Оптопару: Разгоняем оптрон до сотни / Хабр

Разгоняем оптрон до сотни / Хабр

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схемы моделировались в LTspice.

Симисторная оптопара. Управление симистором. Переключатель

Симисторная оптопара (оптосимистор) принадлежат к классу оптронов и обеспечивают отличную гальваническую развязку между низковольтной управляющей частью схемы и силовой нагрузкой, посредством оптического канала. Они состоят из инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.

Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными

симисторами, например, при реализации реле высокого напряжения или большой мощности.

Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами. Цоколевка и внутренняя структура показана на рисунке.

Внутренняя структура оптосимистора

Ниже приведена таблица классификации симисторных оптопар МОС3009-МОС3083

Ток светодиода оптосимистора, (мА)	Типы оптосимисторов
30	МОС 3009	МОС3020
15	МОС 3010	МОС3021	МОС3031	МОС3041	МОС3061	МОС3081
10	МОС 3011	МОС3022	МОС3032	МОС3042	МОС3062	МОС3082
5	МОС 3012	МОС3023	МОС3033	МОС3043	МОС3063	МОС3083
Напряжение на нагрузке	110/120В	220/240В	110/120В	220/240В	220/240В	220/240В
Схема обнаружения нуля	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да
Максимальное обратное напряжение	250 В	400 В	250 В	400 В	600 В	800 В
Максимальное падение прямого напряжения на светодиоде оптосимистора	1,5В	1,5В	1,5В	1,5В	1,5В	1,5В
Максимально допустимое обратное напряжение светодиода оптосимистора	3 В	3 В	3 В	6 В	6 В	6 В
Максимально допустимый ток светодиода оптосимистора, не более мА	60	60	60	60	60	60

Для снижения помех желательно использовать симисторы, открывающиеся при переходе через ноль напряжения питания.

Оптосимисторы без обнаружения нуля чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания должно отключаться.

Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8в (максимум 3 вольта) при токе до 100 мА.

Ток удержания, поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100 мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения.

Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии варьируется в зависимости от модели симисторной оптопары. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5 мА, если светодиод находится под напряжением.

У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5 вольт для всех моделей оптосимисторов.

Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада – не более 1 А.

Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при температуре 25 градусов.)

Типичная схема подключения, расчеты элементов.

Сопротивление ограничительного резистора Rдиода   зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, необходимого для отпирания симистора.

Для примера рассчитаем Rдиода для оптосимистора МОС3083 и напряжения питания +5 вольт. В нашем случае максимальный ток, который может пропустить через себя светодиод оптосимистора 60 мА, рабочий ток 5 мА. Следует принять ток светодиода 10 мА с учетом снижения эффективности светодиода в течении срока службы, постепенного ослабления силы тока (запас 5 мА).

Таким образом Rдиода  = (5-1,5)/0,01 = 350 Ом (ближайшее 360 Ом).

При использовании транзисторного ключа, следует учитывать падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения – порядка 0,3 вольта и расчеты проводить не для 5 вольт, а 4,7 вольт.

В таком случае Rдиода    составит 320 Ом (ближайшее 330 Ом).

Рассмотрим

типичную схему подключения симисторной оптопары.

Резистор

R на схеме включать необязательно, если нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой Rзащ-Cзащ (смотрите подробнее — защита симистора), резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора.

В случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через ноль, конденсатор

Сзащ может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничит этот ток разряда. Зная, что максимально допустимый ток для оптосимистора 1 ампер и, приняв за максимальное значение действующего напряжения в сети 260 вольт, рассчитаем минимальное значение сопротивления R:

R = 260 х √2 / 1 = 368 Ом (ближайшее 360 Ом).

Слишком большая величина может привести к нарушению работы.

 Значение резистора

Rупр может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом. Резисторы R и Rупр вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов.

Защитная цепочка для симистора просто необходима.  Для оптосимисторов с обнаружением нуля, такой как МОС3083, — желательна. Для высокоиндуктивной нагрузки значение

Rзащ необходимо увеличить до 360 Ом.

Практические замечания

В выше приведенной схеме нагрузка подключается к аноду А1. Если подключить к аноду А2, схема работать не будет, нагрузка будет подключаться сразу и не будет управляться электродом.

Глядя на

структурную схему симистора, можно заметить, что управляющий электрод находится рядом с анодом А1. И сопротивление между ними невелико. Так, например для симистора ВТА41 оно составляет 60 Ом. Положение анодов для симистора ВТА41 приведено на рисунке ниже.  

Симистор ВТА41

Как видно из рисунка теплоотводящая часть симистора может быть изолированной или может служить дополнительным выводом анода А2. Это нужно учитывать перед креплением на радиатор.

Радиатор для симистора следует выбирать в зависимости от рабочего тока, который будет протекать через нагрузку, и от падения напряжения на переходе между анодами А1 и А2. Так в открытом состоянии падение напряжения Ua1a2 на симисторе ВТА41 составляет 0,9 вольт.

Мощность, выделяемую в качестве тепла на радиаторе, вычислить просто.

P = Ua1a2 х Iнагр

Если мощность нагрузки 1 кВт, то ток, проходящий через симистор, составит приблизительно 4,5 ампера. Следовательно, симистор должен рассеять примерно 4 Вт тепла.  И чем больше ток, проходящий через симистор, тем больший необходимо установить радиатор.

Так, если на симистор ВТА41 посадить радиатор 14х14 мм и нагрузку в 1 кВт, симистор долго не протянет, температура будет обжигающей.

При размере радиатора 60х66 мм (что в 20 раз больше) — температура уже 60 градусов и он сможет обеспечить стабильную работу симистора в вентилируемом корпусе. Увеличив нагрузку до 2 кВт, придется увеличить площадь радиатора. Нагрев — это проблема симистора и никуда от этого не денешься.

Радиаторы 66х60 мм и 14х14 мм.Радиаторы 66х60 мм и 80х110 мм

Переключение нагрузок управляющим сигналом

Иногда нужно не просто отключать или включать нагрузки с помощью симистора, а еще и переключать их.    Самые распространённые реле обычно так и работают. Если через катушку реле проходит достаточный ток, замыкаются контакты, если нет – автоматически замыкаются другие контакты. Происходит переключение.

Чтобы заставить переключаться нагрузки на симисторе необходимо создать условия, при которых нагрузки будут управляться одним сигналом. При этом если подача напряжения (например, +5 вольт) открывает один оптосимистор, второй должен тут же закрыться. Такую схему легко реализовать, если использовать на входе второго оптосимистора простой инвертор на транзисторе.

Транзистор работает в ключевом режиме. При открытии создает на светодиоде оптрона фактически нулевое напряжение. Ток через второй оптосимистор не протекает, он закрыт. Первый оптрон работает как обычно. Все поменяется при отсутствии управляющего сигнала. Произойдет переключение как в обычном реле.

Схема может работать даже от маломощного источника сигнала. Например, можно использовать выходы элементов логики или микроконтроллеров.

Без подачи управляющего сигналаПодаем сигнал

Второй вариант схемы проще, но зависит от реализации схемы источника сигнала. Если, например, внутри микросхемы триггера «нулевой» выходной сигнал означает заземление выходного контакта, то схема будет работать. Нужно смотреть внутреннюю структуру конкретного источника.

Ссылки на основные компоненты:

Оптосимисторы МОС3083 и др.

Симисторы на 16 ампер

Симисторы на 20 ампер

Симистор BTA40

Симистор BTA41-600B

• org/Comment» itemscope=»»>

  2023-03-06T20:43:20+00:00

  Спасибо! Исправил, бывает)

• 2023-03-06T13:46:02+00:00

  Исправите ошибку на схеме. На правильное подключение.

• 1

  2023-01-30T15:23:34+00:00

  Добрый день! Дело в том, что moc3083 предназначен для управления симистором. При использовании реле симистор не нужен, следовательно, не нужен и какой бы то ни было оптосимистор. В вашем случае реле включает или отключает нагрузку, а управляется вероятнее всего обычным транзисторным ключом.

• 1

  2023-01-25T09:37:03+00:00

  org/Person»> Вася Иванов

  День добрый, МОС3083 подойдет если реле будет управлять тэном котла (резистивной нагрузкой) ? Если нет то какое выбрать?

• 2023-01-13T18:00:45+00:00

  Александр, значение емкости конденсатора 0,01 мкФ указано в технической документации к оптосимистору. В данном случае производители посчитали, что разряд такой емкости конденсатора через оптосимистор будет оптимальным. Симистор не всегда управляется с помощью оптронов. Нам не всегда известно насколько индуктивной будет нагрузка. Поэтому емкость конденсатора зачастую устанавливается приблизительно. У китайских производителей, например, встречаются цепочки с емкостью 0,22 мкф И 100 Ом. Если в техническом описании к симистору найдете упоминание о параметрах защиты — пользуйтесь ими. Если нет — используйте емкость порядка 0,1 мкФ плюс/минус и резистор, сопротивление которого рекомендуется иногда увеличить вплоть до 360Ом с ростом индуктивности нагрузки.

  Если нагрузка чисто резистивная — защитные цепочки можно вовсе не устанавливать.

• 2023-01-11T14:37:37+00:00

  Александр

  Прочитал. Все вроде бы понятно. Один вопрос. Снабберная цепочка. Конденсатор 0,01 мкф. Далее по тексту ссылка на статью о защите симистора. В той статье указано что конденсатор 100 нф, то есть 0,1 мкф. В чем фокус?

• 2022-02-13T10:56:58+00:00

  Простите, перечитываю Ваш вопрос, не могу вникнуть в его суть. Если Вы имеете в виду управление оптопарой с помощью элементов логики, то есть несколько нюансов. На первый вывод нужно подать такое же напряжение, каким питается микросхема логики. На второй вывод подключается логический сигнал этой микросхемы. При подаче логической «1» — оптосимистор будет отключен «OFF», логического нуля — включен «ON». Ограничительный резистор на первом выводе оптрона может быть и не нужен, поскольку у микросхем логики итак небольшой втекающий ток.

• 2

  2022-02-12T11:17:35+00:00

  Валерий

  Добрый человек ! Прекрасное толкование, если позволите частный вопросик, на оптическом входе «0» выход ключа нужен ON на входе «5» выход OFF судя по Вашему примечанию это невозможно ?

• 3

  2021-01-07T21:39:41+00:00

  org/Person»> Николай

  Да попросту не имею макетки. А собирать буду сразу прототип. И схемку придумал, только что! Зажигаться должны будут одноименные лампочки, две другие, как я полагаю, не имеют права, даже моргнуть!! Все у меня, кроме одной оптопары, имеется. Но продавец обещал подсобить. А лампочки будут светодиодные без всяких внутренних наворотов, а лучше просто по два встречно параллельных светодиода с соответствующими резисторами (как в выключателях с подсветкой бывало). А там где общая точка, после ламп будет уже одна лампа накаливания. Ведь просто лампочки в дефиците уже, а вот у светодиодов и реакция повыше. Получится — постараюсь отписаться. И еще.. Мне кажется разницы нет межу 4 и 6 ногами оптопары. Вот если только внутреннее устройство «zero» вносит какие либо запреты по этому поводу? Спасибо Вам! Огромное!

• 1

  2021-01-07T19:24:25+00:00

  Не заметил сразу, что фаза подключается с разных сторон. Теперь более логично. Думаю схема должна заработать. Не спешите только спаивать, проверьте на макетной плате. Порой причуды вылазят из ни откуда. Возможно схема еще заставит понервничать. Но теоретически теперь все ОК.

• 1

  2021-01-07T17:36:28+00:00

  Николай

  Извините забыл сообщить, что пуск двигателя — именно — «плавный», благодаря конденсаторам С2, С2а , в третьем скрине.

• 4

  2021-01-07T17:26:03+00:00

  Николай

  На верхнем выводе якоря, при переключениях, будет или L или N, а на нижнем N или L, а это и есть реверс. Проще представить L и N, заменив на «+» и «-» . У некоторых стиралок применяется выпрямитель. Ведь при переменном токе изменение направления ЭДС происходит одновременно и в ОВ и в якоре. Двигатели такого типа работают как от постоянки, так, и, от переменки. Нагрузка силового симистора может быть как со стороны электрода Т1, так и со стороны Т2. Это как в простом выключателе. На выводе -12V по схеме — «шасси», но так как не прорисован источник, пришлось так обозначить. На пускателе ПМЛ1501 (спаренный) схема работает, так ведь не устраивает, не нравятся мне «хлопушки». Кстати R330Om на Вашей схеме не управляющий, а удерживающий (запирающий) симистор от всяких «неожиданностей». А вот другой, что в цепи оптосимистора — управляющий. Извиняюсь за свою «неожиданность» — первый скрин сбросил «недоработанным», потом исправился! На последнем скрине (помечено РЧО на первом) все проверено — регулирует обороты от 16000 и почти до минимальных, не зависимо от приложенной нагрузки (в разумных пределах конечно).

  BTA16 на радиаторе со спичечный коробок. Мотор в 300W крутит вальцы профилегиба, через редуктор, конечно. А вот про эту приблуду никак не могу копнуть информации. Приходилось мне разбивать вышедший из строя трехфазный симисторный модуль (твердотельное реле) SSR на 100А, так там не симисторы, а по два, включенных встречно параллельно, бескорпусных тиристора, на каждую фазу. Думаю получится, если подумать, а не пороть горячку (не жечь кремний)!? Скинул и «кишки» твердотелки …

• 1

  2021-01-07T14:19:07+00:00

  И не забывайте о пусковых токах. Возможно симисторы окажутся слабоватыми.

• 2

  2021-01-07T14:14:10+00:00

  Давайте по порядку. При управлении схемой от 12 вольт ограничивающий резистор для оптопары MOC3063 маловат. С расчетом на выгорание оптимальным будет 1.2 кОм (для тока 8 мА) максимум 2 кОм (можно 2.1 кОм, но такого номинала нет). 1 кОм маловато, но работать разумеется будет. Это все с учетом, если у Вас на 2 выводе оптосимисторов именно земля, а не -12В. ( В случае -12В сопротивление нужно увеличивать еще в два раза). Далее, управляющие электроды всех симисторов подключены не правильно. Нужно подключать к 4, а не 6 выводу оптосимистора. Оптимальное значение резистора между 6 выводом оптосимистора и электродом А2 симистора 360 Ом, между 4-ым выводом и электродом А1 — 330 Ом. (номинал 310 мне не встречался). Двигатель является индуктивной нагрузкой. Снабберные цепочки для индуктивной нагрузки просто необходимы. Конденсатор 0,01мкФ 350В и выше, резистор до 360 Ом (для высокоиндуктивных нагрузок). Это рекомендация производителя оптосимисторов. В целом присмотритесь внимательно к схеме. +12В подается либо на 1,4 оптосимистор, либо на 3,4. Вопрос, что при этом изменяется для двигателя. Он получает одно и тоже напряжения.

  Зачем ему вращаться в другом направлении? Схема не дает ответа зачем одновременно использовать два оптосимистора. Это всё равно, что использовать два выключателя для включения одной и той же лампочки. Перед лампочкой и после ее. Будет греться не один, а два симистора. Думаю, даже при правильном подключении электродов реверс не получится. Впрочем, практика лучшая наука. Дерзайте, пусть лучше все получится!

• 2021-01-07T12:22:05+00:00

  Николай

  Здравствуйте! Иконка скрепки, при наведении курсора, изменяет цвет. Но на этом всё удовольствие — она неконтактильна. Оптрон у меня будет при каждом симисторе из четырех. И само собой реверс при полной остановке двигателя. Оказывается нажимал не на ту «скрепочку». Включаться будут попарно: два красных или два зеленых симистора. Меня интересует, правильно ли посчитаны номиналы резисторов. В снабберных цепочках, думаю, нет необходимости? Тумблер со средним положением. В электро инструментах реверс производится именно якорем. А в моем варианте можно и якорем и, полюсными обмотками.

• 1

  2021-01-07T11:13:48+00:00

  Здравствуйте! С Рождеством Вас! Так уж сложилось, что я очень редко работаю с мощными электродвигателями. Вижу у Вас серьезная задумка. Но, на сколько я понимаю, в болгарках или электродрелях реверс включается путем переключения напряжения на другие обмотки. Изменение направления тока с помощью симисторов, звучит как-то не корректно (ведь мы имеем дело с переменным током). Я так понимаю, с помощью оптосимисторов напряжение должно подаваться, то на прямую, то на реверсивную обмотку. Но при этом, по идее, достаточно двух оптронов. Плюс нельзя забывать о инерционном движении двигателя. Возможно, нужна обмотка, фиксирующая отсутствие вращения (напряжения) и разрешающая реверс. Или делать все вручную. Как, собственно, и предполагается при использовании трехфазных реверсивных реле. Вот, что пишет производитель: «Не переключайте реверс до полной остановки двигателя! Для изменения направления вращения используйте 3-позиционный переключатель с фиксацией в среднем положении (стоп)». Кстати, к сообщениям можно прикреплять рисунки или pdf-файлы до 1,5 Мб. Нужно нажать на значок скрепки в поле комментария. В целях безопасности другие переписки не приветствуются. Спасибо за понимание.

• 3

  2021-01-06T14:48:40+00:00

  Николай

  Здравствуйте! Всех с Новым Годом 2021! Мой вопрос посложнее.. Собираю реверсивный пускатель ~220V для управления двигателем от стиральной машины-автомат (по принципу сходный с моторами: болгарок, эл. дрелей). Реверс будет осуществляться посредством изменения направления тока в якоре — четырьмя симисторами BTA16(24, 26) и оптопарами MOC3063. В промышленных станках встречал 3х фазные реверсивные твердотельные реле (SSR), управлявшие асинхронником 180W. Мой движок 300W. Реверс будет происходить при полной его остановке. Но на сайте «непозволительно скинуть» скриншот. Если позволите..в личку? Хотелось бы проконсультироваться?

• 6

  2020-07-15T21:14:43+00:00

  4,3 кОм — это очень условно и это только резистивное сопротивление. Таким образом я хотел сказать, что при воздействии оптической связи внутри оптосимистора, сопротивление его канала между ножками 4 и 6 уменьшается, через канал начинает протекать ток. Этот ток протекает через упр. электрод и почти мгновенно открывает симистор (в нашем случае при переходе фазы через ноль). 2)*4300 Ом = 10,75Вт….moc3081 расплавилась бы просто. Или вы имели ввиду что то другое?

  Я так же попробовал создать эквивалентную схему в сервисе www.falstad.com вот ссылка на нее

  http://tinyurl.com/y7783k9q

  Тут уже внес это сопротивление в общую цепь с симистром и нагрузкой и вроде все стало получше, но наверное тоже что то не то…вообще говоря тут в такой эквивалентной схеме можно совсем убрать сопротивление 4,3кОм.. ибо оно мешает нормально симистру открыться…но это другой разговор, так как не факт что я верно ее составил.

• 4

  2020-07-14T22:27:14+00:00

  Добрый день! Резистор R1, я так понимаю это резистор, который подходит к 6-ой ножке оптосимистора, R на схеме. В случае использования паяльника как нагрузки этот резистор можно не ставить, т.к. не обязательно ставить Rзащ и Cзащ. Они нужны для защиты от индуктивной нагрузки, а резистор R ограничивает ток разряда конденсатора Сзащ через оптосимистор (когда еще закрыт симистор). Но в случае если на устройство будут воздействовать помехи, они могут сыграть такую же злую шутку как индуктивная нагрузка. Никогда не знаешь точно, что может произойти. Лишняя защита никогда не помешает. Помехи могут быть разного рода и они не ощущаются. Они причина случайных проколов в работе. Я провел много экспериментов с симисторами и последствия тому — десяток сгоревших. Что касается Rупр разработчики рекомендуют значения от 100 до 500 Ом, а еще, что он необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода слишком высоко. Все мои коллеги советуют не заморачиваться и ставить как в даташите. Не ставить совсем как-то совсем не логично. 330 Ом показывают стабильные результаты при разных значениях входного сопротивления управляющего электрода. НО ДАВАЙТЕ ПОДУМАЕМ. На Rупр и на внутреннем сопротивлении управляющего электрода должно упасть напряжение управления. Так МОС3081 в открытом состоянии имеет сопротивление порядка 4,3 кОм и при напряжении 220 вольт будет пропускать ток порядка 50 mA. При Rупр — 330 Ом и внутреннем сопротивлении управляющего электрода — 50 Ом, на управляющем электроде будет порядка 2,5 вольт. Через Rупр потечет ток порядка 7mA и почти 50 mA через управляющий электрод. Уменьшая Rупр, уменьшим ток через управляющий электрод. Измеряйте входное сопротивление вашего симистора и делайте выводы. У BTA41 — 60 Ом, у ВТА16 — 270 Ом, везде по разному и нет единого ответа каким должно быть Rупр.

• 2

  2020-07-14T12:03:30+00:00

  Добрый день, интересная статья. Возникла пара вопросов, по резистрам R1 и Rупр, если можете помогите убедиться что их можно не ставить вообще? Моя задача, схема такая же как у вас в статье одни в один, только не задвоенная (половину по горизонтали отрезать в последнем рисунке). То есть оптосимистр управляет более мощным симистром BT138 600E минимальный ток управления 0,025A . Оптосимистр moc3041 и нагрузка у меня это обычный паяльник (хочу сделать управление через компаратор чтобы можно было температуру регулировать). Мощность паяльника 200-300вт. И мне не понятно каким делать R1 и Rупр. Да и вообще нужно ли их ставить?Информации по этим резистрам в рунете ноль, точнее все что я нашел это что номиналы их можно менять. Хорошо что хоть в вашей статье что то увидел, но хочеться разоборатся до конца. Вы пишете что R1 можно вобще не ставить, но тогда что будет ограничивать ток упр.электр. мощного симистра? Зачем вообще Rупр? тем более вы написали что R1 уже вводит задержку управления, два резиста занимаются одним и тем же?

Что такое оптопара? Использование и преимущества

ACTIVES, EEE Components

Оптопара, также известная как оптоизолятор или фотопара, представляет собой электронное устройство, состоящее из светодиодного излучателя в сочетании с фотодетектором, расположенных близко друг от друга.

Существует множество типов фотодетекторов, большинство из которых представляют собой разновидности фотодиода или фототранзистора. Это приводит к различным типам топологий, описанным в следующем посте:

Итак, для чего используется оптопара? Каковы их преимущества?  

Оптопары позволяют передавать сигналы между цепями с отдельными заземлениями, обеспечивая между ними изолированный гальванический барьер. Таким образом, оптопара является решением для цепей, которые должны быть изолированы друг от друга по соображениям безопасности или регулярности и должны иметь промежуточное взаимодействие.

Вкратце, гальваническая развязка оптопары обеспечивает следующие преимущества: 

• Предотвращение контуров заземления в оборудовании, управляющем удаленной нагрузкой . В большинстве совместно используемых источников питания (например, используемых в компьютерах, телекоммуникациях и контрольно-измерительных приборах) для изолированного пути обратной связи используются оптопары.

• Подавление электрических шумов. Например, трудно использовать все преимущества 16-разрядного АЦП, потому что цифровые выходные сигналы (и шум на цифровой земле, к которой вы подключаете выход преобразователя) возвращаются в аналоговый интерфейс. Избавиться от шума можно оптической изоляцией цифровой половины.

• Для подачи сигнала в цепь, находящуюся под высоким напряжением. Разработчики высоковольтных источников питания иногда используют оптопары для подачи сигнала в цепь, находящуюся под высоким напряжением.

Что нужно знать при выборе оптопары?

Как мы упоминали выше, существует много типов оптронов , выбор зависит от предполагаемого применения. В любом случае все оптопары имеют следующие максимальные параметры:

• Прямой ток ( I F ) излучающего диода и обратное напряжение ( В R ) не должны превышаться.

• Оптопара с выходом фототранзистора, ток коллектора ( I C ) и напряжение коллектор-эмиттер ( В CE ).

Также необходимо учитывать поведение этих параметров при различных рабочих температурах. Обычно в спецификациях производителя приводятся кривые снижения номинальных характеристик, которые визуализируют эффекты.

Наконец, возможно, наиболее важным параметром оптрона является CTR (коэффициент передачи тока), который представляет собой выраженное в процентах соотношение между выходным током ( I C ) и входным током ( I ). F ) оптрона.

Оптопары для применения в космосе

В условиях космоса излучение является одним из наиболее важных аспектов. В оптопарах излучение вызывает деградацию устройства, поэтому важно знать, как поведет себя компонент. Знаете ли вы, что радиация влияет на оптопару, разрушая ее?

СВЯЖИТЕСЬ СЕЙЧАС!
У вас есть вопросы? Связаться с нами!

Примечание: для этого контента требуется JavaScript.

Еще пост

Optoi — итальянская компания, занимающаяся оптоэлектроникой и микроэлектроникой. В 2011 году среди быстрорастущих направлений деятельности аэрокосмического подразделения компании компания начала новую разработку, посвященную радиационно-стойкой оптопаре.

Это мероприятие финансировалось Европейской инициативой компонентов (ECI) – ESA. Он был сосредоточен на разработке европейской оптопары с ее оценкой European-Space-Component-Coordinate (ESCC) для космических приложений, сохраняя характеристики неевропейских аналогов в качестве эталона.

В 2021 году компания Optoi, являющаяся ведущей альтернативой оптопарам в Европе благодаря поддержке ESA, присоединилась к ALTER для продвижения своих продуктов и включения их в базу данных doEEEt.com, возможно, запросив образцы для оценки оптронов Optoi.

• Автор
• Последние сообщения

Эмилио Кано Гарсия

Группа технического обслуживания платформы doEEET. в Alter Technology

Эмилио Кано имеет степень в области промышленной электронной техники. Он работает в Alter Technology в составе группы технического обслуживания платформы doEEet.

Постоянно поддерживая техническое содержание платформы, doEEEt предоставляет космическому сообществу самую последнюю и полную информацию о компонентах Hi-Rel EEE, соответствующей документации и отчетах, а также о любых связанных закупках и тестировании.

Последние сообщения Эмилио Кано Гарсии (посмотреть все)

4. 3 3 голосов

Рейтинг статьи

Предыдущий пост

Изоляция по постоянному току с помощью фототранзисторных выходных оптронов

Следующий пост

Часто задаваемые вопросы (FAQ) — Сканирующая акустическая микроскопия

Scroll

Что такое оптрон и как он работает?

Если вы когда-либо разбирали любое зарядное устройство для телефона или импульсный источник питания, вы найдете несколько крошечных черных корпусов ИС с необычным количеством контактов, в основном четыре или шесть, как для поверхностного монтажа, так и для сквозных отверстий. Что более необычно, так это то, что эти части обычно находятся над изоляционными прорезями и зазорами, что делает их назначение более загадочным.

 

Эти компоненты называются оптопары или оптоизоляторы или просто оптопары , и они выполняют важнейшую функцию передачи сигналов между изолированными секциями схемы. Они используют свет для передачи сигналов между цепями.

 

Что такое оптопара и как она работает

Как мы уже узнали о транзисторах, идеальный транзистор не пропускает через себя ток, если базовый вывод не срабатывает. Но если вам удастся осторожно снять конденсатор с обычного дискретного транзистора и подать напряжение на выводы коллектора и эмиттера, вы заметите, что небольшой ток все еще течет! Это происходит из-за света, падающего на основание открытого кристалла транзистора.

Это означает, что фотоны света действительно способны выбивать дырки и электроны в легированном полупроводниковом материале. Это приводит к некоторым очень интересным возможностям, первой из которых является фототранзистор, в основном транзистор с двумя выводами без базы. Они очень похожи на диоды и поставляются в прозрачных упаковках. Здесь свет действует как базовый ток. Фотодиоды работают очень похожим образом; они меняют свое «сопротивление» в зависимости от количества падающего на них света.

 

Фотодиоды и транзисторы используются в таких устройствах, как датчики приближения, которые обнаруживают небольшие изменения напряжения или тока в этих устройствах в зависимости от количества падающего на них света.

 

Если мы можем поместить светодиод и фототранзистор в закрытую трубку, свет, исходящий от светодиода (конечно, при условии, что он правильно управляется), осветит «основание» фототранзистора и сделает его проводящим. Это оставляет нам устройство, которое может управлять переключающим элементом без какого-либо физического контакта! Такое устройство уже существует, и как вы догадались, это оптопара !

 

Входы и выходы оптопары

Оптопары бывают разных форм, размеров и скоростей (что будет обсуждаться позже), но большинство из них имеют одни и те же основные характеристики — диодный вход и выход переключающего элемента.

 

Диод очень похож на любой другой светодиод, за исключением того факта, что вы не можете видеть свет (во-первых, потому что он находится в герметичном пластиковом корпусе, а во-вторых, потому что он в основном инфракрасный). Для его работы требуются те же токи и напряжения, что и для обычных светодиодов, а именно несколько вольт и несколько десятков миллиампер.

 

Приведенная ниже анимация поможет вам понять принцип работы. Используемая здесь оптопара представляет собой фототранзистор MCT2E IC. Как видите, логический вход светодиода управляет выходом транзистора. В этой ИС выходная сторона состоит из транзистора, но так должно быть во всех случаях.

Выходная сторона фототранзистора немного интереснее, потому что обычно он состоит из транзистора типа NPN, как показано выше, но иногда это также может быть SCR или TRIAC, а иногда даже полностью совместимый с логикой выход!

 

Важно помнить, что, поскольку база в основном управляется светом, «базовый ток» очень и очень низок — вы не можете ожидать полного насыщения от этих типов транзисторов, а поскольку базовый ток настолько малы, что время подъема и спада часто патетически медленное, как я понял на собственном горьком опыте. Конечно, опто логический выход (и согласование скоростей) доступны, но требуют отдельного источника питания для выходной стороны.

 

Прелесть оптовхода в том, что, поскольку он полностью гальванически развязан со стороны входа, он может плавать при любом напряжении, или, другими словами, он действует как плавающий «переключатель», хотя и не очень хорошо. один.

 

Например, вы можете разместить выход транзистора на стороне низкого уровня и добавить подтягивание к коллектору, поэтому, когда диод горит, транзистор проводит и подтягивает коллектор к низкому уровню. Вы также можете разместить транзистор на высокой стороне с резистором между эмиттером и выходной землей, поэтому, когда вход становится высоким, выход на эмиттере тоже высокий.

 

Но имейте в виду, что большинство распространенных оптронов имеют высокое напряжение насыщения из-за ограниченного базового привода, иногда порядка 1 Вольта!

Из-за низкой скорости обычные оптопары используются как часть контуров обратной связи источника питания с дополнительным бонусом в виде полной изоляции.

 

Как вы уже догадались, оптос не может делать то, что могут трансформаторы — подавать питание. В то время как трансформатор может питать изолированные схемы, с современными технологиями мы не можем эффективно передавать энергию через свет.

 

Но оптопары делают то, чего не могут сделать трансформаторы — очень эффективно и очень быстро передают сигналы между цепями без необходимости использования отдельных драйверов. Мы можем подключить вход оптрона напрямую к выводу микроконтроллера, но мы не сможем сделать то же самое для преобразователя сигналов!

 

Практические советы по оптопарам

Для всех «медленных» целей, т. е. сигналов порядка нескольких килогерц, я рекомендую использовать PC817, очень распространенный одиночный оптрон, который поставляется в корпусе DIP4 или SMD. Подайте на вход не менее 5 мА.

Для более высоких скоростей я рекомендую TLP117, который имеет инвертированный логический выход, но требует питания 5 В на выходе.