Оптопары: виды, характеристики и применение в электронике

Что такое оптопары. Какие бывают типы оптопар. Каковы основные характеристики и параметры оптопар. Где применяются оптопары в электронных схемах. Как выбрать оптопару для конкретной задачи.

Что такое оптопара и принцип ее работы

Оптопара (оптрон) — это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник оптического излучения, имеющие между собой оптическую связь. Основные компоненты оптопары:

• Источник излучения (обычно светодиод)
• Приемник излучения (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и др.)
• Оптический канал связи между ними

Принцип работы оптопары заключается в следующем:

1. Электрический сигнал подается на вход светодиода
2. Светодиод преобразует электрический сигнал в световой
3. Световой поток воздействует на фотоприемник
4. Фотоприемник преобразует световой сигнал обратно в электрический

Таким образом, входная и выходная цепи оптопары электрически не связаны между собой, что обеспечивает гальваническую развязку.

Основные типы и виды оптопар

Оптопары классифицируются по типу используемого фотоприемника. Основные виды оптопар:

Резисторные оптопары

В качестве фотоприемника используется фоторезистор. Основные характеристики:

• Диапазон изменения сопротивления: от единиц кОм до десятков МОм
• Максимальный ток светодиода: 30-50 мА
• Напряжение изоляции: 1-5 кВ

Диодные оптопары

Фотоприемником служит фотодиод. Ключевые параметры:

• Коэффициент передачи тока: 0.1-1%
• Быстродействие: единицы наносекунд
• Напряжение изоляции: 2-5 кВ

Транзисторные оптопары

В качестве фотоприемника используется фототранзистор. Характеристики:

• Коэффициент передачи тока: 20-500%
• Напряжение коллектор-эмиттер: 30-300 В
• Быстродействие: 1-10 мкс

Тиристорные оптопары

Фотоприемником служит фототиристор или фотосимистор. Параметры:

• Максимальное коммутируемое напряжение: 400-1000 В
• Максимальный коммутируемый ток: 0.1-1 А
• Время включения: 10-100 мкс

Основные характеристики и параметры оптопар

При выборе оптопары для конкретного применения следует учитывать следующие ключевые параметры:

Входные параметры

• Максимальный прямой ток светодиода
• Прямое падение напряжения на светодиоде
• Максимальная рассеиваемая мощность светодиода

Выходные параметры

• Максимальное напряжение на выходе
• Максимальный выходной ток
• Выходная мощность

Передаточные характеристики

• Коэффициент передачи тока (CTR)
• Время включения и выключения
• Граничная частота

Изоляционные параметры

• Напряжение изоляции
• Сопротивление изоляции
• Проходная емкость

Преимущества и недостатки оптопар

Использование оптопар в электронных схемах имеет ряд преимуществ и некоторые ограничения:

Преимущества оптопар:

• Обеспечение гальванической развязки между цепями
• Высокое напряжение изоляции (до нескольких кВ)
• Передача сигналов в широком частотном диапазоне
• Отсутствие обратной связи между входом и выходом
• Высокая помехозащищенность

Недостатки оптопар:

• Относительно низкий КПД передачи энергии
• Зависимость характеристик от температуры
• Ограниченный динамический диапазон
• Старение светодиода со временем

Применение оптопар в электронных схемах

Благодаря своим уникальным свойствам, оптопары нашли широкое применение в различных областях электроники:

Системы передачи данных

• Гальваническая развязка в интерфейсах
• Преобразование уровней сигналов
• Защита от помех в линиях связи

Источники питания

• Обратная связь в импульсных блоках питания
• Защита от перенапряжений
• Контроль напряжения и тока

Измерительная техника

• Гальваническая развязка в измерительных приборах
• Преобразование аналоговых сигналов
• Коммутация измерительных цепей

Промышленная автоматика

• Управление силовыми ключами
• Согласование уровней сигналов
• Защита входов контроллеров

Как выбрать оптопару для конкретной задачи

При выборе оптопары следует учитывать следующие факторы:

1. Тип требуемой изоляции (функциональная, основная, усиленная)
2. Необходимое напряжение изоляции
3. Требуемый коэффициент передачи тока
4. Максимальные рабочие напряжения и токи
5. Необходимое быстродействие
6. Диапазон рабочих температур
7. Тип корпуса и способ монтажа

Правильный выбор оптопары позволит обеспечить надежную работу электронного устройства и выполнение всех требований по электробезопасности и электромагнитной совместимости.

Перспективы развития оптопар

Современные тенденции в развитии оптопар включают:

• Уменьшение размеров корпусов
• Повышение быстродействия
• Увеличение напряжения изоляции
• Расширение функциональности
• Интеграция с другими компонентами

Развитие технологий производства полупроводников и оптоэлектронных компонентов позволяет создавать все более совершенные оптопары, расширяя сферы их применения в современной электронике.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ОПТОПАРЫ ИМПОРТНЫЕ

Основные параметры:

• Uкэ. — максимальное напряжение коллектор-эммитер выходного транзистора
• Iк. — максимальный постоянный ток выходного транзистора (импульсный может быть в несколько раз выше)
• Iпр. — максимальный входной ток светодиода (типовой рабочий ток обычно в десятки раз меньше)
• Uиз. — напряжение изоляции вход/выход

С транзистором на выходе

Наименование	Коэфф. передачи току мин.	Uкэ, В	Iк вых., мА	Iпр., мА	Uиз., В	Тип корпуса
4N25	20	30	50	60	3500	DIP6
4N26	10	30	50	60	3500	DIP6
4N27	10	30	50	60	3500	DIP6
4N28	10	30	150	100	3500	DIP6
4N35	100	30	50	60	3500	DIP6
CNY17-1	40…80	30	50	60	3500	DIP6
CNY17-2	63…125	30	50	60	3500	DIP6
CNY17-3	100…200	30	50	60	3500	DIP6
CNY17-4	160…320	30	50	60	3500	DIP6
CNY64	50…300	32	50	75	8200	DIP4
CNY74-2H	60…600	70	50	60	5000	DIP8
CNY75A	63…125	90	50	60	3750	DIP6
CNY75C	160…320	90	50	60	3750	DIP6
h21AA1	20	30	150	60	7500	DIP6
h21F1	30	30	100	60	5300	DIP6
6N136	19	15	15	16	2500	DIP8
K1010	50…600	60	50	50	5000	DIP4
K1020	50…600	60	50	50	5000	DIP8
K1040	50…600	60	50	50	5000	DIP16
K2010	50…600	60	50	50	5000	DIP6
K3010	60…600	60	50	60	5000	DIP4
K3020	60…600	60	50	50	5000	DIP8
KPC354NT	20…400	60	50	50	3750	mini-flat
KPC357NT	50…400	60	50	50	3750	mini-flat
LTV356T	50	80	50	50	3750	mini-flat
LTV357T	160…320	90	50	50	3750	SO4
LTV358T	80…400	120	50	50	3750	mini-flat
LTV814	20…300	35	50	+50	5000	DIP4
LTV816	50…600	80	50	50	5000	DIP4
LTV817	50…600	35	50	50	5000	DIP4
LTV817S	50…600	35	50	50	5000	SO4
LTV824	20…300	35	50	+50	5000	DIP8
LTV826	50…600	80	50	50	5000	DIP8
LTV827	50…600	35	50	50	5000	DIP8
LTV829	50…400	35	50	50	5000	DIP8
LTV844	20…300	35	50	+50	5000	DIP16
LTV846	50…600	80	50	50	5000	DIP16
LTV847	50…600	35	50	50	5000	DIP16
LTV849	50…400	35	50	50	5000	DIP16
MOC213	60	90	150	60	3000	SO8
PC113	40…320	70	50	50	5000	DIP6
PC120	—	35	50	50	5000	DIP4
PC123	70	70	50	50	5000	DIP4
PC354_	50…400	35	50	50	3750	MFP4
PC723	60…400	80	50	50	5000	DIP6
PC724	20…80	35	80	150	5000	DIP6
PC814	20…300	35	50	50	5000	DIP4
PC816	50…600	70	50	50	5000	DIP4
PC817	50…600	35	50	50	5000	DIP4
PC827	50…600	35	50	50	5000	DIP8
PC837	50…600	35	50	50	5000	DIP12
SFH617A-2	63…125	70	50	60	5300	DIP4
SFH617A-3	100…200	70	50	60	5300	DIP4
TCET1103	100…200	70	50	60	5000	DIP4
TLP521	50…600	55	50	70	2500	DIP4
TLP521-2	50…600	55	50	50	2500	DIP8
TLP521-4	100…600	55	50	50	2500	DIP16
TLP621	50…600	55	50	60	5000	DIP4
TLP621-2	50…600	55	50	50	5000	DIP8
TLP631	50…600	55	50	60	5000	DIP6
TLP721	150 … 600	55	50	50	4000	DIP4

Блок-схемы оптопар с привязкой к корпусу:

4N25, 4N26, 4N27, 4N28, 4N35, CNY17, CNY75, K2010, PC723,TLP827	6N136	LTV826, LTV827, TLP621-2, PC827,K1020	KPC354NT, K1030, LTV814, PC814, PC354	CNY64, K1010, KPC357NT, LTV816, LTV817, LTV356T, LTV357T, LTV358T, PC123, PC816, PC817, SFH617A,TCET1103, TLP521, TLP621
K3020, LTV824, PC724	LTV829	h21AA1	MOC213	h21F1

С составным транзистором на выходе (Дарлингтон):

Наименование	Коэфф. передачи току мин.	Uкэ, В	Iк вых., мА	Iпр., мА	Uиз., В	Тип корпуса
4N32	500	150	150	80	2500	DIP6
4N33	500	150	150	80	1500	DIP6
h21G1	100…1000	100	150	60	5300	DIP6
K4010	600…9000	300	150	50	5000	DIP4
K4020	600…9000	300	150	50	5000	DIP8
K4040	600…9000	300	150	50	5000	DIP16
K5010	600…9000	30	150	50	5000	DIP6
KPC355NT	20…400	30	150	50	3750	mini-flat
KPC452	1000	300	150	50	3750	mini-flat
LTV815	600…7500	35	80	50	5000	DIP4
LTV825	600…7500	35	80	50	5000	DIP8
LTV845	600…7500	35	80	50	5000	DIP16
6N138	300	7	250	1,6	2500	DIP8
6N139	400	198	100	0,5	2500	DIP8
PC355Z	600…7500	35	150	80	3750	DIP6
PC715V	600	35	80	50	5000	DIP6
PC716	1000-15000	35	200	50	5000	DIP6
PC725V	1000-15000	300	150	50	5000	DIP6
PC815	600	35	80	50	5000	DIP4
PC825	600	35	80	50	5000	DIP8

Блок-схемы оптопар с привязкой к корпусу:

4N32, 4N33	6N138, 6N139	K5010	KPC355NT, PC815, PC355
LTV825, PC825	LTV815, PC715V, PC716	K4010, KPC452	h21G1, PC725	K4040

• Наименование

  К продаже

  Цена от

К продаже:

119 шт.

Цена от:

10,66₽

К продаже:

2 722 шт.

Цена от:

21,40₽

К продаже:

1 472 шт.

Цена от:

6,98₽

К продаже:

3 600 шт.

Цена от:

17,81₽

К продаже:

12 246 шт.

Цена от:

4,45₽

К продаже:

219 806 шт.

Цена от:

4,93₽

К продаже:

35 794 шт.

Цена от:

11,13₽

К продаже:

864 шт.

Цена от:

15,92₽

К продаже:

19 256 шт.

Цена от:

21,25₽

К продаже:

6 601 шт.

Цена от:

7,32₽

К продаже:

9 675 шт.

Цена от:

11,33₽

Оптроны | Основы электроакустики

Оптроны

 

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

 

 

 

 

 

 

Оптопары — Littelfuse

• Главная
• > Продукты
• > Интегральные схемы
• > Оптопары

• Печать

Линейные оптопары Детали серии Образцы заказов Линейные оптопары K1 Усиление сервопривода (мин. /макс.):  0,004/0,03, 0,008/0,03 Усиление прямого направления K2 (мин./макс.):  0,004/0,03, 0,006/0,03 Коэффициент передачи K3 (мин./макс.):  0,668/1,179, 0,733/1,072, 0,887/1,072	Одиночные оптопары 9Детали серии 0003 Образцы для заказа Одиночные оптопары общего назначения Минимальное напряжение пробоя BV CEO (В):  30, 350 Типовой коэффициент передачи тока (%):  300, 330, 350, 1000, 5500, 8500 Максимальное напряжение насыщения (В):  0,3, 0,5, 1, 1,2	Двойные оптопары Детали серии Образцы для заказа Двойные оптопары общего назначения Минимальное напряжение пробоя BV CEO (В):  30, 350 Типовой коэффициент передачи тока (%):  300, 5500, 8500 Максимальное напряжение насыщения (В):  0,5, 1, 1,2
Многофункциональные твердотельные реле и оптопары 9Детали серии 0003 Образцы для заказа Комбинации оптически изолированных твердотельных реле и оптронов Напряжение блокировки твердотельного реле (V P ):  350, 400 Ток нагрузки твердотельного реле (мА):  100, 120, 150 ТТР во включенном состоянии (Ом):  22, 25, 35, 50	Твердотельные реле и оптопары с Gyrator Детали серии Образцы для заказа Комбинация твердотельного реле, оптопары, выпрямительного моста и транзистора Дарлингтона 350 В Напряжение блокировки твердотельного реле (V P ):  350 Ток нагрузки твердотельного реле (мА):  120 ТТР во включенном состоянии (Ом):  15

• Технические ресурсы

• Просмотреть все
• Брошюры и каталоги продукции

Руководство по выбору интегральных схем

Оптопара с входом переменного тока | Оптопары/изоляторы

Щелкайте по кнопкам, чтобы отсортировать таблицу по возрастанию, убыванию и выключению.