более обеспечат навигацию робота гоночными возможностями, если для этого есть остальные возможности.

Виды и УГО оптрона

Связь Виды и УГО оптрона

просмотров — 1191

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

Оптрон строение, назначение, подключение к ESP8266 | TehnoZet-2

Исправление от 01.02.2021

Оптроны (оптопары) — электросветовые приборы, служащие для двойного преобразования электрического тока в свет и света в электрический ток.

Обозначение в схемах

Обозначение на схемах

Или так

Обозначение на схемах

Внутренне строение на рентгене

Строение

По принципу исполнения бывают с:

открытым оптическим каналом
закрытым оптическим каналом

С открытым каналом

Имеет механическое разделение приемное и передающей частей, таким образом можно прерывать световой поток.

Данный электронный компонент входит в компьютерную мышь, это мы о оптическом энкодере, в дешевые мыши ставится механический (о нем в статье: «Энкодер что, зачем, почему?»). Просматривая эту информацию вы прокручиваете страничку колесиком мышки — и вот там в колесике как раз и работает вот такой оптрон с открытым оптическим каналом (конечно если у вас дорогая премиальная мышь)

С закрытым каналом

Оптрон тут это полностью закрытый прибор служит для гальванической развязки элементов схемы, т. е. электрически разделяются элементы схемы. Применений может быть огромное множество.

Выскажу банальную вещь, но. Исходя из принципа работы, оптрон проводит сигнал только в одну сторону от светодиода к фототранзистору. В другую сторону передача информации не возможна.

Передача информации

Может применятся для согласования логических уровней, статья: «Логические уровни и их преобразование», но только как однонаправленный конвертер

У меня есть оптроны двух типов, заказывал я их как всегда на Ali, это :

Разберемся с этими оптронами (PC817, PC357C) они с закрытым каналом и выполнены в едином неразрывном корпусе

PC817

Характеристики:

Количество каналов: 1
Тип выхода: фототранзистор
Напряжение изоляции: 5000В
Максимальный прямой ток: 50мА
Максимальное выходное напряжение: 35В
Время включения: 4мкс
Время выключения: 3мкс

Принцип работы

Принцип работы прост, но нужно понимать что по сути это два электрически разных прибора объединённых в одном корпусе

С одной стороны на входе это светодиод и рассчитываем параметры схемы мы исходя из принципа расчета для светодиода.
С другой стороны на выходе это фототранзистор, это обычный транзистор, но он открывается при освещении, а освещается он светодиодом

Все характеристики я приводит не буду, но вот основные:

Для входа (светодиод)

Типовое напряжение питания (прямое напряжение) 1,2 В, при токе (прямой ток) 20 мА (0,02 А) По сути это питания светодиода.

Если мы захоти его подключить к ПИНу ESP8266 «стандартный «резистор будет на 1КОм (1000 Ом)

Поговорим о выходе

Для выхода (фототранзистор)

напряжение коллектор-эмиттер до 35 В;

напряжение эмиттер — коллектор до 6 В;

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А)

Так как там расположен фототранзистор то электрические характеристики и соответствуют ему

Фототранзистор это как обычный транзистор только на базу (полупроводниковый базовый слой) не подается электрический ток для открытия транзистора, а подается свет (в данном случае от светодиода) и под воздействием света транзистор открывается.

Транзистор работает в режиме переключения это означает, что он либо открыт (включен), либо закрыт (выключен)

Так как это NPN транзистор то в направлении коллектор-эмиттер он хорошо пропускает ток и способен пропустить до 35 вольт

А вот в обратном направлении он то же способен пропускать ток, но делает это плохо неохотно всего до 6 вольт

Распайка PC817

Распиновка PC817

Или вот так

Распиновка PC817

Или вот так, прямо на чипе

Распиновка PC817

Исходя из описанного выше типовая схема включения будет следующей

№1 с подтяжкой (стягивающий) к питанию

Подключение оптрона с подтяжкой к питанию

№2 с подтяжкой к земле

Подключение оптрона с подтяжкой к земле

А как подключать? А как удобнее в конкретном случае так и подключайте.

Где R — резистор (сопротивление):

R1 — Токоограничивающий резистор светодиода, около 1КОм при напряжении 3,3-5 вольт
R2 — Подтягивающий резистор, 1кОм-10 кОм.
R3 — Токоограничивающий резистор пина контролера, 200 Oм — 2 кОм

Про подтягивающий и стягивающий резисторы отдельная статья: «Подтягивающий (стягивающий), токоограничивающий резисторы. Зачем, для чего, почему и конечно, что делать?»

PC357C

Перейдем к PC357C

Распиновка: абсолютно такая же как для PC817, см. выше.

Характеристики

Вход

Типовое напряжение питания (прямое напряжение) 1,2 В, при токе (прямой ток) 20 мА (0,02 А).По сути это питания светодиода. Все то же что и выше для PC817

Выход

Напряжение коллектор-эмиттер до 80 В (больше почти в два раза)

Напряжение эмиттер — коллектор до 6 В (то же что и выше)

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А) (то же что и выше)

Но по сути все тоже самое что и выше.

Создаем простейший тестер оптопары

Теперь зная все это мы можем создать сами тестер оптопары которыми переполнен интернет с условием использовать минимум деталей. Нам обязательно понадобится светодиод для детекции работы и два токоограничивающего резистора и все.

R1 — токоограничивающий резистор для оптопары 1Kom
R2- токоограничивающий резистор для светодиода 1Kom
VCC1-питание (+) для светодиода
VCC2 -питание (+) для оптопары
Индикаторный светодиод

Тестер оптопары

Я специально разделил питание на две части, для лучшего понимания схемы.

Принцип работы для самых маленьких

Когда есть питание только на VCC1 (+) светодиод не горит потому как коллектор-эмитер закрыт светодиод оптопары не работает

Когда есть питание только на VCC2 (+) светодиод не горит потому как на нем нет положительного потенциала, но оптопара работает мы просто этого не видим.

И только когда есть питание и на VCC1 (+) и на VCC2 (+) светодиод горит в этом случае транзистор оптопары открылся — оптопара рабочая.

И вот как это выглядит в реальности

Тестер оптопары

Практическая реализация

Перейдем к практической реализации. Мне нужно собрать контроллер наличия напряжения в сети, а именно наличия/отсутствия постоянного напряжения в12 вольт для ESP8266. Можно это сделать разными способами, например с помощью резистивного делителя напряжения или с помощью оптрона и это хороший вариант так как в данном случае разные части схемы будут гальванически развязаны.

Контроллер постоянного напряжение сети 12 вольт на оптроне

Мне понадобится:

Один оптрон, например PC817
Сопротивление (R), я взял все по 1.5 кОм (SMD 152)

На данной схеме земля общая т. е. гальванической развязки нет.

Схема

По сути это схема которая была выше

Схема принципиальная электрическая подключение оптрона

Если напряжение 12 вольт есть то на ПИНе будет «+» т. е. высокий уровень или, по другому «1». Если 12 вольт нет, светодиод не светит, транзистор закрыт на ПИНе минус, низкий уровень, «0».

Настройка в прошивке ESP Easy

Настроим все это в прошивке ESP Easy, по сути это выключатель, включено/выключено (один или ноль) поэтому выбираем «Switch input — Switch»

ESP Easy «Switch input — Switch»

А затем стандартная настройка как для выключателя. Можно посмотреть в статьях

Подключение кнопки на ESP8266
Подключаем кнопку и светодиод и настраиваем их в прошивке ESP Easy

Вот скриншот, все как обычно

Конечно вы выбираете свое GPIO, то которое используете, у меня это GPIO0

Если есть напряжение в сети, значение («Values») будет «1»

Если нет напряжения в сети 12 вольт, значение («Values») будет «0»

На сегодня все, но к оптронам мы еще вернемся, это был разогрев перед более серьезными вещами, и да, я интригую.

Статьи по теме на нашем канале:

Прошивка ESP Easy

Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2, будет интересно! Мы только развиваемся! Понравилась статья, хотите продолжения — ставьте лайк, жмите палец вверх!

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.

Оптрон PC817 схема включения, характеристики

Мне кажется, что транзисторный оптрон PC817 самый распространенный хотя бы потому, что он стоит практически в каждом импульсном блоке питания для гальванической развязки цепи обратной связи.

Корпус достаточно компактный:

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

Производитель PC817 – Sharp, многие другие производители электронных компонентом выпускают аналоги. И при ремонте электронной аппаратуры можно наткнутся именно на аналог:

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

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются его полные аналоги:

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

PC817 схема включения

Для PC817 схема включения стандартная как для любого транзисторного оптрона: на входе нужно ограничивать ток — например с помощью резистора, на выходетакже не стоит превышать ток.

Но дешевле использовать несколько PC817 вместо многоканального аналога.

PC817 характеристики

Характеристики светодиода:

Прямой ток — 50 мА;
Пиковый прямой ток — 1 А;
Обратное напряжение — 6 В;
Рассеяние мощности — 70 мВт.

Характеристики фототранзистора:

Напряжение коллектор-эмиттер — 35 В;
Напряжение эмиттер-коллектор — 6 В;
Ток коллектора — 50 мА;
Мощность рассеяния коллектора — 150 мВт.

Есть ещё важный параметр — коэффициент передачи по току (CTR) измеряемый в %. В оптопаре PC817 он определяется буквой после основного кода, также как и большинстве других оптопар и других полупроводниковых приборов.

№ модели	Метка коэффициента	CTR (%)
PC817A	A	80 — 160
PC817B	B	130 — 260
PC817C	C	200 — 400
PC817D	D	300 — 600
PC8*7AB	A или B	80 — 260
PC8*7BC	B или C	130 — 400
PC8*7CD	C или D	200 — 600
PC8*7AC	A,B или C	80 — 400
PC8*7BD	B,C или D	130 — 600
PC8*7AD	A,B,C или D	80 — 600
PC8*7	A,B,C,D или без метки	50 — 600

* — 1, 2, 3 или 4.

тестер оптопар

На многих форумах можно прочитать, что раз деталь такая дешевая, то и проверять её не стоит, а просто меняем и все. У меня против этого мнения следующие доводы: все равно нужно узнать сгорела оптопара или нет, потому что это поможет понять, что ещё могло сгореть, да и новый оптрон может оказаться бракованным.
Проверить оптопару можно прозвонив тестером светодиод и проверить на короткое замыкание транзистор, потом пропустить через светодиод ток и посмотреть, что транзистор открылся.

Но проще всего соорудить простейший тестер оптопар, для него понадобятся только:

Два светодиода,
Две кнопки,
Два резистора.

Светодиоды подойдут на ток 5-20 мА и напряжение около 2-х вольт, R1, R2 — 300 Ом.

Питается тестер от USB порта получая от него 5 В, но можно питать тестер и от 3-х или 4-х батареек AA. Можно питать и от батарейки 9 В или 12 В или источника питания, вот только тогда нужно будет пересчитать сопротивления резисторов R1, R2.

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

Основной тип	Полные зарубежные аналоги (отечественный вариантаналога)	Корпус	Особенности выхода
MOC8113	TLP632(GB), 0РТ06Ю	DlP-6	1 канал без вывода базы_
MOC8204	TLP371	DIP-6	1 канал
MOC8205	TLP371	DIP-6	1 канал
MOC8206	TLP371	DlP-6	1 канал
CNYt7-t	LTV702VA, PC702VA, CNY17-2, K102P2	DIP-6	1 канал
CNY17-2	LTV702VB, PC702VB, CNY75A, TLP535-2________	DIP-6	1 канал
CNY17-3	LTV702VC, PC702VC, CNY75B, TLP535-3________	DIP-6	1 канал
CNY17-4	LTV702VD, PC702VD, CNY17-4, CNY75C, TLP535-4	DIP-6	1 канал
CNX36	PC703VB, TLP631, CQY80N	DIP-6	1 канал
PC725V	LTV725V, MCA11G, h21G, TLP371, IL66_____	DIP-6	1 канал со схемой Дарлингтона
PC810	PS2701-1, PS2561-1, PS2701-1________	DIP-4	1 канал без вывода базы_
PC812	PS2701-1, PS2561-1	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC813	LTV814, TLP520GB, TLP620, PS2705-1, PS2565-1________	DIP-4	1 канал без вывода базы_
PC814	LTV814, TLP520GB, TLP620, PS2705-1, PS2565-1, KB814	DIP-4	1 канал без вывода базы _
PC815	LTV815, TLP523, TIL197, ISP815, PS2502-1, PS2702-1, PS2502-1, KB815_	DIP-4	1 канал со схемой Дарлингтона
PC816	LTV816, TLP321, PS2701-1, PS2561-1,KB816_	DIP-4	1 канал без вывода базы_ ______
PC817	LTV817, TLP521-1, TLP621, SFH618, PS2701-1, PS2561-1, KB817, (АОУ174)________	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC818	TLP621, PS2701-1, PS2561-1	DIP-4	1 канал без вывода базы
PC824	LTV824, TLP620-2, PS2505-2, KB824 __________	DIP-8	2 канала

Окончание табл. 7

Основной тип	Полные зарубежные аналоги (отечественный вариант аналога)	Корпус	Особенности выхода
PC825	LTV825, ILD30, TLP523-2, PS2502-2, KB825_	DIP-8	2 канала со схемой Дарлингтона__
PC826	LTV826, TLP321-2, PS2501-2, PS2561-2_______	DIP-8	2 канала
PC827	LTV827, TLP621-2, K827P2, PS2501-2, PS2561-2_______	DIP-8	2 канала
PC844	LTV844, TLP620-4, ISP844, PS2505-4, KB844, OPTQ164	DIP-16	4 канала
PC845	LTV845, ILQ30, ISP845, PS2505-4, KB845, OPTQ162	DIP-16	4 канала со схемой Дарлингтона
PC846	PS2501-4, KB846	DIP-16	4 канала
PC847	LTV847, TLP521-4, K847P2, ILQ621, ISP847, PS2501-4, KB847, OPTQ161	DIP-16	4 канала

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

Как научиться читать электрические (принципиальные) схемы начинающему

Рубрика: Статьи обо всем Опубликовано 28.01.2020 · Комментарии: 0 · На чтение: 10 мин · Просмотры:

Post Views: 4 180

Принципиальные схемы — это основа радиолюбительства и электроники. Схемы помогают собирать устройства и разбираться в работе радиодеталей. Без них была бы полная неразбериха, если бы детали рисовали на схемах так, как они выглядят на самом деле.

Особенности чтения схем

В принципиальных схемах проводники (или дорожки) обозначаются линиями.

Так обозначаются проводники, которые пересекаются, но они не имеют общего соединения и электрически друг с другом не связаны.

А вот так они выглядят, если между ними есть соединение. Черная точка — это узел в схеме. Узел — это соединение нескольких проводников или деталей вместе. Они электрически друг с другом связаны.

Общая точка

Часто у начинающих радиолюбителей возникает вопрос — что это за символ на схеме?

Это общая точка (GND, земля). Раньше ее называли общим проводом. Так обозначается единый провод питания. Обычно это минус питания. Раньше на схемах могли сделать общим проводом и плюс питания. В данном случае схема без общей точки выглядела бы вот так:
Общая точка с однополярным питанием визуально лучше и компактнее выглядит, чем если просто сделать единую линию между ними.

Еще общей точкой ее называют потому, что относительно нее можно измерять любые остальные точки на схемах. Например, ставите щуп мультиметра на общую точку, а вторым щупом можете проверить любую часть цепи на схеме.

Почему она может называться землей (GND)? Раньше в качестве общего провода могло использоваться шасси корпуса прибора. Из-за этого возникла путаница между заземлением и землей. Оно интерпретируется в контексте схемы. Та схема, что была разобрана выше — общая точка (земля) это просто минус питания. Другое дело это двуполярные источники тока и заземление.

Двуполярное питание и общая точка

В двуполярном питании общая точка — это средний контакт между плюсом и минусом.

Заземление

Примером заземления может послужить фильтр в компьютерных блоках питания.

С конденсаторного фильтра помехи идут на корпус блока питания. Это и есть заземление. А с блока питания они должны уходить в розетку, если у вас есть заземление, иначе сам корпус блока питания может быть под напряжением. Токи там не большие, они не опасны для жизни. Это делается с целью уменьшения импульсных помех в блоке питания и безопасности.

Иногда в блоках питания вместо корпуса помехи с конденсатора идут на общую точку. Это все зависит от конструкции и схемотехники. В этом случае помех будет больше, чем с заземлением.

А вообще, на схемах есть разные заземления. Например, в цифровой технике разделяют аналоговую землю и цифровую. чтобы не нарушать режимы работы схемы. Импульсные помехи могут повлиять на аналоговую часть схемы.

Номиналы радиодеталей

Вообще, в этом плане есть разногласия. Согласно ГОСТУ на текущий момент, номиналы деталей на принципиальных схемах не указывается. Это сделано ради того, чтобы не нагромождать схему информацией.

К принципиальной схеме прилагается список деталей, монтажная и структурные схемы, а также печатная плата.

Есть еще один общепринятый стандарт. На схемах указываются номиналы некоторых деталей и их рабочие напряжения.

Например, на этой схеме есть два резистора.
По умолчанию сопротивление без приставки пишется только числом. У R2 сопротивление равно 220 Ом. А у R3 после числа есть буква. Сопротивление этого резистора читается как 2,2 кОм (2 200 Ом).

Рассмотрим на схеме два конденсатора.

В данном случае C5 это неполярный конденсатор с емкостью 0,01 мкФ. Микрофарады могут обозначаться как мкФ, так и uF. А конденсатор С6 полярный и электролитический. На это указывает знак плюс возле УГО. Емкость С6 равна 470 мкФ. Номинальное рабочее напряжение указывается в вольтах. Здесь для С6 это 16 В.

Нанофарады обозначаются как nF.

Если на схеме нет приставки микрофарад (мкФ, uF), или нанофарад (нФ, nF) то емкость этого конденсатора измеряется в пикофарадах (пФ, pF). Такое условие не общепринятое, поэтому тщательно изучите схему, которую вы собираетесь читать или собирать. В фарадах (F) емкостей мало, поэтому используются мкФ, нФ и пФ.

Что такое даташит и для чего он нужен

Даташит (Datasheet) — это техническая спецификация, в которой указывается полная информация о радиодетали. Вся техническая информация, основная схема включения, параметры и типы корпусов указываются именно в этом документе.

Даташиты бывают на разных языках, в основном на английском. Есть и переведенные варианты.

Документация на микросхему NE555. Нарисован корпус и внешний вид детали.

Здесь подробно описывается микросхема, ее параметры и условия работы.

Такая документация есть на любую деталь. Это очень удобно и информативно, особенно при поиске аналогов. А помощью интернета поиск аналога деталей или схемы стал еще проще.

Еще даташит позволяет опознать неизвестную деталь или микросхему. Достаточно написать ее название в поисковике, добавить слово даташит, и в результатах поиска будет вся документация.

Как научиться читать принципиальные схемы

На самом деле есть только несколько способов. Это теория и практика. Если вы выучите обозначение радиодеталей, это еще не значит, что вы выучили схемотехнику. Это все равно, что выучить азбуку, но без грамматики и практики вы не выучите язык.

Теория — это схемотехника, книги, описание принципа работы схемы. Практика — это сборка устройств, ремонт и пайка.

Например простая схема усилителя на одном транзисторе.

Вход X1 плюс (левый или правый канал), X2 минус. Звуковой сигнал поступает на электролитический конденсатор C1. Он защищает транзистор VT1 от замыкания, поскольку транзистор VT1 постоянно открыт при помощи делителя напряжения на R1 и R2. Делитель напряжения устанавливает рабочую точку на базе транзистора VT1, и транзистор не искажает входной сигнал. Резистор R3 и конденсатор C2, которые подключены к эмиттеру транзистора VT1, выполняют функцию термостабилизации рабочей точки при повышении температуры транзистора. Электролитический конденсатор C3 накапливает и фильтрует питающее напряжение. Динамическая головка BF1 служит выходом звукового сигнала.

Можно ли это понять, только выучив обозначения радиодеталей без схемотехники и теории? Навряд-ли.

Еще сложнее дело обстоит с цифровой техникой.

Что это за микроконтроллер, какие он функции выполняет, какая прошивка и какие фьюзы в нем установлены? А вторая микросхема, какой это усилитель? Без даташитов и описания к схеме не получится понять ее работу.
Изучайте схемотехнику, теорию и практику. Просто выучив название деталей не получится разобраться в схемотехнике. Обозначение радиодеталей выучиться само по себе по мере практики и накопления знаний. Еще все зависит от выбранной отрасли. У связистов одна схемотехника, у ремонтников мобильной техники другая. А те, кто занимается звуком, не очень поймут электриков. Как и наоборот. Чтобы понять другую отрасль, ее схемотехнику и принципы работы нужно в нее погрузиться.

Принципиальные схемы это своего рода язык, у которого есть разные диалекты.

Поэтому, не следует строить иллюзии. Изучайте схемотехнику и собирайте схемы.

Принципиальные схемы помогают собирать устройства, и при изучении теории, понимать работу устройства. Без знаний и опыта, схема это просто схема.

Обозначения радиодеталей на принципиальных схемах

УГО — это условно графическое изображения радиодетали на схеме. Некоторые УГО различаются друг от друга.

Например, в США обозначение резисторов отличается от СНГ и Европы.

Из-за этого меняется восприятие схемы.

Однако внешне и по обозначениям они похожи. Или например, транзисторы. Где-то они чертятся с кругами, а где-то без. Могут различаться размеры и угол стрелок. В таблице представлены УГО отечественных радиодеталей.

Биполярный p-n-p транзистор

Однопереходный транзистор с n базой

Однопереходный транзистор с p базой

Обмотка реле

Заземление

Диод

Диодный мост

Диод Шотки

Двуханодный стабилитрон

Двунаправленный стабилитрон

Обращенный диод

Стабилитрон

Туннельный диод

Варикап

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности с подстраиваемым сердечником

Катушка индуктивности с сердечником

Обмотка

Регулируемый сердечник

Опорный конденсатор

Переменный конденсатор

Подстроечный конденсатор

Двухпозиционный переключатель

Герконовый переключатель

Размыкающий переключатель

Замыкающий переключатель

Полевой транзистор с каналом n типа

Полевой транзистор с каналом p типа

Быстродействующий плавкий предохранитель

Инерционно-плавкий предохранитель

Плавкий предохранитель

Пробивной предохранитель

Термическая катушка

Тугоплавкий предохранитель

Выключатель-предохранитель

Разрядник

Разрядник двухэлектродный

Разрядник электрохимический

Разрядник ионный

Разрядник роговой

Разрядник шаровой

Разрядник симметричный

Разрядник трехэлектродный

Разрядник трубчатый

Разрядник угольный

Разрядник вакуумный

Разрядник вентильный

Гнездо телефонное

Разъем

Подстроечный резистор

Резистор 0,125 Вт

Резистор 0,25 Вт

Резистор 0,5 Вт

Резистор 1 Вт

Резистор 2 Вт

Резистор 5 Вт

Динистор проводящий в обратном направлении

Динистор запираемый в обратном направлении

Диодный симметричный тиристор

Тетродный тиристор

Тиристор с управлением по катоду

Тиристор с управлением по аноду

Тиристор с управлением по катоду

Тиристор триодный симметричный

Запираемый тиристор с управлением по аноду

Запираемый тиристор с управлением по катоду

Диодная оптопара

Фотодиод

Фототиристор

Фототранзистор

Резистивная оптопара

Светодиод

Тиристорная оптопара

Это далеко не все детали.

И зубрить их особого смысла нет. Такие таблицы пригодятся в виде справочника. Можно опознать что за деталь представлена на схеме во время ее изучения или сборки устройства.

Какими буквами обозначаются радиодетали на схемах

Буквенное обозначение на схеме	Радиодеталь
R	Резисторы (переменный, подстроечный и постоянный)
VD	Диоды (стабилитрон, мост, варикап и т.д.)
C	Конденсаторы (неполярный, электролитический, переменный и т.д.)
L	Катушки и дроссели
SA	Переключатели
FU	Предохранители
FV	Разрядники
X	Разъемы
K	Реле
VS	Тиристоры (тетродные, динисторы, фототиристоры и т.п.)
VT	Транзисторы (биполярные, полевые)
HL	Светодиоды
U	Оптопары

Post Views: 4 180

Использование надежных цифровых изоляторов в жестких условиях эксплуатации приводов электродвигателей

Введение

Надежные цифровые изоляторы требуются в суровых условиях эксплуатации электродвигателей. В этих очень сложных условиях предъявляются требования к невосприимчивости к переходным процессам высокого напряжения, вызывающим искажения данных, и влиянию электрического напряжения высокого напряжения на срок службы изолятора. Типичным решением для изоляции в этих приложениях являются оптопары, которые выдерживают высокие напряжения из-за их толстых слоев внутренней изоляции.Недостатком оптопар является использование светоизлучающих диодов (СИД), которые со временем теряют свою силу света и меняются в зависимости от температуры, что создает проблемы с дизайном и надежностью. Появились новые, более надежные цифровые изоляторы, исключающие использование Светодиоды и проблемы с их надежностью, а также улучшенная изоляционная способность, позволяющая конкурировать с оптопарой. Эти цифровые изоляторы обладают преимуществами повышенной невосприимчивости к переходным процессам высокого напряжения, что является требованием для приложений управления двигателями.В этой статье будет подробно описано, как работают эти новые цифровые изоляторы и как их расширенные возможности превзойдут оптопары в этих приложениях.

Приложения

Существует ряд конструкций систем для приводов электродвигателей, в зависимости от производительности и уровня мощности приложения, а также от конкретные схемы управления и изоляции. На рисунке 1 показана блок-схема изолированной связи, которая часто используется для инверторов или низкоуровневых двигателей. диски. В этой системе контроллер находится под тем же потенциалом, что и силовой каскад, при этом интерфейс связи изолирован, поскольку обычно это более простой и более простой интерфейс.В этих системах силовой инвертор может иметь драйверы затвора нижнего плеча, которые не нужно изолировать, поскольку они имеют то же заземление, что и блок управления двигателем. Драйверы верхнего плеча могут быть изолированы, но также могут использоваться такие методы, как сдвиг уровня, особенно если уровни напряжения инвертора мощности не слишком высоки. На этой блок-схеме контроллер мотора напрямую подключен к обратной связи инвертора без использования изоляции. Эта архитектура имеет ограничения при использовании на более высоких уровнях мощности. Дополнительный шум, создаваемый сигналами переключения на двигатель, может подавить сигнал обратной связи, используемый для контроля тока двигателя, и потенциально может привести к потере управления двигателем.

Для высокопроизводительных приводов — например, больших многофазных приводов, используемых в промышленных двигателях, и в тяговых двигателях, используемых в поездах, — изолированные потребуется управление и связь, как показано на рисунке 2. На этой блок-схеме системы управление и связь вместе находятся на безопасной стороне изолирующего барьера по причинам помехоустойчивости и более высокой скорости связи.Теперь, когда блок управления двигателем находится на безопасной стороне изолирующего барьера, требуется изоляция всех приводов ворот. Конкретное напряжение изоляции и требования безопасности определяются подробной архитектурой и расположением изоляционных барьеров. На блок-схеме обратная связь инвертора используется для управления моторным приводом и является одной из наиболее важных областей управления двигателем. Обратная связь инвертора показана подключенной к узлам измерения тока i _V и i _W в двух фазах трехфазного двигателя переменного тока.На схеме изолированной системы управления и связи обратная связь инвертора должна подключаться через изоляцию. барьер; следовательно, здесь также требуется изоляция. Во многих приложениях с электродвигателями большой мощности архитектура потребует усиленной изоляции от высоких напряжений трехфазного электродвигателя, чтобы защитить пользователя от воздействия высоких напряжений. Эти усиленные приложения предъявляют самые высокие требования к напряжению изоляции, для чего может потребоваться изолятор. иметь большую толщину внутренней изоляции в зависимости от материалов.

Изоляция

Изоляционная способность изолятора — это его способность выдерживать высокое напряжение в течение всего срока службы. Различные типы изоляционных материалов будут имеют разные возможности в условиях окружающей среды, переходных процессов напряжения и форм колебаний напряжения. Оптопара была традиционной высоковольтный изолятор благодаря толстой изоляции, высокой стойкости к напряжению и многолетнему опыту работы в полевых условиях. В оптопарах используется пластик формование в качестве изоляции, и процесс может включать в себя воздушные пустоты в изоляции, которые вызывают частичный разряд и приводят к повреждению изоляции.По этой причине сертификационные требования агентства по испытанию изоляции высоким напряжением будут включать испытания на частичный разряд. В отличие от оптопары, в цифровом изоляторе для первичного изолирующего барьера используются внутренние слои изоляции, полученные в четко определенном и строго контролируемом процессе производства полупроводников. Это устраняет пустоты в изоляции и делает структуру изоляции более простой и надежной. Цифровые изоляторы исключают использование светодиодов и проблемы с их надежностью, и они стали более надежными благодаря усовершенствованиям процесса, направленным на увеличение толщины и состава изоляционного слоя. В некоторых цифровых изоляторах используется диоксид кремния в тонких слоях для создания изоляции с высокой диэлектрической прочностью, которая широко использовалась в качестве изолятора на полупроводниковом кристалле. Недостатком изоляции из диоксида кремния является то, что она является неотъемлемой частью ИС, и повреждение ИС может привести к повреждению изоляции. Это ограничение диоксида кремния может быть устранено путем использования полиимидной изоляции, которая представляет собой полупроводниковый процесс, который десятилетиями использовался для обеспечения прочности и стабильности интегральных схем.Внутренняя изоляция из полиимида — это пост-процесс, который имеет независимую целостность. В случае повреждения ИМС независимая полиимидная изоляция останется нетронутой. При изготовлении в несколько слоев полиимид может использоваться в качестве усиленной изоляции, которая может потребоваться в двигателях. Инженерам, использующим цифровые изоляторы, потребуются данные о сроке службы от производителя, чтобы показать, как устройство будет работать с течением времени, при температуре, влажности и напряжении, чтобы решить проблему замены оптопары.

Рисунок 1. Блок-схема управления двигателем с изолированной связью.

Рисунок 2. Блок-схема изолированного управления и связи с двигателем.

Окружающая среда

Условия окружающей среды для приложений управления двигателями могут иметь очень высокие значения температуры и влажности. Пример тяговых двигателей поезда может проиллюстрировать некоторые из этих крайностей, в этом случае локомотивный двигатель может тащить поезд груженых вагонов по горной дороге в холодный зимний день.Температура окружающей среды может быть ниже -40 ° C, и электродвигатель может подвергаться воздействию этого внешнего воздуха, но тогда поезд может войти в длинный туннель, и температура вокруг электродвигателя и двигателя может быстро повыситься из-за тепла от двигателя. двигатель. Электродвигатель и его изоляторы должны работать при этих экстремальных температурах и не оказывать неблагоприятных воздействий с течением времени и температуры. Оптопара известна своей ухудшенной характеристикой при изменении температуры: внутренний светодиод излучает меньше света, а детектор получает меньший выходной сигнал с течением времени и температуры.При использовании в качестве многоканального изолятора оптрон имеет увеличивающееся рассогласование каналов с течением времени. Напротив, цифровой изолятор не полагается на обнаружение сигнала от внутреннего светодиода, и он использует процессы полупроводниковой ИС для надежных схем для передачи и приема цифровых сигналов через изолирующий барьер.

Цифровой изолятор

Технология структуры цифрового изолятора проиллюстрирована в примере с блок-схемой на рисунке 3. Цифровой изолятор реагирует либо на входные логические уровни, либо на логические импульсы, в зависимости от архитектуры.Существуют различные методы кодирования и декодирования сигналов для отправки и приема логических данных через изолирующий барьер. Метод импульсного кодирования, показанный на рисунке 4, имеет преимущество в том, что он потребляет низкий ток питания при низких скоростях передачи данных, когда время между импульсами кодирования и декодирования велико. Метод несущей, известный как двухпозиционная манипуляция (OOK), показанный на рисунке 5, потребляет больше тока при низких скоростях передачи данных, чем метод импульсного кодирования. При более высоких скоростях передачи данных (выше 10 Мбит / с) Метод OOK потребляет меньше тока питания, чем метод кодирования импульсов.Преимущество метода OOK по сравнению с методом импульсного кодирования состоит в том, что метод OOK имеет более простую логику, которая обеспечивает меньшую задержку распространения и более высокую максимальную скорость передачи данных. Метод импульсного кодирования имеет недостаток, заключающийся в том, что если внешний шум вызывает искажение выходных данных, это может длиться микросекунду или более, пока не произойдет исправление внутренней ошибки или не появится новый край данных. Для приложения управления двигателем это может означать, что переключатели драйвера затвора или сигналы управления обратной связью могут быть неуправляемыми в течение достаточно долгого времени, что может привести к повреждению цепей переключателей или привода двигателя.При использовании метода OOK, если нарушение данных вызвано переходным процессом напряжения, нарушение может нарушить вывод данных только на то короткое время, когда возникает шум, поскольку сигнал постоянно управляется. Кроме того, благодаря более простой архитектуре цифровой изолятор OOK может быть спроектирован таким образом, чтобы он был очень устойчивым к электрическим шумам, возникающим в приложении управления двигателем.

Рисунок 3. Блок-схема цифрового изолятора.

Рисунок 4. Цифровой изолятор: архитектура данных кодирования импульсов.

Рисунок 5.Цифровой изолятор: архитектура данных с двухпозиционным ключом

Помехозащищенность

Шум в большом электрическом двигателе может быть вызван изменением синфазного напряжения на изолирующем барьере, когда Цепи переключения управления двигателем создают ступенчатое изменение напряжения моста. Способность изолятора выдерживать этот переходный процесс напряжения с высокой скоростью нарастания без нарушения работы на выходе изолятора определяется как невосприимчивость к переходным процессам в обычном режиме (CMTI). CMTI оптопары может быть не очень высоким, поскольку он имеет очень чувствительные элементы приемника, подверженные эффектам емкостной связи.Емкостная связь оптопары представляет собой несимметричную структуру с одним трактом для сигнала и шума через изолирующий барьер. Это требует, чтобы частоты сигнала были намного выше ожидаемой частоты шума, чтобы барьерная емкость представляла низкий импеданс для сигнала и высокий импеданс для шума. На низких частотах сигналов управления двигателем, которые обычно меньше 16 кГц, высокочастотные составляющие синфазного переходного процесса будут выше частоты сигнала и могут иметь достаточную амплитуду, чтобы нарушить выход оптопары.Рассматривая случай цифрового изолятора на основе трансформатора на рисунке 6, трансформатор имеет структуру дифференциального входа, которая дает входной сигнал и шум другого пути передачи, который по своей природе имеет большую устойчивость к синфазному шуму, без ограничения, что Оптопара должна иметь частоты сигнала выше, чем частоты шума. Повышенная устойчивость к электрическим помехам обеспечивает надежную работу в условиях повышенного шума. Рисунок 7 иллюстрирует коммутирующий шум при высоких напряжениях моста и быстрых dV / dt синфазного переходного процесса, к которым цифровой изолятор должен быть невосприимчивым во время переключения управления двигателем.Форма сигнала осциллографа показывает, что для архитектуры двухпозиционной манипуляции с цифровым изолятором с трансформаторной связью потребуется очень быстрый синфазный переходный процесс (CMT) более 150 кВ / мкс от GND ₂ к GND ₁, чтобы вызвать нарушение данных, и выход изолятора будет нарушен только на очень короткое время, всего 3 нс. Ключом к достижению очень высокого CMTI является то, что передатчик должен продолжать генерировать дифференциальный сигнал несущей, а приемник должен иметь высокий невосприимчивость к синфазным колебаниям на входе.

Рисунок 6. Схема цифрового изолятора трансформаторной связи

Рис. 7. Синфазный переходный процесс dV / dt в приложениях управления двигателем.

Возможность перенапряжения

Переходные процессы высокого напряжения или скачки напряжения могут возникать в системах управления двигателем, и эти скачки напряжения могут иметь пики более 10000 В с временем нарастания всего 1,2 мкс. Требование противостоять этим скачкам напряжения было выполнено оптопарами из-за их толстых слоев внутренней изоляции. Цифровые изоляторы, использующие диоксид кремния, имеют ограничения по толщине изоляции без внутренних напряжений, вызывающих растрескивание.Изоляция в цифровых изоляторах, в которых используется полиимид, может улучшить их устойчивость к перенапряжениям, и было показано, что это очень эффективно, когда полиимидная изоляция выполняется в несколько слоев с общей толщиной 30 мкм. На рисунке 8 результаты импульсных испытаний полиимида 30 мкм показывают, что он очень прочен и может выдерживать пиковое напряжение ± 20 кВ.

Рис. 8. Результаты испытаний полиимидной изоляции на импульсные перенапряжения.

Сводка

Сравнение изоляторов в таблице 1 показывает, как цифровые изоляторы улучшили характеристики по сравнению с оптопарами в суровых условиях окружающей среды. электродвигатели.Помехозащищенность (CMTI) оптопар составляет минимум 10 кВ / мкс, но цифровой изолятор имеет во много раз больше устойчивость к переходным процессам напряжения, вызывающим сбои в управлении двигателем, чем у оптопары. В то время как оптопары и их проблемы старения светодиодов обычно ограничиваются температурой 85 ° C, цифровые изоляторы будут работать при высоких температурах до 125 ° C. В этой статье показано, как работают эти цифровые изоляторы и как их расширенные возможности превзойдут оптопары в приложениях управления двигателями.

Таблица 1. Сравнение изоляторов для приложения управления двигателем

Светодиод

	Оптопара Изолятор	Емкостный Цифровой изолятор	Трансформатор Цифровой изолятор ADuM225N
Изоляционный материал	Формовочная смесь	Диоксид кремния	Полиимид
Минимальная толщина внутренней изоляции (мкм)	80	14	25.4
Архитектура данных	и PIN-диод	Двухпозиционный ключ	Двухпозиционный ключ
Минимальная устойчивость к синфазным переходным процессам (кВ / мкс)	10	60	75
Усиленная изоляция от импульсных перенапряжений Напряжение VIOSM (Пик В)	8000	6250	10 000
Рабочая температура (° C)	–40 до +85	–40 до +125	–40 до +125

Как работает оптопара | ОРЕЛ

Необходимо защитить чувствительные низковольтные компоненты и изолировать цепи на вашей печатной плате? Оптопара может сделать эту работу.Да будет свет! Это устройство позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями, состоящими из двух частей: светодиода, излучающего инфракрасный свет, и светочувствительного устройства, которое обнаруживает свет от светодиода. Обе эти части содержатся в традиционном черном ящике с парой контактов для подключения. С первого взгляда легко перепутать оптопару с интегральной схемой (ИС).

Эта симисторная оптопара выглядит как ИС. (Источник изображения)

Как это работает

Сначала на оптопару подается ток

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

Как работает оптрон. (Источник изображения)

Светочувствительное устройство по умолчанию обычно не подсоединяется, чтобы обеспечить максимальную чувствительность к инфракрасному свету. Его также можно подключить к земле с помощью внешнего резистора для большей степени контроля чувствительности переключения.

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

Это устройство в основном работает как переключатель, соединяющий две изолированные цепи на вашей печатной плате. Когда ток перестает течь через светодиод, светочувствительное устройство также перестает проводить и отключается. 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 питания и т. Д.тогда вам понадобится способ защиты низковольтных устройств. При правильном использовании оптопара может эффективно:

Устранение электрических помех из сигналов
Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей
Позволяет использовать небольшие цифровые сигналы для управления более высокими напряжениями переменного тока

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

Фототранзистор 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 оптопар. (Источник изображения)

Если вы любите приключения, вы даже можете сделать самодельный оптрон с некоторыми запасными частями. Просто совместите светодиод и фототранзистор внутри светоотражающей пластиковой трубки.

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

Типичные области применения

Оптопары

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

Микропроцессорное переключение входов / выходов
Регулятор мощности постоянного и переменного тока
Защита коммуникационного оборудования
Регламент электропитания

В этих приложениях вы встретите различные конфигурации. Некоторые примеры включают:

Оптранзисторный переключатель постоянного тока

Эта конфигурация обнаруживает сигналы постоянного тока, а также позволяет управлять оборудованием с питанием от переменного тока. MOC3020 идеально подходит для управления подключением к сети или подачи импульса затвора на другой фото-симистор с токоограничивающим резистором.

(Источник изображения)

Симистор оптопара

Эта конфигурация позволит вам управлять нагрузками с питанием от переменного тока, такими как двигатели и лампы. Он также способен проводить обе половины цикла переменного тока с обнаружением перехода через ноль. Это позволяет нагрузке получать полную мощность без значительных скачков тока при переключении индуктивных нагрузок.

(Источник изображения)

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 optocoupler.lbr активируется в панели управления Autodesk EAGLE, как показано ниже. Если это так, то в следующий раз, когда вам понадобится добавить компонент, у вас будет доступ ко всем этим устройствам.

Готовы начать изоляцию цепей и защиту низковольтных устройств? Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно сегодня, чтобы начать использовать прилагаемые библиотеки оптопары!

Что такое оптопара и как она работает

Автор: Меган Тунг

Оптопара (также называемая оптоизолятором) — это полупроводниковое устройство, которое позволяет передавать электрический сигнал между двумя изолированными цепями.В оптопаре используются две части: светодиод, излучающий инфракрасный свет, и светочувствительное устройство, которое обнаруживает свет от светодиода. Обе части содержатся в черном ящике со контактами для подключения. Входная цепь принимает входящий сигнал, будь то сигнал переменного или постоянного тока, и использует сигнал для включения светодиода.

Фотодатчик — это выходная цепь, которая обнаруживает свет, и, в зависимости от типа выходной цепи, выход будет переменным или постоянным током. Сначала ток подается на оптопару, благодаря чему светодиод излучает инфракрасный свет, пропорциональный току, протекающему через устройство.Когда свет попадает на фотодатчик, проходит ток, и он включается. Когда ток, протекающий через светодиод, прерывается, ИК-луч отключается, в результате чего фотодатчик перестает проводить.

Существует четыре конфигурации оптопар, разница заключается в используемом светочувствительном устройстве. Фототранзистор и Photo-Darlington обычно используются в цепях постоянного тока, а Photo-SCR и Photo-TRIAC используются для управления цепями переменного тока. В оптопаре на фототранзисторе транзистор может быть либо PNP, либо NPN.Транзистор Дарлингтона представляет собой пару из двух транзисторов, в которой один транзистор управляет базой другого транзистора. Транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления.

Термины оптопара и оптоизолятор часто используются как синонимы, 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 при сохранении гальванической развязки при потенциалах до 5000 вольт.Оптоизолятор используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями, где разность потенциалов превышает 5000 вольт.

Оптопара может эффективно:

Удалять электрические шумы из сигналов
Изолируйте низковольтные устройства от высоковольтных цепей. Устройство способно избежать сбоев из-за скачков напряжения (например, из-за передачи радиочастоты, ударов молнии и скачков напряжения в источнике питания)
Разрешить использование небольших цифровых сигналов для управления более высокими напряжениями переменного тока.

Меган Тунг — летний стажер в Jameco Electronics , посещает Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: учебные пособия по электронике и Autodesk.

Как используются оптопары / оптопары

Оптопары используют свет от светоизлучающего диода для проведения тока через фототранзистор

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

Рисунок 1.Схема внутренней эквивалентности

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

Оптопары в основном используются для следующих целей:

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

Работа оптопар при использовании в качестве переключающих устройств более проста, поэтому мы начнем с описания этой операции.

Транзистор на выходной стороне работает как переключатель

Когда оптопары используются в качестве переключающих устройств, фототранзистор на выходной стороне 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 оптопар общего назначения база фототранзистора остается неподключенной, поэтому ток базы всегда течет от коллектора. Это означает, что транзистор насыщен и переключается одинаково независимо от того, подключена ли нагрузка к коллектору или к эмиттеру.Единственное отличие состоит в том, что полярность выходного сигнала становится противоположной.

Рисунок 2. Подключение нагрузки

Сколько равен выходному току?

Несмотря на то, что оптопару можно назвать переключателем, ее выходной контакт не может быть подключен к большой нагрузке, такой как двигатель. Если вы посмотрите на номинальные значения выходного тока для всех оптопар общего назначения, даже самые высокие, то ток никогда не превышает нескольких десятков миллиампер. Емкость цепи по току следует считать достаточной для зажигания светодиода.

Рисунок 3. Пример перегруженной цепи

Так сколько же на самом деле выходного тока протекает через оптопару?

В следующем пояснении рассматривается максимальный выходной ток. Если вы думаете о выходном токе менее 2–3 мА, это объяснение не применимо. В этом случае обратитесь к разделу «Сколько входного тока (I _F) требуется для генерации выходного тока?») Ниже.

Максимальный номинальный входной ток (I _F)
Максимальный номинальный выходной ток, который может быть создан, когда входной ток (I _F) находится в допустимом диапазоне
Снижение выходного тока (I _C) по мере ухудшения характеристик со временем
Диапазон выходного тока (I _C), в котором выходное напряжение в открытом состоянии остается ниже определенного значения

Из них значение (1) одинаково как для однотранзисторных, так и для транзисторных оптопар Дарлингтона, тогда как значения (2), (3) и (4) различаются в зависимости от типа транзистора.Поэтому пояснение (1) ниже применимо ко всем типам транзисторов, а (2) будет объяснено отдельно для каждого типа.

Максимальный номинальный входной ток (I

_F)

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

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

Номинальные значения силы тока и рассеиваемой мощности
Ухудшение характеристик со временем

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

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

Обычно для определения максимального значения входного тока используются как ток, так и внутренняя мощность рассеивания. Например, глядя на график P _D и T _A ниже, вы можете увидеть, что максимальная мощность рассеивания составляет 75 мВт при максимальной рабочей температуре 75 ° C.

Рисунок 4. Пример допустимого рассеяния мощности светодиода (P _D) в зависимости отТемпература окружающей среды (T _A)

В настоящее время, если характеристики светодиода на входе соответствуют показанным на графике ниже, рекомендуемый прямой ток (I _F) для достижения внутреннего рассеивания мощности светодиода 75 мВт при температуре окружающей среды 75 ° C. составляет около 60 мА (при прямом напряжении (V _F) чуть более 1,2 В).

Рисунок 5. Пример зависимости прямого тока светодиода (I _F) от прямого напряжения (В _F)

Если номинальный ток превышает это значение, 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 способность светодиода на входной стороне оптопары со временем ухудшается, что приводит к уменьшению коэффициента передачи тока (CTR), как показано на графике ниже.

Рисунок 6. Ухудшение CTR с течением времени

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

Рисунок 7. Пример расчетного срока службы

В этом примере, если оптопара используется в течение 100 000 часов в месте, где максимальная температура составляет 50 ° C, максимальный входной ток (I _F), который может быть применен, составляет 20 мА. Это значение является самым строгим из вычисленных до сих пор, поэтому оно становится максимальным значением входного тока (I _F).

Теперь мы рассчитаем максимальный номинальный выходной ток, который может быть сгенерирован из этого входного тока для оптопары однотранзисторного типа и оптопары на транзисторах Дарлингтона.

С транзистором Далингтона I _C резко возрастает, когда V _CE приближается к 1 В, как показано на графике выше. Если вы попытаетесь установить для V _CE значение менее 1 В так же, как и для одиночного транзистора, 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 для V _CE установлено значение 1,5 В или меньше, 0.На 5В выше, чем при использовании одиночного транзистора. Таким образом, ток коллектора (I _C) в 25 мА все еще может генерироваться, даже когда срок службы оптопары подходит к концу.

Поскольку транзисторы Дарлингтона имеют высокое проводящее выходное напряжение по сравнению с одиночными транзисторами, оптопары, в которых используются транзисторы Дарлингтона, лучше подходят для приложений, в которых требуется генерировать больший выходной ток.

Однотранзисторный выход

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

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

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

Характеристики оптопары могут варьироваться в пределах диапазона спецификации, поэтому на этом графике нарисована кривая, оценивающая нижний предел значения CTR.Если мы предположим CTR 80%, когда входной ток (I _F) равен 5 мА, нижний предел CTR можно оценить, как показано пунктирной линией на этом графике. Глядя на эту строку, можно рассчитать, что если приложен входной ток (I _F) 20 мА (определенный ранее), будет сгенерирован выходной ток 20 мА, потому что CTR, когда входной ток (I _F) ) составляет 20 мА — это 100%. Таким образом, максимально возможный выходной ток составляет 20 мА. Однако обратите внимание, что при использовании оптопары также необходимо учитывать следующий фактор:

(ii) Снижение выходного тока (I _C) по мере ухудшения характеристик со временем

Первое, что необходимо учитывать, это то, что указанное выше значение CTR является начальным значением.Если оптопара используется в течение периода 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 начального значения.

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

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

Это обсуждение оптопар основано на использовании транзистора на выходной стороне 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 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.

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

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

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

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

Фактически разрешенный выходной ток обычно намного меньше максимального номинального значения.

Выход транзистора Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона имеет то преимущество, что он имеет большой CTR.

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

(ii) Снижение выходного тока (I _C) по мере ухудшения характеристик со временем.

Учитывая ухудшение характеристик с течением времени, как и у однотипного транзистора, I _C становится 30 мА при V _CE = 5 В.

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

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

Рис. 10. Пример зависимости тока коллектора Дарлингтона (I _C) от напряжения коллектор-эмиттер (В _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 с одиночным транзистором, то 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, на 0,5 В выше, чем при использовании одного транзистора. .

Таким образом, ток коллектора (I _C) 25 мА все еще может генерироваться, даже когда срок службы оптопары подходит к концу.

Расчет нагрузки

Если вы знаете максимальный выходной ток (I _C), который может быть создан, цепь 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 В _CE = 1 В в конфигурации схемы, подобной показанной ниже, на основе результатов, таким образом далеко.

Рисунок 11.Пример общей конфигурации схемы

Предполагая, что ток, текущий в коллектор из цепи на следующем этапе (I _N), равен 1 мА, если напряжение источника питания (V _CC) составляет 5 В, нижний предел сопротивления нагрузки (R _L) можно рассчитать следующим образом:

Уравнение (1)
R _L> (V _CC -V _CE) / (I _C -I _N) = (5V-1V) / (5mA-1mA) = 1kΩ

Если оптопара имеет допуск по высокому напряжению, ее можно использовать с высоким напряжением источника питания.Например, если используется источник питания 50 В (V _CC = 50 В), нижний предел сопротивления нагрузки будет 13 кОм.

Как насчет верхнего предела сопротивления нагрузки?

Напряжение, создаваемое нагрузочным резистором (R _L), обычно устанавливается равным одной десятой или менее напряжения источника питания (V _CC), когда оптопара находится в состоянии отключения, а темновой ток коллектора (I _CEO) течет.

Этот темновой ток требует осторожности.

Если посмотреть на техническое описание, максимальное значение темнового тока равно 0.1 мкА, что кажется довольно маленьким.

Однако это значение применяется при температуре окружающей среды 25 ° C. Темновой ток (I _Leak) 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 при условиях T _A = 75 ° C и V _CE = 5 В, темновой ток уменьшается до одной десятой своего 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 увеличению 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 (то есть 0,5 В или меньше), когда темновой ток составляет 1 мкА, составляет 500 кОм. Исходя из этого, если V _CC = 5 В, сопротивление нагрузки должно быть 1 кОм L <500 кОм.

Однако безопасность этого диапазона не может быть гарантирована во всех случаях.

Если сопротивление нагрузки чрезмерно высокое, могут возникнуть следующие проблемы:

На уровень выходного сигнала могут влиять колебания нагрузки.
Может проникать шум от периферийных цепей.
Рабочая скорость может упасть.

Следовательно, верхний предел сопротивления нагрузки должен быть в пределах пятикратного значения нижнего предела, что в применении к приведенному выше примеру дает верхний предел 5 кОм, когда напряжение источника питания (V _CC) составляет 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, сколько входного тока (I _F) требуется для его создания?

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

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

Рис. 12. Пример зависимости тока коллектора (I _C) от напряжения коллектор-эмиттер (В _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 увидеть, что CTR составляет приблизительно 100%, когда I _F = 10 мА, поэтому, если приложен входной ток 10 мА, может быть сгенерирован указанный выше выходной ток, то есть начальное значение 4 мА при V _CE = 1 В и значение в конце срока службы 2 мА при V _CE = 1 В.

Обратите внимание, однако, что входной ток здесь оценивается с учетом наихудшего сценария изменений CTR и ухудшения со временем, поэтому, если используется оптопара с большим начальным CTR, и особенно в ранний период использования, входной ток может быть значительно больше требуемого значения.

В этом случае рабочая скорость имеет тенденцию быть ниже, чем скорость, которую можно было ожидать в соответствии со спецификациями.

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

Также может оказаться эффективным ограничить диапазон вариаций, указав определенный рейтинг CTR.

Использование оптопары в активной области в аналоговых приложениях

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

Оптопары

используются, как показано на рисунке ниже, для решения проблемы обратной связи постоянного тока при изоляции первичного и вторичного доменов.

Рисунок 13. Пример использования оптопары в импульсном регуляторе

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

Усилитель ошибки, который используется для сравнения выходного напряжения источника питания с опорным напряжением (то есть определения разности потенциалов), находится во вторичной цепи источника питания (на стороне выхода).Количество света, которое попадает на светодиод оптопары, различается в зависимости от этой разности потенциалов.

Коллекторный ток оптопары 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 переключающего устройства, нагрузочный резистор фототранзистора может быть подключен либо к коллектору, либо к эмиттеру (либо это нормально с точки зрения работы оптопары). Подключение нагрузочного резистора в этом случае определяется в соответствии с общей схемой конфигурации.

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

Рис. 14. Диапазон использования оптопары при использовании в контуре управления обратной связью импульсного регулятора

Кроме того, поскольку оптопары имеют тенденцию иметь очень большие вариации CTR, усиление управления входным током усилителя ошибки и источника питания необходимо установить на очень большие значения, чтобы справиться с этими вариациями CTR.

Это то же самое, что и использование усилительных схем в усилителях звука или операционных усилителях, коэффициент усиления которых в 100–1000 раз превышает коэффициент усиления, который фактически требуется.Эти высокие коэффициенты усиления затем снижаются с помощью цепи обратной связи, чтобы уменьшить изменение и искажение сигнала.

Однако одна проблема с использованием такого типа контроллера обратной связи с высоким коэффициентом усиления заключается в том, что он может вызвать паразитный резонанс и другие типы нестабильности работы, требующие установки фазорегулятора для обеспечения достаточного запаса по фазе и стабилизации работы схемы.

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Что такое оптоизолятор (оптический соединитель или оптрон)?
Оптоизолятор (также известный как оптический соединитель, оптопара, оптрон) — это полупроводниковое устройство, которое передает электрический сигнал между изолированными цепями с помощью света.
Эти электронные компоненты используются в большом количестве систем связи и мониторинга, в которых используется гальваническая развязка, чтобы излучатели высокого напряжения не влияли на схемы с низким энергопотреблением, 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 генерировать электрическую энергию или модулировать электрический ток, исходящий от электронного устройства или другого источника питания.
Когда входной ток подается на светодиодный фотодиод (обычный тип фотодатчика), генерируется 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 преобразовывать модулированный свет обратно в выходной сигнал.
Входной стороной оптоизоляторов может быть фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, кремниевый выпрямитель или симистор. Твердотельное реле с оптопарой содержит оптоизолятор на фотодиоде, который управляет переключателем питания на выходной стороне, обычно это пара дополнительных полевых МОП-транзисторов.
Почему важны оптоизоляторы?
Электронное оборудование, такое как микроконтроллеры, печатные платы и трансформаторы, подвержено скачкам напряжения из-за радиочастотных передач, ударов молнии и скачков напряжения источника питания.
Оптоизоляторы на основе фоторезисторов были впервые использованы в 1968 году в аудио- и музыкальной индустрии, чтобы избежать поломки оборудования, такого как гитарные усилители. Оптоизоляторы предлагают безопасный способ пропорциональной совместной работы высоковольтных компонентов и низковольтных устройств.
Оптоизолятор заключен в единое устройство (см. Изображение) и имеет вид интегральной схемы или транзистора с дополнительными выводами. Благодаря автоматизации организации могут использовать оптопары для изоляции цепей малой мощности от выходных цепей большей мощности и для удаления электрических помех из сигналов.
Иллюстрация того, как оптоизоляторы устраняют электрические помехи из сигналов.
Для каких целей используются оптоизоляторы? Оптоизоляторы
наиболее 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 применений, но исследователи создали альтернативы с 1990-х годов.
В области связи высокоскоростные оптоизоляторы используются в источниках питания для серверов и телекоммуникационных приложений — например, технология Power over Ethernet (PoE) для проводных локальных сетей Ethernet. Компоненты оптоизоляторов также могут защитить Ethernet и оптоволоконные кабели от скачков напряжения. В телефонах VoIP электрические сигналы могут быть изолированы с помощью транзисторной выходной оптопары.

Хотя это уже не распространено, когда модемы используются для подключения к телефонным линиям, использование оптоизоляторов позволяет подключать компьютер к телефонной линии без риска повреждения из-за скачков напряжения или скачков напряжения. В этом случае в аналоговой части устройства используются два оптоизолятора: один для восходящих сигналов, а другой — для нисходящих сигналов. Если в телефонной линии произойдет скачок напряжения, это не повлияет на работу компьютера, поскольку оптический зазор не проводит электрический ток.

Оптопара: описание, подключение, схема, характеристики

Принцип работы

Разновидности

Примеры

Выводы

FAQ

Виды и УГО оптрона

Связь Виды и УГО оптрона

Читайте также

Оптрон строение, назначение, подключение к ESP8266 | TehnoZet-2

PC817

Для входа (светодиод)

Для выхода (фототранзистор)

Практическая реализация

Настройка в прошивке ESP Easy

Прошивка ESP Easy

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

Оптрон PC817 схема включения, характеристики

PC817 схема включения

PC817 характеристики

тестер оптопар

Транзисторные оптопары | Техника и Программы

Как научиться читать электрические (принципиальные) схемы начинающему

Особенности чтения схем

Общая точка

Двуполярное питание и общая точка

Заземление

Номиналы радиодеталей

Что такое даташит и для чего он нужен

Как научиться читать принципиальные схемы

Обозначения радиодеталей на принципиальных схемах

Какими буквами обозначаются радиодетали на схемах

Использование надежных цифровых изоляторов в жестких условиях эксплуатации приводов электродвигателей

Введение

Приложения

Изоляция

Окружающая среда

Цифровой изолятор

Помехозащищенность

Возможность перенапряжения

Сводка

Как работает оптопара | ОРЕЛ

Как это работает

Преимущества и типы

Типичные области применения

Оптранзисторный переключатель постоянного тока

Симистор оптопара

Рекомендации по компоновке печатной платы

Библиотеки оптопар в EAGLE

Что такое оптопара и как она работает

Оптопара может эффективно:

Как используются оптопары / оптопары

Оптопары используют свет от светоизлучающего диода для проведения тока через фототранзистор

Транзистор на выходной стороне работает как переключатель

Сколько равен выходному току?

Максимальный номинальный входной ток (I

Однотранзисторный выход

Выход транзистора Дарлингтона

Расчет нагрузки

Сколько входного тока (I

Использование оптопары в активной области в аналоговых приложениях

Что такое оптоизолятор и как он работает?

Читайте также

Простуда при беременности: симптомы, лечение и профилактика

Во сколько приучать девочку к горшку: советы и рекомендации

Особенности развития детей 4-5 лет: психология, навыки и воспитание

Добавить комментарий Отменить ответ