Оптопары резисторные и полупроводниковые тиристоры: виды, принцип работы, применение

Что такое оптопара. Как устроены и работают резисторные оптопары. Какие бывают полупроводниковые тиристорные оптопары. Для чего применяются оптроны в электронике. Каковы преимущества и недостатки оптронов.

Что такое оптопара и как она устроена

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

• Источник излучения (светодиод, лампа накаливания)
• Приемник излучения (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор)
• Оптический канал между ними

В оптопаре происходит преобразование электрического сигнала в световой, передача света по оптическому каналу и обратное преобразование светового сигнала в электрический. Это обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Резисторные оптопары: принцип действия и характеристики

В резисторных оптопарах в качестве приемника излучения используется фоторезистор. Принцип работы основан на изменении сопротивления фоторезистора под действием света от излучателя. Основные особенности:

• Выходное сопротивление может изменяться в 10^7-10^8 раз
• Высокая линейность и симметричность ВАХ фоторезистора
• Низкое быстродействие (0,01-1 с)
• Применяются в аналоговых устройствах

Резисторные оптопары имеют хорошую линейность передаточной характеристики, что позволяет использовать их для передачи аналоговых сигналов.

Полупроводниковые тиристорные оптопары

Тиристорные оптопары содержат в качестве приемника излучения кремниевый фототиристор. Их особенности:

• Высокая чувствительность к управляющему световому сигналу
• Большой коэффициент усиления по току
• Сохранение включенного состояния после прекращения светового сигнала
• Применяются для коммутации сильноточных цепей

Включение тиристорной оптопары происходит под действием короткого светового импульса, что обеспечивает малое энергопотребление в цепи управления.

Преимущества и недостатки оптронов

Основные достоинства оптопар:

• Гальваническая развязка входа и выхода
• Широкая полоса пропускания (до 10^14 Гц)
• Высокая помехозащищенность оптического канала
• Возможность управления световым потоком

К недостаткам можно отнести:

• Относительно большую потребляемую мощность
• Невысокую температурную стабильность
• Старение параметров со временем
• Высокий уровень собственных шумов

Применение оптронов в электронике

Оптроны широко используются в различных областях электроники:

• Гальваническая развязка цепей
• Передача сигналов между блоками аппаратуры
• Коммутация и переключение сигналов
• Преобразование уровней сигналов
• Формирование задержек
• Управление мощными тиристорами и симисторами

Оптроны позволяют создавать трансформаторы без обмоток, оптические реле, оптические датчики и другие устройства с уникальными характеристиками.

Виды оптопар по типу фотоприемника

В зависимости от типа используемого фотоприемника различают следующие основные виды оптопар:

• Резисторные — на основе фоторезисторов
• Диодные — с фотодиодами
• Транзисторные — с фототранзисторами
• Тиристорные — с фототиристорами

Выбор типа оптопары зависит от требуемых параметров — быстродействия, линейности, коэффициента передачи и других характеристик.

Конструкция и технология изготовления оптронов

Типовая конструкция оптрона включает:

• Источник излучения (обычно светодиод)
• Фотоприемник (фоторезистор, фотодиод и т.д.)
• Оптически прозрачный диэлектрик между ними
• Корпус с выводами

Для изготовления оптронов применяют гибридную технологию, объединяя в одном корпусе разнородные полупроводниковые структуры. Это усложняет технологию по сравнению с обычными интегральными схемами.

Параметры и характеристики оптронов

Основные параметры оптопар:

• Входной ток и напряжение
• Выходной ток и напряжение
• Коэффициент передачи тока
• Время включения и выключения
• Сопротивление изоляции между входом и выходом
• Проходная емкость

Важными характеристиками являются передаточная характеристика, определяющая зависимость выходного тока от входного, а также частотные и температурные зависимости параметров.

3.6. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

— наименование, цель и программу работы;

— описание хода выполненной работы с включением по его тексту:

— таблицы с экспериментальными данными и графики экспериментально снятых ВАХ;

— результаты обработки экспериментальных данных, сведенных в таблицы, а также построенные по ним графики;

— анализ полученных результатов, оформленный в виде выводов по работе.

3.7. Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается цель данной работы и какова программа исследований, которую нужно выполнить в ней?

2. Как снимают ВАХ исследуемых приборов?

3. Какие измерительные приборы позволяют измерить напряжение и ток диодов.

4. Как определяется динамическое и статическое сопротивления диода?

5. Что называется полупроводниковым излучателем?

6. Какое явление лежит в основе работы полупроводниковых излучателей?

7. Объясните принцип работы светодиодов?

8. Какие материалы используются в полупроводниковой оптоэлектронике? Почему?

9. Перечислите основные параметры светодиодов?

10. Области применения светоизлучающих диодов.

3.8. Рекомендованная литература

1. Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Тугов Н.М. Полупроводниковые приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых оптопар

4.1. Цель работы

Целью работы является исследование свойств и вольт-амперных характеристик (ВАХ) различных типов полупроводниковых оптопар.

4.2. Программа работы

4.2.1. Ознакомиться с теорией и методом снятия ВАХ полупроводниковых оптоприборов, схемой лабораторной установки, назначением переключателей и измерительных приборов.

4.2.2. Снять прямую ветвь ВАХ излучающего диода.

4.2.3. Снять семейство ВАХ диодного фотоприемника при различных значениях тока излучающего диода.

4.2.4. Снять семейство ВАХ транзисторного фотоприемника при различных значениях тока излучающего диода.

4.2.5. Снять семейство ВАХ тиристорного фотоприемника при различных значениях тока излучающего диода.

4.3. Краткие теоретические сведения

Работа различных полупроводниковых приемников излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который состоит в том, что под действием излучения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда – электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная проводимость, обусловленная действием фотонов, получила название

фотопроводимости. У металлов явление фотопроводимости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов проводимости огромна (примерно 10²²см^-3) и не может заметно увеличится под действием излучения. В некоторых приборах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую принято называтьфото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. В результате рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках образуются фотоны, и при некоторых условиях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излучения.

4.3.1. Фоторезисторы

Фоторезисторпредставляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Принцип устройства фоторезистора поясняется на рис.4.1а. На диэлектрическую пластинку 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контактами 3 по краям. Схема включения фоторезистора приведена на рис.4.1б. Полярность источника питания не играет роли.

Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление R_T, называемоетемновым. Оно является одним из параметров фоторезистора и составляет 10⁶-10⁷Ом. Соответствующий ток через фоторезистор называетсятемновым током. При действии излучения с достаточной энергией фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар подвижных носителей заряда (электронов и дырок), и его сопротивление уменьшается.

Для фоторезисторов применяются различные полупроводники, имеющие нужные свойства. Так, например, сернистый свинец наиболее чувствителен к инфракрасным, а сернистый кадмий – к видимым лучам. Фоторезисторы характеризуютсяудельной чувствительностью по потоку, т.е. интегральной чувствительностью (это – отношение фототока к вызвавшему его потоку белого (немонохроматического) света), отнесенной к 1В приложенного напряжения:

S_уд=I/(ФU), (4.1)

где Ф – световой поток.

Обычно удельная чувствительность составляет несколько сотен или тысяч микроампер на вольт-люмен.

Фоторезисторы имеют линейную вольтампернуюи нелинейнуюэнергетическую характеристику(рис.4.2). К параметрам фоторезисторов кроме темнового сопротивления и удельной чувствительности следует еще отнести максимальное допустимое рабочее напряжение (до 600В), кратность изменения сопротивления (может быть до 500), температурный коэффициент фототока ТКФ=ΔI/(IΔT). Значительная зависимость сопротивления от температуры, характерная для полупроводников, является недостатком фоторезисторов. Существенным недостатком надо считать также их большую инерционность, объясняющуюся довольно большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения. Практически фоторезисторы применяются лишь на частотах не выше нескольких сотен герц или единиц килогерц. Собственные шумы фоторезисторов значительны. Тем не менее, фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.

4.3.2. Фотодиоды

Фотодиодыпредставляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обратный ток увеличивается. Такой режим работы называетсяфотодиодным(рис.4.3). Вольтамперные характеристикиI=f(U) при Ф=constдля фотодиодного режима (рис.4.4) напоминают выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой. Если светового потока нет, то через фотодиод протекает обычный начальный обратный токI₀, который называюттемновым. Под действием светового потока ток в диоде возрастает и характеристики располагаются выше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Но при некотором напряжении возникает электрический пробой (участки резкого увеличения тока на характеристике). Энергетические характеристики фотодиодаI=f(Ф) приU=constлинейны и мало зависят от напряжения (рис.4.5).

Токовая чувствительность фотодиода обычно составляет десятки мА на люмен. Она зависит от длины волны световых лучей и имеет максимум при некоторой длине волны, различной для разных полупроводников. Инерционность фотодиодов невелика. Они могут работать на частотах до нескольких сотен МГц. А у фотодиодов со структурой p-i-nграничные частоты повышаются до десятков ГГц. Рабочее напряжение у фотодиодов обычно 10-30 В. Темновой ток не превышает 20 мкА для германиевых приборов и 2 мкА – для кремниевых. Ток при освещении составляет сотни мкА. В последнее время разработаны фотодиоды на сложных полупроводниках, наиболее чувствительных к инфракрасному излучению. Большинство фотодиодов изготовляется по планарной технологии (рис.4.6).

Имеется несколько разновидностей фотодиодов. У лавинных фотодиодовпроисходит лавинное размножение носителей вp-n-переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность. Вфотодиодах с барьером Шоткиимеется контакт полупроводника с металлом. Это диоды с повышенным быстродействием. Все фотодиоды могут работать и как генераторы ЭДС в фотовентильном режиме.

4.3.3. Фотоэлементы

Полупроводниковые фотоэлементы,иначе называемыевентильнымиилифотогальваническими, служат для преобразования энергии излучения в электрическую энергию. По существу они представляют собой фотодиоды, работающие без источника внешнего напряжения в фотовентильном режиме и создающие собственную ЭДС под действием излучения.

Фотоны, воздействуя на p-n-переход и прилегающие к нему области, вызывают генерацию пар носителей заряда. Возникшие вp- иn-областях дырки и электроны диффундируют к переходу, и если они не успели рекомбинировать, то попадают под действие внутреннего электрического поля, имеющегося в переходе. Это поле также действует и на носителей заряда, возникших в самом переходе. Поле разделяет электроны и дырки. Для неосновных носителей, например для электронов, возникших вp-области, поле перехода является ускоряющим. Оно перебрасывает электроны вn-область. Аналогично дырки перебрасываются полем изn-области вp-область. А для основных носителей поле перехода является тормозящим, и эти носители остаются в своей области, т.е. дырки остаются вp-области, а электроны – вn-области (рис.4.7).

В результате такого процесса в n- иp-областях накапливаются избыточные основные носители, т.е. создаются соответственно заряды электронов и дырок и возникает разность потенциалов, которую называютфото-ЭДС(Е_ф). С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону (рис.4.8). Значение ЭДС может достигать нескольких десятых долей вольта. При включении полупроводникового фотоэлемента на нагрузку (рис.4.9) возникает фототокI_ф=Е_ф/(R_н+R_i), гдеR_i– внутреннее сопротивление самого фотоэлемента.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили кремниевые фотоэлементы, используемые в качестве солнечных преобразователей. Они преобразуют энергию солнечных лучей в электрическую, и ЭДС их достигает уже более 0,5В. Из таких элементов путем последовательного и параллельного соединения создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20%) и могут развивать мощность до нескольких кВт. Солнечные батареи из кремниевых фотоэлементов – это основные источники питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др.

4.3.4. Фототранзисторы

Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствительность у фототранзисторов. Биполярный фототранзисторпредставляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типаp-n-pсо «свободной», (никуда не включенной) базой, приведена на рис.4.10. Обычно на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.

Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда – электронов и дырок. Они диффундируют к коллекторному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фотодиоде. Дырки под действием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типаn-p-nвсе происходит аналогично.

Чувствительность у фототранзистора в десятки раз больше, чем у фотодиода, и может достигать сотен мА на люмен.

Выходные характеристики фототранзистора показаны на рис.4.11. Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы.

Параметры фототранзистора – интегральная чувствительность, рабочее напряжение (10-15 В), темновой ток (до десятков мА), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков мВт), граничная частота. Фототранзисторы, изготовленные сплавным методом, имеют граничные частоты до нескольких кГц, а изготовленные диффузионным методом (планарные) могут работать на частотах до нескольких МГц. Недостаток фототранзисторов – сравнительно высокий уровень собственных шумов.

Помимо рассмотренного биполярного фототранзистора применяются и другие: составные фототранзисторы, полевые и однопереходные фототранзисторы.

4.3.5. Фототиристоры

Тиристорныечетырехслойные структурыp-n-p-n(рис.4.12) могут управляться световым потоком, подобно тому, как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базыp₁в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют кp-n-переходам. Электроны, попадая в область перехода П₂, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору: напряжение на переходе П₂несколько уменьшается, а напряжение на переходах П₁и П₃несколько увеличиваются. Но тогда усиливается инжекция в переходах П₁и П₃, к переходу П₂приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения, еще больше усиливается инжекция в переходах П₁и П₃, ток лавинообразно нарастает (см. штриховые линии на рис.4.13), т.е. тиристор отпирается.

Чем больше световой поток, действующий на тиристор, тем при меньшем напряжении включается тиристор. Это наглядно показывают вольтамперные характеристики фототиристора, приведенные на рис.4.13. После включения на тиристоре устанавливается небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке.

Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные достоинства фототиристоров – малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.

4.3.6. 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. Если оптрон имеет только один излучатель и один приемник излучения, то его называютоптопаройилиэлементарным оптроном. Микросхема, состоящая из одной или нескольких оптопар 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 фотоприемника – управляемой.

Конструктивно в оптронах излучатель и приемник излучения помещаются в корпус и заливаются оптически прозрачным клеем (рис.4.14).

Важнейшие достоинства оптронов:

1. Отсутствие электрической связи между входом и выходом и обратной связи между фотоприемником и излучателем.

2. Широкая полоса частот пропускаемых колебаний, возможность передачи сигналов с частотой от 0 до 10¹⁴Гц.

3. Возможность управления выходными сигналами путем воздействия на оптическую часть.

4. Высокая помехозащищенность оптического канала, т.е. его невосприимчивость к воздействию внешних электромагнитных полей.

5. Возможность совмещения в РЭА с другими полупроводниковыми и микроэлектронными приборами.

Недостатки оптронов следующие:

1. Относительно большая потребляемая мощность, из-за того, что дважды происходит преобразование энергии, причем КПД этих преобразований невысок.

2. Невысокая температурная стабильность и радиационная стойкость.

3. Заметное «старение», т.е. ухудшение параметров с течением времени.

4. Сравнительно высокий уровень собственных шумов.

5. Необходимость применения гибридной технологии вместо более удобной и совершенной планарной технологии (в одном приборе объединены источник и приемник излучения, сделанные из разных полупроводников).

Рассмотрим различные типы оптопар, отличающиеся друг от друга фотоприемниками.

Резисторные оптопарыимеют в качестве излучателя сверхминиатюрную лампочку накаливания или светодиод, дающий видимое или инфракрасное излучение. Приемником излучения является фоторезистор из селенида кадмия или сульфида кадмия для видимого излучения, а для инфракрасного – из селенида или сульфида свинца. Фоторезистор может работать как на постоянном, так и на переменном токе. Для хорошей работы оптопары необходимо согласование излучателя и фоторезистора по спектральным характеристикам. Схема включения резисторной оптопары изображена на рис.4.15.

Диодные оптопары(рис.4.16а) имеют обычно кремниевый фотодиод и инфракрасный арсенидо-галлиевый светодиод. Фотодиод может работать в фотогенераторном режиме, создавая фото-ЭДС до 0,8В, или в фотодиодном режиме. Диоды изготовляют по планарно-эпитаксиальной технологии. Для повышения быстродействия применяют фотодиоды типаp-i-n.

Применение диодных оптопар весьма разнообразно. Например, на основе диодных оптопар создаются импульсные трансформаторы, не имеющие обмоток. Оптопары используются для передачи сигналов между блоками сложной РЭА, для управления работой различных микросхем, особенно микросхем на МДП-транзисторах, у которых входной ток очень мал. Разновидность диодных оптопар – оптопары, в которых фотоприемником служит фотоварикап (рис.4.16б).

Транзисторные оптопары(рис.4.16в) имеют обычно в качестве излучателя арсенидно-галлиевый светодиод, а приемника излучения – биполярный кремниевый фототранзистор типаn-p-n. Основные параметры входной цепи таких оптопар аналогичны параметрам диодных оптопар. Оптопары этого типа работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутаторных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, в качестве реле и во многих других случаях.

Тиристорные оптопарыимеют в качестве фотоприемника кремниевый фототиристор (рис.4.16г) 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.

Оптоэлектронные интегральные микросхемы(ОЭ ИМС) имеют оптическую связь между отдельными узлами или компонентами. В этих микросхемах, изготовляемых на основе диодных, транзисторных, тиристорных оптопар, кроме излучателей и фотоприемников содержатся еще устройства для обработки сигналов, полученных от фотоприемника. Особенность ОЭ ИМС – однонаправленная передача сигнала и отсутствие обратной связи.

Различные ОЭ ИМС используются главным образом в качестве переключателей логических и аналоговых сигналов, реле и схем цифро-буквенной индикации.

9.4. Оптрон (оптопара).

Оптрон – полупроводниковый прибор, содержащий источник излучения и приемник излучения, объединенных в одном корпусе и связанные между собой оптически, электрически и одновременно обеими связями. Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

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

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, которое часто лежит в диапазоне 5…50 мкс.

Рассмотрим подробнее оптопару светодиод-фотодиод (рис. 9.4.1,а). Излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод – в прямом (режим фотогенератора) или обратном направлении (режим фотопреобразователя). Направления токов и напряжений диодов оптопары приведены на рис. 9.4.1 ,б.

Рисунок 9.4.1. Схема оптопары (а) и направление токов и напряжений в ней (б)

Изобразим зависимость тока i_вых от тока i_вх при u_вых=0 для оптопары АОД107А (рис.9.4.2). Указанная оптопара предназначена для работы как в фотогенераторном, так и в фотопреобразовательном режиме.

Рисунок 9.4.2. Передаточная характеристика оптопары АОД107А

9.5. Фототранзистор и фототиристор.

Внешний вид и условные обозначения фототранзистора представлены на рив 9.5.1 и рис. 9.5.2.

а) б)

Рисунок 9.5.1. Внешний вид фототранзисторов.

Рисунок 9.5.2. Условное изображения фототранзистора.

Выходные характеристики фототранзистора подобны выходным характеристикам обычного биполярного транзистора, в котором положение характеристик определяется не током базы, а уровнем освещенности (или величиной светового потока). Свойства фототиристора подобны свойствам обычного тиристора, однако с той лишь особенностью, что включение тиристора осуществляется не с помощью импульса тока управления, а с помощью светового импульса.

а) б)

Рисунок 9.5.3, а) – внешний вид фототиристора, б) – условное обозначение двухвыводного фототиристора.

9.6. Фотоэлектронный умножитель.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) – электронный прибор в котором ток фотоэмиссии усиливается за счет электронной эмиссии. Внешний вид прибора представлен на рис. 9.6.1 ФЭУ помимо катода и анода содержит несколько дополнительных электродов, называемых динодами (см. рис. 9.6.2). Их наличие позволяет усиливать фототок. Между катодом и анодом подключают источник питания. Диноды подключают к делителю напряжений так, чтобы напряжение между соседними электродами составляло 50…150 В. Фотоны попадающие на катод выбивают с его поверхности, вследствие внешнего фотоэффекта, первичные электроны, которые притягиваются динодами, из-за разности потенциалов между ними. Движение электронов, от катода к аноду сопровождается образованием вторичных электронов (см. рис. 9.6.2 б), которые выбиваются с поверхности динодов первичными электронами и притягиваются последующим динодом вследствие разности потенциалов между ними. Отношение числа вторичных электронов к первичным называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии σ. Энергетическая характеристика ФЭУ линейна в широком диапазоне световых потоков.

Достоинства прибора — высокая чувствительность.

Недостаток — сложность конструкции и необходимость высоковольтных источников питания (около 1000 В). ФЭУ применяют в качестве приемников в спектральной аппаратуре.

Рисунок 9.6.1. Фотоэлектронные умножители.

Рисунок 9.6.2 а) схема включения ФЭУ в цепь: 1 – катод, 2 – диафрагма, 3 – диноды, 4 – анод; б) электронная эмиссия.

Контрольные вопросы:

1. В чем проявляется внешний фотоэффект?

2. В чем проявляется внутренний фотоэффект?

3. Может ли фоторезистор работать на переменном токе?

4. Что такое фототок?

5. Что такое энергетическая характеристика фоторезистора?

6. Что такое вольтамперная характеристика фоторезистора?

7. Что такое спектральная характеристика фоторезистора?

8. Какие применения фотодиода вы знаете?

9. В каких режимах работает фотодиод?

10. Что такое фотоэлектронный умножитель?

11. Какие применения фотоэлектронного умножителя Вы знаете?

12. Какими недостатками обладает фотоэлектронный умножитель?

13. Какими электродами обладает фотоэлектронный умножитель?

14. Что такое темновой ток?

Тиристорные оптопары

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

В тиристорных оптопарах в качестве приемного элемента используется кремниевый фото­тиристор. Семейство ВАХ фототиристорного оптрона приведено на рис. 7.13.

Фототиристор так же, как обычный тиристор имеет четырехслойную структуру р-п-р-п. Конструктивно оптопара выполнена так, что основная часть излучения входного диода на­правлена на высокоомную базовую область п фоторезистора. К крайним областям — аноду р и катоду п прикладывается внешнее выходное напряжение «плюсом» к аноду. При облу­чении в «-базе генерируются пары носителей заряда — электронов и дырок. Электрическим полем центрального (коллекторного) перехода между п — и р-областями носители заряда раз­деляются. При этом электроны остаются в я-базе, а дырки попадают в р-базу. Происходит инжекция неосновных носителей заряда из крайних переходов структуры, называемых эмиттерными. Лавинообразное нарастание тока через структуру приводит к «отмиранию»

Фототиристор так же, как и фототранзистор обладает большим внутренним усилением фототока. В отличие от фототранзистора, включенное состояние фототиристора сохраняет­ся и при прекращении излучения входного диода. Таким образом, управляющий сигнал на тиристорную оптопару может подаваться только в течение небольшого времени, необходи­мого для отпирания тиристора. Этим достигается существенное уменьшение энергии, тре­буемой для управления тиристорной оптопарой.

Тиристора. Все три перехода оказываются смещенными в прямом направлении, и падение напряжения на фототиристоре в отпертом состоянии получается малым.

Рис. 7.13. Семейство вольт-амперных характеристик фототиристорного оптрона

Чтобы запереть тиристор, с него следует снять внешнее напряжение. Если тиристор включается в цепь переменного или пульсирующего напряжения, то выключение тиристора происходит при уменьшении напряжения и тока через тиристор до значения, при котором не может поддерживаться включенное состояние прибора.

При отсутствии входного сигнала, что соответствует необлученному состоянию базо­вой «-области, через фототиристор протекает малый темновой ток утечки. Темновой ток сильно зависит от температуры. При повышении температуры на 10°С ток примерно уд­ваивается.

Тиристорные оптопары используются в качестве ключей для коммутации больших токов и высоковольтных цепей как радиоэлектронного ([/=50…600 В, / = 0,1…10,0 А), так и электрохимического ((/= 100… 1300 В, /= 6…320 А) назначения.

Времена переключения тиристорных оптопар находятся в интервале от десятков микро­секунд до десятков миллисекунд.

Важным достоинством этих приборов является то, что, управляя значительными мощностями в нагрузке, они потребляют малую мощность цепями управления и поэтому совместимы по входу с интегральными микросхемами.

Тесты

7.1. Что называется оптроном:

А) прибор, использующий преобразование электрической энергии в оптическую;

Б) прибор, использующий преобразование оптической энергии в электрическую;

В) прибор, использующий преобразование электрической энергии в оптическую и оптической энергии в электрическую;

Г) прибор, использующий излучатель и фотоприемник не связанные между собой?

7.2. Используя рис. 1, выберите, какое преобразование реализуется узлом оптрона, соответствующим номеру 4:

А) преобразование электрического сигнала в электрический;

Б) преобразование электрического сигнала в оптический;

В) преобразование оптического сигнала в электрический;

Г) преобразование оптического сигнала в оптический.

3 Рис. 1

7.3. Используя рис. 1, выберите, какое преобразование реализуется узлом оптрона, соответствующий номеру 2:

А) преобразование электрического сигнала в электрический;

Б) преобразование электрического сигнала в оптический;

В) преобразование оптического сигнала в электрический;

Г) преобразование оптического сигнала в оптический.

7.4. Какие известные оптроны могут обладать коэффициентом перелачи превышающим единицу:

А) диодные;

Б) диодно-резисторные;

В) диодно-транзисторные;

Г) тиристорные.

7.5. Какая емкость характеризует работу СИД при прямом включении (рис. 2):

А)Сд1; б) Сдг; в)Сб|; г)Спр?

7.6. Какая емкость характеризует работу ФД при прямом включении (рис. 2):

А) Сд,; б) Сдг; в) С6|; г) Спр?

7.7. Укажите номер, который указывает на корпус СИД (рис. 3).

7.8. Используя рис. 3, укажите номер, который указывает на корпус ФД.

7.9. Используя рис. 3, укажите номер, который указывает на световод.

7.10. Используя рис. 3, укажите номер, который указывает на фотоприемник.

Тепловизионные камеры. Тепловизоры testo — полупроводниковые приборы, наделённые возможностью наблюдать тепловое либо световое излучение. Тепловизор flir на собственном мониторе изображает оранжевыми, красными и желтыми цветами объекты, источающие тепло, но прохладные …

А, Механический эквивалент света К Постоянная Больцмана В Сииий свет К, Коэффициент передачи по току С Скорость света в свободном простран­ Ку Коэффициент световой эффективности Стве Коэффициент усиления лазера Ся …

А Номинальная числовая апертура Мэв Монохроматическая АВС Активный волоконный световод Электромагнитная волна АИМ Амплитудно-импульсная Нжк Нематические жидкие кристаллы Модуляция Ов Оптическое волокно АПП Абсолютный показатель ОЗУ Оперативное запоминающее Преломления Устройство …

Устройства управления вращающиеся | Возбуждение, управление и защита бесщеточных синхронных машин

Страница 8 из 11

Устройство управления вращающееся (УУВ) монтируется на ВЧ БСМ и производит управление тиристорами ПЗУ второй и третей групп БСД и тиристорами ПбВ, если в схеме последний выполняется полностью или полууправляемым. Схемы УУВ зависят от их функционального назначения. Для управления тиристорами полупроводникового ключа используются обычно стабилитронно-резисторные цепи. Управление последовательным или параллельным тиристором ПЗУ и тиристорами ПбВ производится с применением всех известных радиоэлектронных компонентов.
Часть устройства УУВ, предназначенная для управления последовательным или параллельным тиристором, включает в себя блок управления тиристорным ключом, синхронизирующий и послесинхронизирующий блоки (рис. 56). Конкретные схемы данных блоков, разработанные и применяемые зарубежными фирмами, показаны на рис. 41-48. Для питания данных блоков может использоваться напряжение, индуктируемое в ОВ, и напряжение якоря Вб, если последний возбужден.
Синхронизирующий блок УУВ производит измерение частоты и фазы переменного тока ротора СД. Импульс на включение последовательного или параллельного тиристора формируется в начале положительной полуволны переменного напряжения на ОВ по достижении заданного скольжения. Эта же схема, как правило, производит автоматическую ресинхронизацию при выпадении двигателя из синхронизма при недовозбуждении, ударной нагрузке или снижении питающего напряжения. При появлении напряжения на ОВ, превышающего напряжение ПбВ, последовательный (параллельный) тиристор ПЗУ запирается, а в цепь ОВ вводится сопротивление R, если напряжение на ее зажимах достаточно для коммутации полупроводникового ключа. Таким образом, повторяется процесс разгона двигателя.
Послесинхронизирующий блок производит подачу возбуждения на ОВ двигателя, если последний втягивается в синхронизм за счет реактивного момента, что может иметь место при малых значениях момента сопротивления. При этом используется времязависимый способ включения последовательного (параллельного) тиристора.
Рассмотренные схемы ПЗУ непрерывно совершенствуются. При этом достигается повышение надежности их работы.

Рис. 56. Структурная схема блоков УУВ управления БСД при пуске
1 — послесинхронизирующий блок; 2 — блок управления тиристорным ключом; 3 — синхронизирующий блок

Рис. 57. Схема УУВ, обеспечивающая управление БСД при пуске, синхронизации и ресинхронизации
Конкретная элементная схема УУВ БСД, предложенная в США, приведена на рис. 57. В синхронном режиме ОВ 12 СД питается от Вб 20 через преобразователь 26 и последовательные тиристоры 30 и 32. В асинхронных режимах при отрицательных значениях тока ОВ шунтируется пусковым сопротивлением на резисторах 40 и 42 через диод 48, а при положительных — через тиристор 60.

В начале отрицательного полупериода ЭДС в ОВ световоды СРЗ, СР4 оптронов получают питание через резистор 44. Первым включается питание цепи управления от выпрямителя 26, а вторым — на входе инвертора 202 создается «О» и сбрасывается «О» на счетчике 130, который начинает считать импульсы генератора 140. Если скольжение СД велико, асинхронный режим сохраняется и каждый период напряжения ОВ на счетчике 30 устанавливается «О». При малом скольжении накапливается напряжение, достаточное для срабатывания оптрона СР1 и подачи УИ на тиристор 30. Затем включается оптрон СР2 и тиристор 32. В конце счета оптроном СР5 включается тиристор, и питание цепи управления прекращается. (На рис. 57 170 и 190 — динамические триггеры; 220 — моностабильный триггер; 152, 154, 180 и 210 — логические элементы «И — НЕ». Цифры у конденсаторов показывают: числитель — емкость, мкФ; знаменатель — напряжение, В.
Для БСГ были предложены УВВ, включающие импульсные устройства управления ПбВ. В схеме БСГ на рис. 58 применены УУС и УУВ, при чем УУС осуществляет управление током в ОВВ, а УУВ содержит ИУ, питающееся от дополнительной обмотки якоря ВбС. Коррекция сигнала управления по н.с. СГ производится с помощью датчика н.с. 1.
В БСГ значительной мощности формирование ИУ может производиться с помощью специального генератора 5 с двумя обмотками возбуждения 3 и 4 по осям d и q (рис. 5 9). В цепи ротора такого генератора включен дроссель с импульсными обмотками 1А-6А, обмотками смещения 1В-6В и обмотками управления 1С-6С. На рис. 59 показана одна фаза 1 Вб и одно плечо ПбВ. Угол включения тиристоров М и 1S регулируется в зависимости от величины напряжений на неподвижных обмотках 3 и 4 специального генератора.

Рис. 58. Схема с управляемым ПбВ, УУС, УУВ и датчиком н.с. якоря

Рис. 59. Элементы схемы БСГ с управляемым ПбВ и генератором формирования ИУ


Рис. 60. Устройство для бесщеточного возбуждения синхронного генератора

Устройство возбуждения БСМ с полууправляемым ПбВ и УУВ, включающим смонтированные на вращающемся валу БСМ формирователи импульсов для включения тиристоров ПбВ и АРВ, показано на рис. 60 [114J. В качестве ИП ОВ (7а) ВбС (7) применены трансформатор тока 13 и силовой трансформатор напряжения 12, которые совместно с дросселем образуют параллельную схему фазового компаундирования. К выходу схемы фазового компаундирования подключен диодный мост 15. Якорная обмотка ВбС через полууправляемый трехфазный ПбВ (9а) соединена с ОВ1 СМ. Сигнал от трансформатора напряжения 4 и трансформатора тока 5 поступает на активное сопротивление 16, с которого напряжение подается на неподвижную обмотку ТрВ 18 через устройство 17 установки напряжения. С вращающейся обмотки ТрВ 18 сигнал поступает на АРВ 6а (на рис. 60 он охвачен внутренней штрих-пунктирной линией). Регулятор 6а состоит из выпрямителя 21; устройства базисного напряжения со стабилитронами 22-24 для согласования напряжения, поступающего с выхода выпрямителя 21, с заданным, выпрямителя 26, между входом которого и зажимом «земля»’ Е включено активное сопротивление г . С помощью этого сопротивления получается сигнал рассогласования Е между заданным и существующим уровнем напряжения на выходе СГ. УУВ, кроме того, содержит интегрирующую цепочку 27, транзистор 28 для усиления сигнала рассогласования и формирователь импульсов 2 9а-2 9с. Наружная штрих- пунктирная линия на рис. 60 охватывает ВЧ устройства. В устройстве в качестве ИП может быть применен подвозбудитель с постоянными магнитами.

Рис. 61. Двигатель мощностью 8,5 МВт фирмы (Италия) с ПЗУ третьей группы и УУВ
Рассмотренные схемы УУВ позволяют сделать вывод о том, что зарубежные фирмы все большее количество функциональных элементов БСМ располагают на вращающейся части БСМ. При этом функциональные возможности БСМ становятся такими же, как и СМ со статическим возбуждением. Конструкция ВЧ при этом не претерпевает существенных изменений из-за малости габаритов электронных устройств ВЧ, что иллюстрируется рис. 61, где показан БСД фирмы Mareili (Италия) с ПЗУ с последовательным тиристором.

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 30

Так же как и для других оптопар, указываются максимально допустимые режимы во входной и выходной цепях, а также пара­метры изоляции выходной цепи от управляющей.

На рис. 9.1 показано семейство выходных вольт-амперных ха­рактеристик тиристорной оптопары. Параметром семейства является входной ток через излучающий диод.

Рнс. 9.1. Выходные харак­теристики тиристорной оп­топары

При некотором значении входного тока происходит «спрямление» характеристики, что соответствует включенному состоянию фототи­ристора.

Время включения оптопары зависит от входного тока. Для сни­жения времени включения входной ток должен увеличиваться (одна­ко он не должен превосходить максимально допустимого импульс­ного входного тока).

Рис. 9.3. Схема дистанцион­ного управления мощными электродвигателями

Рис. 9.2. Схема гальвани­ческой развязки цепн управ­ления от цепи питания реле „

Тиристорные оптопары наиболее целесообразно использовать для гальванической развязки логических цепей управления от высо­ковольтных цепей нагрузок большой мощности, для формирователей

мощных импульсов,’управления мощными тиристорами, в том числе симметричными, коммутирующими нагрузку в сети переменного то­ка, для устройства защиты вторичных источников питания.

На рис. 9.2 представлена схема гальванической развязки низко­вольтной цепи управления от цепи питания реле, коммутирующей силовые обмоткн машин и аппаратов. Такая схема может использо­ваться в системе телеуправления механизмами, расположенными во взрывоопасной шахте.

Одна из схем дистанционного управления мощными электродви­гателями показана на рис. 9.3. На схеме изображен дистанционный переключатель ДП, содержащий две обмотки: включающую В и от­бойную О, производящие соответственно включение либо выключе­ние мощного электродвигателя.

Команда, вырабатываемая управляющим устройством, не мо­жет быть передана непосредственно в цепь обмоток ДП в силу не­согласованности по напряжению питания, а также из-за наличия в цепи обмоток значительных индуктивных выбросов.

Использование в данной схеме тиристорной оптопары позволило устранить влияние коммутационных помех на вычислительное управ­ляющее устройство.

Схема работает следующим образом. При подаче входного сиг­нала на оптрон ОУ1 он включается и срабатывает обмотка В. Якорь обмотки В производит три операции: включает мощный двигатель, замыкает цепь обмотки О и размыкает цепь собственной обмотки В.

Ток через обмотку В прекращается, оптрон ОУ1 выключается. Кон­струкция механического коммутирования такова, что возврат якоря обмотки В не прерывает работу двигателя. Двигатель остается вклю­ченным до тех пор, пока не поступит входной сигнал на оптрои ОУ2.

Конденсаторы С1 и С2 шунтируют фототиристоры, защищая их от возможных всплесков напряжения на индуктивной нагрузке.

На схеме рис. 9.4 показан формирователь разнополярных прямо­угольных импульсов тока в диапазоне от 1 до 100 мА.

От устройства управления в зависимости от требуемой полярно­сти выходного импульса в первый или во второй канал посылается отрицательный запускающий импульс. Если сигнал поступил в пер­вый канал, включаются оптопары ОУ2 и ОУ7, на нагрузке R1S форми­руется передний фронт импульса. Одновременно происходит заряд

емкости С1. Рабочий импульс в нагрузке будет длиться до тех пор, пока не поступит управляющий сигнал в канал 3. Этот сигнал вклю­чает оптопары ОУ1, ОУ4, ОУ5.

Оптопары ОУ4 и ОУ5 включены встречно-параллельно и шунти­руют нагрузку RB, формируя срез (задний фронт) выходного им­пульса. При отпирании оптопары ОУ1 перезаряжается конденсатор С1, в результате чего создается противоток в основной цепи и опто­пары ОУ2, ОУ4, ОУ5, ОУ7 запираются.

В ряде схем для удовлетворения требований помехоустойчиво­сти и повышенного электрического сопротивления развязки цепей прибегают к использованию тиристорной оптопары для управления силовыми тиристорами и симметричными тиристорами. На рис. 9.5 показана схема управления симметричным тиристором, коммутирую­щим мощную индуктивную нагрузку.

Как известно, при размыкании цепи с индуктивной, нагрузкой возникают кратковременные, но значительные по амплитуде выбро­сы напряжения. Существуют различные способы подавления и сгла­живания этих выбросов, но избавиться от них полностью невозможно. Поэтому необходимо защищать от повышенных напряжений управ­ляющую цепь коммутирующего прибора как наиболее чувствитель­ную к перегрузкам. Функцию такой защиты в данной схеме выпол­няет тиристорная оптопара.

При приходе на базу транзистора 77 управляющего сигнала включается тиристориая оптопара, после чего на базе транзистора Т2 создается положительное смещение и он отпирается. На управ­ляющем электроде симметричного тнрнстора возникает положитель­ный сигнал, который переводит этот прибор в открытое состояние.

На рис. 9.6 показана схема строботрона — мощного импульсно­го источника света. Тиристор, управляемый тиристорной оптопарой, обеспечивает подачу на сетку лампы J11 запускающего высоковольт­ного импульса.

+27В *-ЗБВ ‘ +W00B Рис. 9.6. Схема управления импульсным тиристором

Выработанный логическим устройством входной сигнал вклю­чает тиристорную оптопару, и конденсатор С1 заряжается от источ­ника питаняя. Ток заряда переводит тиристор Д1 в открытое сос­тояние. Через тиристор разряжается конденсатор С2, создавая на первичной обмотке трансформатора ТР1 импульс напряжения При попадании на сетку строботрона высоковольтного импульса со вто­ричной обмотки происходит мощная световая вспышка.

На рис. 9.7 показана схема управления симметричным тиристо­ром устройством на интегральных микросхемах. Симметричный ти­ристор Д1 включает электродвигатель, питающийся от сети перемен­ного тока 220 В.

Рис. 9.7. Схема управления электродвигателем

Команда, выработанная микропроцессором, поступает на входы двух встречно-параллельно включенных оптопар. С выходов этих оптопар попеременно поступают сигналы разной полярности на уп­равляющий электрод симметричного тиристора. По окончании вход­ного сигнала оптопары запираются, запирая и симметричный тири­стор.

На рис. 9.8 показана схема ключа для коммутации маломощной нагрузки в цепи переменного тока. В диагональ выпрямительного моста включена выходная цепь оптопары. При подаче управляюще­го сигнала на транзистор 77 оптопара переходит в открытое состоя­ние и через нагрузку течет переменный ток. При снятии управляюще­го сигнала оптопара запирается в момент прохождения выходного напряжения через нуль.

Рис. 9.9. Схема коммутации мощной нагрузки перемен­ного тока

Рис. 9.8. Схема коммутации малой нагрузки переменно­го тока

При мощной нагрузке используют схему, где тиристорная опто­пара коммутирует управляющую цепь мощного тиристора (рис. 9.9). Ток нагрузки такого ключа определяется предельным значением пря­мого тока тиристора. Резистор R2 ограничивает ток через выходную цепь оптопары.

Современные ЭВМ и системы автоматики содержат большое число вторичных источников электропитания. Серьезной проблемой является обеспечение эффективного контроля выходных напряжений источников, а также защита устройства от случайного повышения выходных напряжений.

Устройства контроля и защиты используются с низковольтными источниками постоянного напряжения. Интегральные микросхемы, составляющие основу современных ЭВМ, допускают всего лишь крат­ковременное повышение напряжение питания до 7 В (номинальное напряжение питания около 5 В). Устройство защиты должно отклю­чать источник питания за 30—50 мкс, если выходное напряжение превысит на 15—25 % номинальное значение.

Схема контроля напряжения источника питания изображена на рис. 9.10. Она включает в себя сбалансированный мост (Rl—R3, Д1, R8), в диагональ которого включен транзистор 77.

При изменениях контролируемого напряжения потенциал в точ­ке А не меняется благодаря включению в одну из ветвей моста ста­билитрона Д1.

Транзистор Т1 вырабатывает сигнал включения оптопары в тот. момент, когда напряжение поднимается выше установленного пре­дельно допустимого значения. [ Фототиристор оптопары разрывает цепь питания в момент соз­давшейся аварийной ситуации, защищая основное оборудование.

Для коммутации цифровых газоразрядных индикаторов кроме резисторных оптопар применяются также и тиристорные оптопары. Преимущество их состоит в том, что оии обладают памятью — сохраняют открытое состояние после снятия входного сигнала. Это обстоятельство позволяет использовать импульсный способ управле­ния, что дает существенную экономию энергии.

Рис. 9.10. Схема устройства контроля напряжения вторич­ного источника питания

Тирнсторные оптопары находят применение для управления электролюминесцентными индикаторами большой площади, которые требуют, высокого рабочего напряжения и большого тока. Этот прин­цип используется, в частности, при создании щитовых электроизме­рительных приборов с аналоговым представлением измеряемой ве­личины. Измеряемая величина в этих приборах преобразуется в циф­ровой код и через дешифратор управляет поджигом дискретных электролюминесцентных сегментов отсчетного устройства. Последо­вательное зажигание точек создает иллюзию движения светящейся стрелки.

Весьма эффективным является использование тиристорных оп­топар в схемах управления бленкерными знакоместами, которые в последнее время все шире используются в обзорных крупногабарит­ных информационных табло, устанавливаемых на вокзалах, в аэро­портах, стадионах, производственных цехах и других местах. Осно­вой бленкерного знакоместа является шарик, окрашенный наполо­вину в белый и наполовину в черный цвет и свободно вращающийся в электромагнитной катушке. Знакоместо состоит из 35 шариков, которые поворачиваются к наблюдателю белой либо черной поверх­ностью, отображая в совокупности ту или иную цифру или букву. Поворот шарика осуществляется за счет силы взаимодействия поля катушки и небольшого постоянного магнитика, запрессованного в ша­рик. Информационное табло может содержать до нескольких сотен знакомест.

На рис. 9.11 показана схема управления знакоместом. При по­ступлении на ключ первого столбца сигнала логической единицы на выход пропускается положительный рабочий импульс с амплитудой 27 В. Этот импульс попадает на первый столбец устройства отобра­жения и проходит в электромагнитную катушку той строки, кото­рая в этот момент оказывается подключенной к источнику через ключ строки. Подключение осуществляется через транзистор 77, управляемый тиристорной оптопарой, на которую командный сигнал

поступает от логического устройства. В момент прохождения через катушку электрического импульса вставленный в нее шарик пово – рачнваетси таким образом, что его белая сторона, обращенная к на­блюдателю, меняется на черную.

Т-Г Вх л Рис. 9.11. Схема управления бленкерными знакоместами

Строчный, ключ 1

Cmo/i ЪиоВый КЛЮЧ f	Вых 1
JV 8ых 35
СтвлВцоВый ключ 35

При стирании информации на входы соответствующих столбцо­вых ключей подаются сигналы логического нуля. Тогда через катуш­ки пропускаются отрицательные импульсы тока и шарики снова по­ворачиваются белой стороной к наблюдателю.

9.2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

АО У ЮЗА, АОУЮЗБ, АОУЮЗВ, ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ, ЗОУЮЗД

Оптопары тиристорные. Излучатель — арсенидогаллиевый диод, приемник — кремниевый фототиристор. Выпускаются в металло – стеклянном корпусе. Масса не более 2,0 г.

Входной ток срабатывания фототиристора при UBtvs= 10 В, не более:

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 1

В. И, Иванов, А, И. Аксенов, А, М. Юшин. 1

СПРАВОЧНИК. 1

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 2 9

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 3 29

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 4 46

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 5 59

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 6 68

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 7 87

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 8 97

0. 101

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 9 109

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 10 124

fI_g_Ib toJ*hlc. H.. 55

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 11 55

0,6. 62

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 12 70

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 13 92

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 14 103

l: 115

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 15 119

^ с, 77

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 16 383

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 17 83

igpife. 90

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 18 91

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 19 397

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 20 100

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 21 99

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 22 409

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 23 116

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 24 135

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 25 144

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 26 158

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 27 182

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 28 197

АОТ123А, 30Т123А.. 208

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 29 444

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 30 149

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 460

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 159

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 168

©Э.. 171

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 178

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 187

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 180

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 490

ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ, ЗОУЮЗД

Предельные эксплуатационные даииые

Входной постоянный или средний ток:

АОУЮЗА, АОУЮЗБ, АОУЮЗВ…………………………

ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ, ЗОУЮЗД

Входной импульсный ток при среднем токе не более 2 мА, ти= Ю мкс ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ, ЗОУЮЗД…………………………………………………………………………………. 500 мА

Входной максимальный ток помехи:

АОУЮЗА, АОУЮЗБ, АОУЮЗВ……. 0,5 мА

ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ,

ЗОУЮЗД……………………………………………………………. 0,25 мА

Входное максимальное напряжение помехи ЗОУЮЗА,

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 1

В. И, Иванов, А, И. Аксенов, А, М. Юшин 1

СПРАВОЧНИК 1

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 2 9

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 3 29

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 4 46

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 5 59

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 6 68

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 7 87

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 8 97

0 101

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 9 109

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 10 124

fI_g_Ib toJ*hlc. с, 77

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 16 383

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 17 83

igpife 90

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 18 91

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 19 397

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 20 100

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 21 99

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 22 409

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 23 116

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 24 135

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 25 144

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 26 158

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 27 182

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 28 197

АОТ123А, 30Т123А 208

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 29 444

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 30 149

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 463

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 159

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 168

©Э 171

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 178

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 187

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 180

Полупроводниковые оптоэлектронные приборы – часть 1 490

Выходная мощность, рассеиваемая в фототиристоре, ЗОУЮЗА, ЗОУЮЗБ, ЗОУЮЗВ, ЗОУЮЗГ, ЗОУЮЗД:

при ГОКР<50°С ……………………………………………………. 130 мВт

при Гокр=70°С……………………………………………………… 40 мВт

Примечание. Для АОУЮЗА, АОУЮЗБ подача обратного напряжения не допускается.

Полупроводниковые и оптоэлектронные приборы | Оптопары

Оптопара содержит излучатель на входе и фотоприемник на выходе (рис. 2.16, а), взаимодейст­вующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными, одна из связей (элек­трическая или оптическая) может отсутствовать.

Иногда оптопару отождествляют с оптроном, однако по­следний термин является более широким. Между элементами оптрона может быть осуществлена как оптическая, так и элек­трическая связь (прямая или обратная, положительная или отрицательная). Вход и выход оптрона также могут быть как электрическими, так и оптическими, соответственно. В настоя­щее время широкое распространение получили лишь оптроны с прямой оптической связью, т.е. оптопары.

Основные функциональные разновидности этих приборов представлены на рис. 2.16, б, в. Оптопара с прямой оптической и обратной электрической связью (рис. 2.16, б) используется как элемент развязки, т.е. оптрон с оптическим входом и выходом, и представляет собой преобразователь световых сигналов. Это может быть простое усиление (ослабление) интенсивности све­та, преобразование спектра или направления поляризации, пре­образование некогерентного излучения в когерентное и т.п.

Если в таком оптроне фотоприемник и излучатель многоэле­ментные, то он может выполнять функцию преобразователя изображений. В оптроне с электрической и оптической связями (рис. 2.16, в) при определенных условиях может осуществляться частичная или полная регенерация (восстановление) входного сигнала за счет обратной связи, в силу чего на вольт-амперной характеристике появляется падающий участок или несколько участков – такой прибор получил название регенеративного оптрона. В регенеративном оптроне могут реализоваться любые комбинации видов входных и выходных сигналов (электрических или оптических).

Рис 2.16. Электрические и оптические связи в оптронах: а – оптопара для электрической развязки; б – оптрон с оптическими входом и выходом; в – регенеративный оптрон; И – излучатель, ФП – фотоприемник, УС – устройство связи

Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и фотоприемником. Существуют три его разновидности. Прежде всего это простой светопровод, пред­назначенный для передачи энергии излучения на фотоприем­ник; обычно он выполняется в виде прозрачной среды. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазоре между излучателем и приемником имеется доступ извне; в этом случае мы имеем оптопару с открытым оптиче­ским каналом. Наконец, прозрачная среда может быть вы­полнена из материала, светопропускание которого изменяется при внешних воздействиях; такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом.

На рис. 2.17 даны условные обозначения оптопар. Среди оптопар, используемых для развязки (см. рис. 2.17), наи­более широко представлены такие, у которых в качестве фо­топриемника применены транзистор (а), диод (б), резистор (в), составной транзистор (г), тиристор (д), пара диодов (е) (для дифференциальной схемы).

Рис. 2.17

На рис. 2.18 представлены примеры конструкций оптронов: 1 – излучатель; 2 – фотоприем­ник; 3 – оптический канал; 4 – корпус; 5 – выводы; 6 – отражающая поверхность.

Рис 2.18

Электрические коммутационные бесконтактные аппараты — online presentation

1. Электрические коммутационные бесконтактные аппараты

Электронные элементы коммутационных
бесконтактных аппаратов.

2. ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Полупроводник (ПП) — вещество, занимающее по электропроводности
промежуточное положение между металлами и диэлектриками ( удельное
сопротивление металлов -10-8 , ПП -10-5 102 , диэлектриков — 108 Ом м).
В качестве ПП чаще всего используют кремний и германий.

3. ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

• Донор- примесь к ПП, насыщающая его
дополнительными электронами.
• В качестве доноров используют мышьяк и сурьму.
• ПП с примесью-донором называется ПП n — типа.
• Акцептор — примесь к ПП, насыщающая его
дополнительными положительными зарядами «дырками».
• ПП с примесью — акцептором называется ПП p
— типа.
• Электронно-дырочный переход — граница
между р и n- слоями в ПП элементе.

4. Классификация силовых полупроводниковых элементов

Силовые полупроводниковые элементы в преобразователях, как правило, работают в
ключевом режиме. Этот режим работы характеризуется двумя состояниями:
открыт для диода и тиристора, насыщен для транзистора;
закрыт.
В первом состоянии силовой полупроводниковый элемент имеет практически нулевое
сопротивление для протекания тока, во втором — практически бесконечное сопротивление.
Благодаря такому режиму работы потери в силовом полупроводниковом элементе очень
малы по сравнению с преобразуемой мощностью. Эти потери складываются из потерь при
протекании прямого тока, когда силовой полупроводниковый элемент открыт или насыщен,
потерь при протекании обратного тока, когда силовой полупроводниковый элемент закрыт и
потерь при переключении из одного состояния в другое.
Параметры, приводимые в справочных данных, определяют эти потери.
Классификация силовых полупроводниковых элементов представлена на рис. В качестве
первого критерия классификации выбран тип элемента. По этому критерию все силовые
полупроводниковые элементы разделены на диоды, тиристоры и транзисторы. В качестве
второго критерия классификации выбраны физические свойства элемента.

5. Диод

6. Статические, предельно допустимые и динамические параметры диодов

К статическим параметрам диода относятся:
пороговое напряжение;
динамическое сопротивление;
падение напряжения UПР на диоде при некотором значении прямого тока;
обратный ток /ОБР при некотором значении обратного напряжения;
среднее значение прямого тока /СР,ПР.
Предельно допустимые параметры диодов
максимальный прямой ток /ПР max;
максимальное обратное напряжение UОБРmax
импульсное обратное напряжение UОБР ИМ.
прямой импульсный ток lПР ИМ при оговоренной длительности импульса.
Динамические параметры диода — его временные и частотные
характеристики:
время восстановления tвост обратного напряжения;
время нарастания прямого tнар тока;
предельная частота без снижения режимов диода fmax

7. ТИРИСТОРЫ

УЭ
VT1
p1
УЭ
n1
p2
n2
А
А
К
К
VT2
П1
П2
П3
А
К
УЭ
переходы
Схемы:транзисторного аналога
структурная
условное обозначение
Тиристор — элемент с четырехслойной полупроводниковой структурой
• Назначение — коммутация (управляемое включение) тока.
• Принцип действия
1. При напряжении обратной полярности (А-, К+) ток через Т не проходит из-за
обратного смещения перехода П1.
2. При напряжении прямой полярности (А+, К- ) и отсутствии тока УЭ ток через Т не
проходит из-за обратного смещения перехода П2.
3.При напряжении прямой полярности и появлении Iу (УЭ К): открывается VT2
проходит ток ЭБ VT1 открывается VT1 проходит ток Э К VT1, он же Б Э VT2
(Iу ) проходит ток А К, даже при отсутствии Iу , т.к. переход П2 в проводящем
состоянии поддерживает Iу .
4.Для восстановлении запирающей способности тиристора (перехода П2) необходимо
прекратить ток через него на 20 200 мкс (время рассасывания зарядов около П2).

8. Биполярные транзисторы.

• Биполярным транзистором
называется полупроводниковый прибор,
имеющий два взаимодействующих
между собой p-n -перехода. Технология
изготовления биполярных транзисторов
может быть различной — сплавливание,
диффузия, эпитаксия (наращивание одного
кристаллического материала на другой), что в
значительной мере определяет
характеристики прибора.
• В зависимости от
последовательности чередования
областей с различным типом
проводимости различают n-p-n транзисторы и р-n-р -транзисторы.
• Средняя часть рассматриваемых
структур называется базой, одна
крайняя область — коллектором, а
другая — эмиттером.

9. Транзисторы полевые с затвором в виде p-n перехода

Транзисторы полевые
с
исток
затвор
сток
p
И-
+С
n
канал
(n-типа)
p
+
затвором в виде p-n перехода
З
UЗИ
—
С
З
И
З
С
И
Схема структуры и принцип действия
Напряжение затвор — исток, приложенное к p-n
переходу в обратном направлении , изменяет
ширину канала, по которому проходит ток исток сток и, следовательно, его сопротивление.

10. Транзисторы биполярные с изолированным затвором IGBT

+
_
UКЭ
коллектор
база
эмиттер
К
p
n
p
изолято затвор
р
+
Э
К
Э
IК
n
UЭЗ
_
З
З
Назначение — управление токами больших значений (сотни ампер)
посредством напряжения.
Принцип действия
При отсутствии напряжения на затворе ток К – Э не проходит из–за обратного
смещения КП.
При наличии напряжения З — Э (UЭЗ) указанной полярности (З+, Э-) база
насыщается электронами, потенциальный барьер КП исчезает, между Э и К течет
ток.
Наличие области р в коллекторе обеспечивает низкое сопротивление
транзистора коллекторному току.(в областях р и n проходят основные носители).
Особенности
1. Малое падение напряжения в открытом состоянии (2 – 3 В).
2. Малая ( 0) мощность управляющего сигнала (нет тока управления).
Параметры
напряжение, В
до 3500
ток, А
до 1200
Биполярные транзисторы с изолированным затвором выполнены как
сочетание входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным
затвором и выходного биполярного n-р-n транзистора. Имеется много различных
способов создания таких приборов, однако наибольшее распространение
получили приборы IGBT, в которых удачно сочетаются особенности полевых
транзисторов и дополнительного биполярного транзистора.
UЗЭ
U3ЗЭ>U2ЗЭ
IК
U2ЗЭ> U1ЗЭ
U1ЗЭ
UЭК

11. Бесконтактные тиристорные контакторы

Взамен традиционных
коммутационных аппаратов, имеющих
контакты и устройства для гашения дуги,
возникающей при отключении токов, в
настоящее время применяются
бесконтактные аппараты, основанные на
свойствах полупроводников.
Бесконтактными электрическими
аппаратами называют устройства,
предназначенные для включения и
отключения (коммутации) электрических
цепей без физического разрыва самой цепи.
Основой для построения бесконтактных
аппаратов служат различные элементы с
нелинейным электрическим
сопротивлением, величина которого
изменяется в достаточно широких
пределах, в настоящее время это тиристоры и транзисторы, раньше
использовались магнитные усилители.

12. Тиристорный однополюсный контактор

Для включения контактора и
подачи напряжения на нагрузку
должны замкнуться контакты К в цепи
управления тиристоров VS1 и VS2.
Если в этот момент на зажиме 1
положительный потенциал
(положительная полуволна синусоиды
переменного тока), то на управляющий
электрод тиристора VS1 будет подано
через резистор R1 и диод VD1
положительное напряжение. Тиристор
VS1 откроется, и через нагрузку Rн
пойдет ток. При смене полярности
напряжения сети откроется тиристор
VS2, таким образом, нагрузка будет
подключена к сети переменного тока.
При отключении контактами К
размыкаются цепи управляющих
электродов, тиристоры закрываются и
нагрузка отключается от сети.

13. ТИРИСТОРНЫЕ КОНТАКТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для включения и отключения (коммутации) цепей
постоянного тока, так же как и цепей переменного тока,
разработано много различных типов полупроводниковых
аппаратов, называемых обычно статическими
контакторами или переключателями. Поскольку основным
элементом таких контакторов, предназначенных для
коммутации силовых цепей, является тиристор, то они
обычно называются тиристорными контакторами или
прерывателями.
Однако в некоторых случаях основным требованием
к тиристорному контактору является обеспечение
минимального времени его вступления в работу, например,
в некоторых типах установок гарантированного питания.
Для этой цели могут быть использованы
комбинированные схемы контактора, состоящего из
тиристора и электромагнитного контактора обычного типа,
изображенные на рис. 3. Необходимость введения
электромагнитного контактора в этих схемах обусловлена
тем, что необходимо обеспечить выключение тиристора. В
схеме на рис. рис. 3 а, выключение тиристора
обеспечивается шунтированием его замыкающим
контактом К, а в схеме на рис. рис. 3 б — размыканием
размыкающего контакта К. Включение комбинированного
контактора осуществляется подачей управляющего
импульса на тиристор VS. Следовательно, время
включения комбинированного контактора с момента
поступления команды будет определяться временем
включения тиристора (т. е. при определенных типах
тиристоров измеряться несколькими микросекундами), а
время выключения — временем включения (рис. 3 а) или
временем выключения (рис. 3 б) электромагнитного
контактора (обычно несколько сотых долей секунды).

14. Бесконтактные тиристорные пускатели

Тиристорные ключи являются основой схем
тиристорных пускателей (рис. 25). Силовые
тиристоры VS1 — VS6 коммутируют ток. Контакты К1
– К3 управляются реле К, которое включено через
разделительный трансформатор Т, выпрямитель UZ1
и транзистор VT к основной сети. При пуске
нажатием кнопки SBC замыкается цепь реле К,
которое включает свои контакты К1, К2, К3 в цепях
тиристорных ключей, и силовая цепь замыкается
через тиристоры VS1- VS6. При остановке
электродвигателя нажатием кнопки SBT размыкается
цепь реле К, контакты К1 – К3 размыкаются,
управляющие импульсы не поступают на тиристоры
и при переходе тока через нулевое значение они
закрываются. Управление может осуществляться
автоматически.
Трансформаторы тока ТА1, ТА2 подают сигнал
перегрузки в блок защиты (БЗ), который, воздействуя
на базу транзистора, снимает питание с реле К и тем
самым отключает пускатель.
Промышленностью выпускаются тиристорные
пускатели ПТ-16-380-У5 и ПТ-40-380-У5 на 16 и 40
А, 380 В, в них применена несколько иная схема с
управлением тиристорами широтно-импульсным
методом.

15. ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТИРИСТОРНОГО МОДУЛЯ

Исключительно важную роль в работе тиристорного
контактора имеет «схема включения»: она вырабатывает
импульсы поджига, управляющие тиристорным контактором,
когда он находится в полупроводящем состоянии. Импульсы
вырабатываются при подаче на контактор постоянного
напряжения 8-30В (см. схему).
Чтобы избежать токовых выбросов, импульсы подаются
на затвор тиристора в моменты, когда напряжение между
анодом и катодом равно нулю. Это означает, что при
коммутации конденсаторов напряжение заряда конденсатора
должно быть синхронно с напряжением, приложенным ко
всей цепи, что позволяет избежать переходных процессов во
время коммутации. Для стабильной и надежной работы
тиристорного контактора необходимо учитывать некоторые
технические особенности. Очень важным является его
потребность в не превышении предельных значений скорости
нарастания тока dI/dt и скорости изменения напряжения dU/dt.
Отклонение формы напряжения от синусоидальной
может вызывать многократное превышение предельных
параметров по dI/dt. Возникающие перенапряжения при
отключении ступеней или появление «крутого» фронта в
отклонениях напряжения могут вызвать превышение
предельных для тиристоров параметров dU/dt.
Тиристорные контакторы очень чувствительны к
качеству электроэнергии по сравнению с
электромеханическими. Поэтому ЗАПРЕЩАЕТСЯ
использовать тиристорные контакторы в сетях с
недопустимым уровнем гармонических искажений без
использования защитных фильтров (антирезонансных
дросселей).
Защита от предельных значений dU/dt осуществляется
на схеме управления тиристорными модулями. Такая защита
выполнена в виде дополнительной RC-цепочки,
шунтирующей выводы тиристорного модуля. Наличие
конденсатора в этой цепочке не позволяет напряжению на
выводах модуля изменяться с превышением допустимых норм
dU/dt для данного модуля.

16. Тиристорный пускатель

17. Комбинированные электрические аппараты

Комбинированные электрические аппараты
(называемые также гибридными)
представляют собой устройства, содержащие
одновременно контактную систему
традиционных электромеханических
аппаратов и силовую схему на основе СПП,
подключенную параллельно размыкаемым
контактом. В результате такого, по существу
механического объединения контактных и
бесконтактных коммутационных устройств в
одной конструкции, достигается удачное
сочетание преимуществ обоих типов
аппаратов и в то же время исключаются
многие их недостатки.
Во всех приведенных силовых блоках СПП соединяются
параллельно с одним из размыкаемых контактов. Напомним, что в
электромеханических аппаратах падение напряжения на замкнутых
контактах при номинальных токах не превышает десятых долей
вольта. При таких напряжениях СПП, соединенные параллельно с
контактами, не переходят в состояние высокой проводимости и ток
нагрузки через них практически не протекает.
В процессе отключения аппарата соотношение сопротивлений
контактной и полупроводниковой цепей изменяется, что приводит к
перераспределению тока между ними.
Размыкание дугогасительных контактов S1 в схеме необходимо
обеспечить в начале полупериода тока, полярность которого
совпадает с проводящим направлением диода VD. В этом случае
напряжение на образующейся электрической дуге является прямым
для диода. По мере увеличения расстояния между контактами и
интенсивности воздействия на электрическую дугу, например, за
счет перемещения ее в воздухе с большой скоростью под
воздействием электромагнитного поля, сопротивление
межконтактного промежутка растет и, следовательно, повышается
напряжение на диоде. В результате создаются условия для
переключения его в проводящее состояние.
С этого момента времени ток в контактной цепи начинает
быстро уменьшаться, а ток в полупроводниковой цепи нарастаети
электрическая дуга гаснет.
Окончательное прерывание тока в цепи осуществляется
диодом после изменения направления тока. В течение времени,
пока напряжение является обратным для диода, необходимо
разомкнуть вспомогательные контакты S2.
При включении аппарата последовательность замыкания
контактов должна быть обратной: в непроводящий для диода
полупериод напряжения необходимо замкнуть контакты отделителя
S2, а в течение следующего полупериода — дугогасительные
контакты S1.

18. Достоинства и недостатки бесконтактных аппаратов по сравнению с обычными пускателями и контакторами

По сравнению с контактными аппаратами бесконтактные
имеют преимущества:
— не образуется электрическая дуга, оказывающая
разрушительное воздействие на детали аппарата; время
срабатывания может достигать небольших величин, поэтому
они допускают большую частоту срабатываний (сотни тысяч
срабатываний в час),
— не изнашиваются механически,
В то же время, у бесконтактных аппаратов есть и
недостатки:
— они не обеспечивают гальваническую развязку в цепи и
не создают видимого разрыва в ней, что важно с точки зрения
техники безопасности;
— глубина коммутации на несколько порядков меньше
контактных аппаратов,
— габариты, вес и стоимость на сопоставимые
технические параметры выше.
Бесконтактные аппараты, построенные на
полупроводниковых элементах, весьма чувствительны к
перенапряжениям и сверхтокам. Чем больше номинальный ток
элемента, тем ниже обратное напряжение, которое способен
выдержать этот элемент в непроводящем состоянии. Для
элементов, рассчитанных на токи в сотни ампер, это
напряжение измеряется несколькими сотнями вольт.
Возможности контактных аппаратов в этом отношении
неограниченны: воздушный промежуток между контактами
протяженностью 1 см способен выдержать напряжение до 30 000 В.
Полупроводниковые элементы допускают лишь кратковременную
перегрузку током: в течение десятых долей секунды по ним может
протекать ток порядка десятикратного по отношению к
номинальному. Контактные аппараты способны выдерживать
стократные перегрузки током в течение указанных отрезков
времени.
Падение напряжения на полупроводниковом элементе в
проводящем состоянии при номинальном токе примерно в 50 раз
больше, чем в обычных контактах. Это определяет большие
тепловые потери в полупроводниковом элементе в режиме
длительного тока и необходимость в специальных охлаждающих
устройствах.
Все это говорит о том, что вопрос о выборе контактного или
бесконтактного аппарата определяется заданными условиями
работы. При небольших коммутируемых токах и невысоких
напряжениях использование бесконтактных аппаратов может
оказаться более, целесообразным, чем контактных.
Бесконтактные аппараты нельзя заменить контактными в
условиях большой частоты срабатываний и большого
быстродействия.
Безусловно, бесконтактные аппараты даже при больших токах
предпочтительны, когда требуется обеспечить усилительный режим
управления цепью. Но в настоящее время контактные аппараты
имеют оределенные преимущества перед бесконтактными, если при
относительно больших токах и напряжениях требуется обеспечивать
коммутационный режим, т. е. простое отключение и включение
цепей с током при небольшой частоте срабатываний аппарата.
Существенным недостатком элементов электромагнитной
аппаратуры, коммутирующих электрические цепи, является низкая
надежность контактов. Коммутация больших значений тока связана
с возникновением электрической дуги между контактами в момент
размыкания, которая вызывает их нагрев, оплавление и, как
следствие, выход аппарата из строя.
В установках с частым включением и отключением силовых
цепей ненадежная работа контактов коммутирующих аппаратов
отрицательно сказывается на работоспособности и
производительности всей установки. Бесконтактные электрические
коммутирующие аппараты лишены указанных недостатков.

19. Оптрон

Оптопара или оптрон — электронный прибор,
состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних
изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и
фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов,
фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных
оптическим каналом и, как правило, объединённых в общем
корпусе. Принцип работы оптрона заключается в
преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по
оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в
электрический сигнал.
Существует много разновидностей оптронов:
резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные. Эти
названия указывают на тип фотоприемника. В качестве
излучателя обычно применяют полупроводниковый светодиод
инфракрасного излучения с длиной волны в пределах 0,9…1,2
мкм. Используют также светодиоды красного свечения,
электролюминесцентные излучатели и сверхминиатюрные
лампы накаливания.
Устройство оптронов
Излучатель — бескорпусный светодиод, — как правило,
помещают в верхней части металлического корпуса, а в
нижней — на кристаллодержателе — укрепляют кристалл
кремниевого фотоприемника, например фототиристора. Все
пространство между светодиодом и фототиристором заливают
твердеющей прозрачной массой. Эту заливку покрывают
отражающим внутрь световые лучи слоем, который
препятствует рассеянию света за пределы рабочей зоны.
Мало отличается от описанной конструкция
резисторного оптрона. Здесь в верхней части металлического
корпуса укреплена сверхминиатюрная лампа накаливания, а в
нижней — фоторезистор на основе селенистого кадмия.
Фоторезистор изготавливают отдельно, на тонкой
подложке из ситалла. На нее напыляют пленку из
полупроводникового материала — селенида кадмия, а затем формообразующие электроды из токопроводящего материала
(например алюминия). К электродам приваривают выходные
выводы. Жесткое соединение лампы и подложки между собой
обеспечивается затвердевшей прозрачной массой.
Отверстия в корпусе для выводов оптрона залиты
стеклом. Герметичное соединение крышки и основания
корпуса обеспечено сваркой.

20. Характеристики и назначение оптронов

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристорного
оптрона примерно такая же, что и у одиночного тиристора.
При отсутствии входного тока (I=0 — темновая
характеристика) фототиристор может включиться только
при очень высоком значении приложенного к нему
прямого напряжения (800…1000 В). Так как практически
приложение столь большого напряжения недопустимо, то
эта кривая имеет чисто теоретический смысл.
Если приложить к фототиристору прямое рабочее
напряжение (от 50 до 400 В, в зависимости от типа
оптрона), включение прибора возможно только при подаче
входного тока, который теперь является управляющим.
Скорость включения оптрона зависит от значения
входного тока. Типичные значения времени включения
t=5…10 мкс. Время выключения оптрона связано с
процессом рассасывания неосновных носителей тока в
переходах фототиристора и зависит только от значения
протекающего выходного тока. Реальное значение времени
выключения находится в пределах 10…50 мкс.
Максимальный и рабочий выходной ток
фоторезисторного оптрона резко уменьшается при
увеличении температуры окружающей среды выше 40
градусов по цельсия. Выходное сопротивление этого
оптрона до значения входного тока 4 мА остается
постоянным, а при дальнейшем увеличении входного тока
(когда яркость свечения лампы накаливания начинает
возрастать) резко уменьшается.
Оптроны используются для гальванической развязки
цепей — передачи сигнала без передачи напряжения, для
бесконтактного управления и защиты. Некоторые
стандартные электрические интерфейсы, например MIDI,
предписывают обязательную оптронную развязку.
Различают два основных типа оптронов, предназначенных
для использования в цепях гальванической развязки:
оптопары и оптореле. Основное отличие между ними в
том, что оптопары, как правило, используются для
передачи информации, а оптореле используется для
коммутации сигнальных или силовых цепей.

Учебное пособие по оптопаре и приложение для оптопары

Из наших руководств по трансформаторам мы знаем, что они могут не только обеспечивать понижающее (или повышающее) напряжение, но также обеспечивать «электрическую изоляцию» между более высоким напряжением на первичной стороне и более низким напряжением на вторичной стороне. .

Другими словами, трансформаторы изолируют первичное входное напряжение от вторичного выходного напряжения с помощью электромагнитной связи, и это достигается с помощью магнитного потока, циркулирующего внутри их многослойного железного сердечника.

Но мы также можем обеспечить электрическую изоляцию между входным источником и выходной нагрузкой, используя только свет, используя очень распространенный и ценный электронный компонент, называемый оптопарой .

Базовая конструкция оптопары, также известной как оптоизолятор , состоит из светодиода, излучающего инфракрасный свет, и полупроводникового светочувствительного устройства, которое используется для обнаружения излучаемого инфракрасного луча. И светодиод, и фоточувствительное устройство заключены в светонепроницаемый корпус или корпус с металлическими ножками для электрических соединений, как показано на рисунке.

Оптопара или оптоизолятор состоит из излучателя света, светодиода и светочувствительного приемника, который может быть одним фотодиодом, фототранзистором, фоторезистором, фото-тиристором или фототриаком с базовым режимом работы. оптопары очень просто понять.

Оптопара на фототранзисторах

Предположим, что устройство на фототранзисторах, как показано. Ток от источника сигнала проходит через входной светодиод, который излучает инфракрасный свет, интенсивность которого пропорциональна электрическому сигналу.

Этот излучаемый свет падает на базу фототранзистора, заставляя его включаться и проводить аналогично нормальному биполярному транзистору.

Базовое соединение фототранзистора может быть оставлено открытым (неподключенным) для максимальной чувствительности к энергии инфракрасного света светодиодов или подключено к земле через подходящий внешний резистор высокого номинала для управления чувствительностью переключения, что делает его более стабильным и устойчивым к воздействию ложное срабатывание из-за внешних электрических помех или скачков напряжения.

Когда ток, протекающий через светодиод, прерывается, излучаемый инфракрасным светом отключается, в результате чего фототранзистор перестает проводить. Фототранзистор можно использовать для переключения тока в выходной цепи. Спектральная характеристика светодиода и светочувствительного устройства близко согласована, поскольку они разделены прозрачной средой, такой как стекло, пластик или воздух. Поскольку нет прямого электрического соединения между входом и выходом оптопары, достигается гальваническая развязка до 10 кВ.

Оптопары доступны в четырех основных типах, каждый из которых имеет источник инфракрасного светодиода, но с различными светочувствительными устройствами. Четыре оптопары называются: фототранзистор , фототранзистор , Photo-SCR и фототранзистор , как показано ниже.

Типы оптопары

Фототранзистор и фотодарлингтона предназначены в основном для использования в цепях постоянного тока, в то время как фото-тиристор и фототиристор позволяют управлять цепями переменного тока.Есть много других видов комбинаций источник-датчик, таких как светодиод-фотодиод, светодиод-лазер, пары лампа-фоторезистор, отражающие и щелевые оптопары.

Простые самодельные оптопары могут быть сконструированы из отдельных компонентов. Светодиод и фототранзистор вставлены в жесткую пластиковую трубку или заключены в термоусаживаемую трубку, как показано. Преимущество этой самодельной оптопары заключается в том, что трубку можно обрезать до любой длины и даже согнуть по углам. Очевидно, что трубка с отражающей внутренней стороной будет более эффективной, чем темная черная трубка.

Самодельный оптрон

Применение оптопары

Оптопары и оптоизоляторы

могут использоваться сами по себе или для переключения ряда других более крупных электронных устройств, таких как транзисторы и симисторы, обеспечивая необходимую гальваническую развязку между управляющим сигналом более низкого напряжения, например, от Arduino или микроконтроллера. , и гораздо более высокий выходной сигнал напряжения или тока сети.

Общие области применения оптопар включают переключение входов / выходов микропроцессора, управление питанием постоянного и переменного тока, связь с ПК, изоляцию сигналов и регулировку источника питания, которые страдают от токовых контуров заземления и т. Д.Передаваемый электрический сигнал может быть аналоговым (линейным) или цифровым (импульсным).

В этом приложении оптопара используется для обнаружения срабатывания переключателя или другого типа цифрового входного сигнала. Это полезно, если обнаруживаемый переключатель или сигнал находится в электрически зашумленной среде. Выход может использоваться для управления внешней схемой, светом или как вход для ПК или микропроцессора.

Оптотранзисторный переключатель постоянного тока

Здесь, в этом примере, подключенный извне резистор 270 кОм используется для управления чувствительностью области базы фототранзистора.Номинал резистора может быть выбран в соответствии с выбранным фотоэлементом и требуемой чувствительностью переключения. Конденсатор предотвращает любые нежелательные выбросы или переходные процессы от ложного срабатывания базы оптранзисторов.

Помимо обнаружения сигналов и данных постоянного тока, также доступны опто-симисторные изоляторы, которые позволяют управлять оборудованием с питанием от переменного тока и сетевыми лампами. Симисторы с оптической связью, такие как MOC 3020, имеют номинальное напряжение около 400 вольт, что делает их идеальными для прямого подключения к сети и максимальным током около 100 мА.Для более мощных нагрузок можно использовать опто-симистор для подачи импульса затвора на другой более мощный симистор через токоограничивающий резистор, как показано.

Применение симисторного оптопара

Конфигурация оптопары этого типа составляет основу очень простого твердотельного реле, которое может использоваться для управления любой нагрузкой с питанием от сети переменного тока, такой как лампы и двигатели. Также, в отличие от тиристора (SCR), симистор способен проводить обе половины сетевого цикла переменного тока с обнаружением перехода через нуль, позволяя нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.

Оптопары и Оптоизоляторы — отличные электронные устройства, которые позволяют управлять такими устройствами, как силовые транзисторы и симисторы, с выходного порта ПК, цифрового переключателя или с помощью низковольтного сигнала данных, например, от логического элемента. Основное преимущество оптопар — их высокая гальваническая развязка между входными и выходными клеммами, позволяющая относительно небольшим цифровым сигналам управлять очень большими переменными напряжениями, токами и мощностью.

Оптопара может использоваться как с сигналами постоянного, так и переменного тока с оптопарами, использующими тиристор (тиристор) или симистор, поскольку устройство фотодетектирования в первую очередь предназначено для приложений управления мощностью переменного тока.Основным преимуществом фото-тиристоров и фототиристоров является полная изоляция от любых шумов или скачков напряжения, присутствующих в линии питания переменного тока, а также обнаружение перехода через ноль синусоидальной формы волны, что снижает коммутационные и пусковые токи, защищая любые используемые силовые полупроводники. от термического напряжения и ударов.

Использование оптопары

• Изучив этот раздел, вы должны уметь:
• Опишите основные области применения оптронов:
• Понимание конструкции схем оптопары
• • Использование текущего коэффициента передачи (CTR).
• • Расчет значений компонентов для оптронов.
• Поймите требования к типичному применению оптопары.
• • Переключение уровня.
• • Изоляция входа / выхода.
• • Управление сильноточными нагрузками.
• • Защита от обратной ЭДС.

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

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

Рис. 5.2.1 Простой интерфейс оптопары для HCT

Проектирование интерфейсов оптопары

Основное назначение интерфейса оптопары — полностью изолировать входную цепь от выходной цепи, что обычно означает наличие двух полностью отдельных источников питания, один для входной цепи и один для выходной.В этом простом примере входные и выходные источники питания, скорее всего, будут одинаковыми по напряжению и току, поэтому интерфейс просто обеспечивает изоляцию без каких-либо значительных сдвигов в уровнях напряжения или тока.

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

Коэффициент передачи тока

Ток в каждой половине цепи связан с коэффициентом передачи тока или CTR, который представляет собой просто отношение выходного тока к входному (I _C / I _F ), обычно выраженное в процентах. У каждого типа оптопары будет диапазон значений CTR, указанных в техническом описании производителя. Значение CTR также зависит от ряда факторов, в первую очередь от типа оптопары, простые типы могут иметь значение CTR от 20% до 100%, в то время как специальные типы, такие как те, которые используют конфигурацию транзистора Дарлингтона для их выходной фототранзистор может иметь значение CTR в несколько сотен процентов.Кроме того, CTR любого конкретного устройства может значительно отличаться от типичного значения этого устройства на величину до +/- 30%. Производители обычно указывают диапазон значений CTR для различных выходных напряжений коллектора фототранзистора (V _C ) и различных температур окружающей среды (T _A ). CTR также будет меняться с возрастом оптопары, так как эффективность светодиодов уменьшается с возраст (более 1000 часов работы). Поскольку можно ожидать, что CTR оптопары со временем снизится, на практике обычно выбирают значение для I _F несколько ниже максимального, чтобы заданные характеристики могли быть достигнуты в течение предполагаемого срока службы схемы.

Хотя в этом примере описывается конструкция простого интерфейса, соединяющего две логические схемы HCT, разница между достигнутыми здесь результатами и результатами, необходимыми для любого другого оптопара, заключается в том, что аналогичные вычисления могут быть выполнены, просто используя данные, соответствующие другим напряжениям и токам, а также другим оптопарам. .

Расчет номиналов резистора оптопары

Рис. 5.2.2 Зависимость CTR от прямого тока для PC817

Начало процесса проектирования — определение условий входа и выхода, которые должна соединить оптопара.Типичные оптопары могут выдерживать входные и выходные токи от нескольких микроампер до десятков миллиампер. На рынке имеется множество оптопар, и, чтобы найти наиболее подходящие для конкретной цели, следует изучить каталоги поставщиков и спецификации производителей.

Однако в этом случае популярная оптопара PC817 от Sharp будет использовать напряжения и токи, доступные от логики HCT. Предполагая, что один выход HCT питает только эту оптопару, напряжение логической 1 составляет около 4.Можно предположить 9В.

Выходной ток, доступный от затвора HCT для управления входом оптопары, ограничен 4 мА, что довольно мало для управления оптопарой. В этом случае PC817 должен быть способен выдавать необходимый выходной сигнал при таком низком входном токе.

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

Найдя приблизительное значение для CTR, которое предполагает, что условия входа и выхода должны быть одинаковыми, при 4 мА следующая задача — вычислить значения R1 и R2.

Используя данные в таблице 5.2.1 и предполагая, что входной сигнал на выходе затвора HCT составляет от 4,9 В до 5 В, можно рассчитать подходящее значение сопротивления для R1 на рис.5.2.3.

Рис. 5.2.3 Оптрон с HCT на HCT

Прямое напряжение через инфракрасный светодиод при прямом токе всего 4 мА должно быть около 1,2 В

5 В — 1,2 В = 3,8 В будет развиваться через R1

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

Использование следующего более высокого номинала резистора R1 = 1 кОм

График зависимости CTR от I _F на рис. 5.2.2 показывает, что в идеале CTR для PC817 будет около 115% при прямом токе 4 мА, что предполагает, что выходной ток опто должен быть около 4 мА x 115. % = 4.6 мА

Для насыщения фототранзистора и создания логического 0 (менее 0,2 В) на выходе R2 должен развивать напряжение от 4,9 до 5 В при прохождении тока 4,6 мА (при условии 115% CTR).

Следовательно,

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

Рис. 5.2.4a Выход при R2 = 1,2 кОм

Если используется значение, превышающее 1,2 кОм, увеличение этого значения на несколько кОм может обеспечить максимальный размах напряжения на выходе, однако увеличение этого значения снижает скорость, с которой оптопара может реагировать на быстрые изменения напряжения из-за сочетание нагрузки с высоким сопротивлением и высокой емкости перехода фототранзистора, что приводит к округлению формы выходного сигнала, что можно увидеть, сравнив формы сигналов на рис.5.2.4 а и б.

Обе представленные формы сигналов были получены с одним и тем же входом, прямоугольной формы с частотой 2 кГц, но с двумя разными значениями для R2: 1,2 кОм на рис. 5.2.4a и 10 кОм на рис. 5.2.4b.

Эффект округления времени нарастания импульсов хорошо виден на рис. 5.2.4b. Также на более высоких частотах заметно уменьшается амплитуда выходного сигнала. Поэтому для достижения наилучших характеристик значение R2 должно быть как можно ниже, но выше 1 кОм.

Фиг.5.2.4b Выход с R2 = 10 кОм

Характеристики схемы оптопары, показывающей результат использования вычисленных значений, показаны на рис. 5.2.4. Также обратите внимание на эффект использования инвертора Шмитта 74HCT14 на выходе; любое округление прямоугольных импульсов исключается, и хотя выход оптопары падает только до 0,18 В, когда фототранзистор насыщается, выход затвора Шмитта фактически изменяется между + 5 В и 0 В.

Добавление инвертора Шмитта также повторно инвертирует форму выходного сигнала, которая была инвертированной версией формы входного сигнала на коллекторе фототранзистора.

Конечно, есть более полезные приложения для оптопары, чем просто изолировать одну логическую ИС от другой. Распространенная проблема — это управление нагрузкой с выходного порта компьютера. Компьютеры дороги и легко повреждаются из-за ошибок, допущенных при подключении их к внешним схемам. Проблема уменьшается, если внешняя цепь полностью изолирована от компьютера, а оптопара, такая как PC817, является дешевым и эффективным (при условии отсутствия серьезных ошибок пользователя) решением.

Рис. 5.2.5 Цепь привода двигателя PC817

Цепь привода двигателя PC817

На рис. 5.2.6 показан типичный пример, в котором требуется управлять двигателем 12 В постоянного тока, требующим тока 40 мА от логической схемы (или типичного порта компьютера), которая может поддерживать только несколько мА тока при 5 В или меньше.

Поскольку ток, доступный через типичные порты ввода / вывода компьютера, может составлять всего несколько мкА, поскольку линии компьютерных портов обычно предназначены для управления логическим входом какого-либо типа, вход в эту схему управления двигателем осуществляется через вентиль инвертора Шмитта HCT, который требуется только входной ток 1 мкА, при этом двигатель 12 В 40 мА управляется транзистором 2N3904.Инфракрасный светодиод оптопары получает ток около 4 мА через резистор 1 кОм с выхода IC1. Поскольку CTR PC817 составляет около 115%, фототранзистор может выдавать около 9 мА, поскольку питание на выходе фототранзистора теперь берется от источника питания двигателя 12 В. Это больше, чем минимум 5 мА, необходимый для перехода 2N3904 в насыщение. Важно, чтобы транзистор был полностью насыщен, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность в 2N3904 до минимума, поэтому, хотя ток транзистора (I _CE ) составляет 40 мА, он будет только около 0.3 В на насыщенном транзисторе, поэтому рассеиваемая мощность на транзисторе будет 0,3 В x 40 мА = 12 мВт, а максимальная рассеиваемая мощность для 2N3904 составляет 1,5 Вт. Хотя этот базовый интерфейс позволяет только включать или выключать двигатель, его можно легко адаптировать, изменив IC1, чтобы включить управление скоростью с широтно-импульсной модуляцией либо с компьютера, либо сгенерированного аппаратным обеспечением, как описано в модуле генераторов 4.6.

Этот простой интерфейс имеет еще одну функцию безопасности; диод D1, подключенный к двигателю, будет эффективно предотвращать любые неприятные всплески обратной ЭДС, генерируемые индуктивной нагрузкой (двигателем), от повреждения интерфейса.

Видео цепи привода двигателя

Начало страницы

Оптопара

— обзор | Темы ScienceDirect

6.5 Управление нагрузками высокого уровня с помощью оптопар

Часто нагрузка, приводимая в действие оптопарой, требует большего тока, напряжения или того и другого, чем оптопара может обеспечить на своем выходе. Доступный выходной ток оптопары определяется путем умножения входного тока светодиода на CTR. Для проектирования наихудшего случая следует использовать минимальное указанное значение.Температурное снижение номинальных значений обычно не требуется в диапазоне 0–60 ° C, поскольку световой поток светодиода и транзистор β имеют приблизительно компенсирующие коэффициенты (для компонентов, подобных IL1). Умножение минимального CTR на 0,9 обеспечит безопасную конструкцию в этом температурном диапазоне. Для более широкого диапазона потребуется больше маржи.

Ток источника светодиода ограничен его номинальной рассеиваемой мощностью. Таблица 6-1 показывает максимально допустимую I _F в зависимости от максимальной температуры окружающей среды.Значения в таблице 6-1 основаны на снижении мощности на 1,33 мВт / ° C по сравнению с 100 мВт при номинальной мощности 25 ° C.

Таблица 6-1. Максимальный прямой ток диода в зависимости от температуры для IL1, исходя из коэффициента снижения мощности 1,33 мВт / ° C.

Воспроизведено с разрешения Infineon Technologies.)

На основании информации в Таблице 6-1 и с учетом 10% запаса на температурные воздействия минимальный доступный выходной ток для IL1 будет 6,3 мА.

Если IL1 управляется логической схемой с управляющим транзистором 5 В и предполагается насыщение 0,2 В В _CE для управляющего транзистора, резистор R _IF будет обеспечивать 48 мА. Прямое напряжение ИК-светодиода составляет примерно 75 R 1,2 В. На рисунке 6-11 показаны две такие схемы возбуждения.

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

«Буферный затвор», такой как SN7440, представляет собой очень хорошую альтернативу драйверам дискретных транзисторов. На рис. 6-12 показано, как это делается. Обратите внимание, что затвор используется в режиме «потребление тока», а не в режиме «источника тока». Другими словами, обычный ток течет в буферный затвор для включения светодиода, потому что затвор TTL будет потреблять больше тока, чем отводить. SN7440 рассчитан на работу с тридцатью 1.6 мА нагрузки или 48 мА. Изменение R _IF с 75 Ом на 68 Ом регулирует более высокое напряжение насыщения монолитного устройства.

Рисунок 6-12. Привод буферного затвора

6.5.1 Более высокий ток нагрузки

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

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

Поскольку транзистор в оптопаре рассматривается как двухконтактное устройство, между цепями NPN и PNP нет рабочих различий. R _b обеспечивает обратный путь для I _CBO выходного транзистора. Его значение составляет R _b = 400 мВ / I _CBO ( T ), где I _CBO ( T ) находится для максимальной ожидаемой температуры перехода.

Для расчета необходимо использовать максимальную рассеиваемую мощность, указанное максимальное тепловое сопротивление перехода к окружающей среде и максимальную расчетную температуру окружающей среды в сочетании с указанным максимальным значением I _CBO при 25 ^° C I _CBO ( T ), предполагая, что токи утечки удваиваются каждые десять градусов.

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

При работе в обратном направлении максимальный базовый ток под нагрузкой будет I _O / ч _FE (мин) = 100 мА / 100 = 1 мА. Ток в R _b составляет В _BE / R _b = 600 мВ / 60 кОм = 10 мкА, что незначительно. IL1 с приводом 9 мА будет работать эффективно. Если нагрузка требует большего тока, чем можно получить с помощью имеющегося транзистора β наивысшего уровня, то в каскаде необходимо использовать более одного транзистора.Например, предположим, что требуется ток нагрузки 3 А и рассеиваемая мощность 10 Вт. Motorola MJE3055 ( Q ₂ ) может использоваться в качестве выходного транзистора, управляемого MJE205 ( Q ₁ ), как показано на рисунке 6-14. Используя радиатор 5 ° C / Вт и номинальное тепловое сопротивление перехода MJE3055 к корпусу 1,4 ° C / Вт, мы обнаруживаем, что повышение температуры перехода составляет 64 ° C (6,4 × 10). Следовательно, максимальная температура перехода составляет 124 ° C. Это на десять десятилетий выше 25 ° C, что составляет I _CBO ( T ) = 2 ¹⁰ / cso (макс.) ≏ 10 ³ I _CBO (макс.).

Рисунок 6-14. Два усилителя тока NPN

I _CBO (макс.) При 30 В или менее не указаны, но для MJE3055 указано значение I _CEO с максимальным током 0,7 мА. Используя значение 20 (для безопасности) для минимального слаботочного ч _FE устройства, I _CBO может быть таким же большим, как I _CEO / 20 = 35 мкА. Тогда I _CBO ( T ) составляет 35 мА и R _b2 = 400 мВ / 35 мА = 11 Ом.Для I _b используйте I _O / ч _FE (мин. При 4 A) = 3 A / 20150 мА. I _{Rb 2} = 600 мВ / 10 Ом = 60 мА, поэтому I _{E ( Q 1)} = 210 мА.

Максимальная мощность в Q ₁ будет примерно на 1/14 мощности в Q ₂ , так как его ток ниже на это соотношение и два напряжения между коллектором и эмиттером почти одинаковы.Это означает, что Q ₁ должен рассеивать 700 мВт. Предполагая, что небольшой радиатор «флагового типа» имеет тепловое сопротивление 50 ^° / Вт, мы находим температуру перехода около 95 ° C. Температура корпуса 150 ° C I _CBO Номинальное значение для этого устройства составляет 2 мА, поэтому можно работать в обратном направлении и принять примерно 1/30 этого значения, или 70 мкА. С другой стороны, I _CBO с номиналом 25 ° C составляет 100 мкА. Выбирая большее из этих противоречивых спецификаций, R _{b 1} = 400 мВ / 0.1 мА = 4 кОм ≈ 3,9 кОм. Базовый ток Q ₁ составляет I _{E ( Q 1)} / ч _{FE ( Q 1 мин)} = 210 мА / 50 = 4,2 мА. Суммарный ток I _{b ( Q 1)} + I _{Rb 1} = 4,2 + 0,24 = 4,5 мА. Здесь можно использовать IL1.

6.5.2 Более высокие напряжения нагрузки

Все схемы усиления по току, показанные до сих пор, имеют одну общую особенность: напряжение нагрузки ограничивается номинальным напряжением оптопары, а не напряжением или номинальной мощностью транзистора (ов). .На рис. 6-15 (а) показан способ преодоления этого ограничения. Эта цепь будет стоять от BV _CEO of Q ₁ . Номинальное напряжение фототранзистора не имеет значения, поскольку его максимальное напряжение коллектор-эмиттер равно напряжению база-эмиттер Q ₁ (около 0,7 В). В отличие от конфигураций Дарлингтона, показанных ранее, эта схема работает в обычном режиме. Когда в светодиоде нет тока и фототранзистор выключен, ток R ₁ может течь в базу Q ₁ , включая Q ₁ .Когда оптопара находится под напряжением, ее фототранзистор «закорачивает» ток R ₁ , отключая Q ₁ .

Рисунок 6-15. Высоковольтные бустеры: (a) NPN, (b) PNP

Значение R ₁ зависит только от напряжения питания нагрузки ( В _{cc +} — V _{cc —} ) и максимально необходимый базовый ток для Q ₁ . Это получено из минимума β из Q ₁ при минимальной температуре и токе нагрузки.Требуемая способность управления током такая же, как у I _{R 1} , поскольку I _{R 1} изменяется незначительно, когда цепь переключается между включенным и выключенным состояниями.

В некоторых приложениях потребуется либо большее усиление по току, чем может обеспечить один транзистор, либо мощность, рассеиваемая в R ₁ , будет нежелательной. В этих случаях решением является использование высоковольтных бустеров Дарлингтона (как показано на рис. 6-16 (а)).Если работает более одной нагрузки и отрицательные клеммы должны быть общими, необходимо использовать схему PNP, как показано на Рисунке 6-16 (b). В противном случае NPN лучше, потому что транзисторы стоят дешевле. Рабочие характеристики версий NPN и PNP идентичны, если параметры устройства совпадают.

Рисунок 6-16. Высоковольтные усилители Дарлингтона: (a) NPN, (b) PNP

6.5.3 Более высокая скорость

На рисунке 6-17 показана типичная схема, в которой используется оптопара для передачи логических сигналов между электрически изолированными частями системы.В показанной схеме оптопара должна «отводить» ток от одной ТТЛ нагрузки плюс подтягивающий резистор до В _CC . Резистор, включенный последовательно со светодиодом оптопары, должен обеспечивать разделенный ток нагрузки наихудшего случая. по CTR оптопары. Если используется оптопара с минимальным CTR 0,2 и допускается изменение нагрузки на 80%, требуется 8,1 мА. Это обеспечивается резистором 430 Ом.

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

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

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

Очень простой способ уменьшить оба эффекта — добавить резистор между базой и эмиттером, как показано на рисунке 6-18. Этот резистор помогает за счет уменьшения постоянной времени из-за C _ob и удаления накопленного заряда из базовой области быстрее, чем рекомбинация. Когда используется резистор база-эмиттер, требуемая мощность светодиода увеличивается, поскольку большая часть фототока, генерируемого в переходе база-коллектор, намеренно «сбрасывается».”

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

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Использование этого метода обычно не приводит к большому потреблению тока от источника питания, поскольку средняя частота повторения в большинстве приложений низкая. По мере увеличения привода и уменьшения R _BE время включения и выключения уменьшается. Общее количество накопленного заряда может быть уменьшено за счет уменьшения длительности импульса возбуждения светодиода. Кроме того, при использовании более высоких уровней возбуждения сопротивление нагрузки R _L может быть уменьшено для дальнейшего повышения скорости цепи.Эти параметры связаны друг с другом, поэтому для достижения наилучших результатов все должны быть изменены вместе. Можно сделать одно важное обобщение относительно их взаимозависимости. Длительность импульса возбуждения светодиода, — T _в , время спада на выходе ( t _f ), время нарастания выхода ( t _r ) и задержка распространения ( t _p ) должны примерно в соотношении 1,5: 1: 1: 1. Если этого отношения не происходит, схема не будет работать с такой высокой частотой повторения, как могла бы при том же уровне возбуждения.Длительность выходного импульса T _out равна T _in при малых токах, но увеличивается при больших токах.

На Рисунке 6-19 показаны графики, связывающие важные параметры типичного оптоизолятора, такого как IL1. Оптимальные значения T _в , R _BE , и R _L показаны в зависимости от тока импульса светодиода, а также результирующая ширина выходного импульса и максимальная частота развертки. Время нарастания, спада и распространения можно прочитать как две трети от T _в .На рисунке 6-19 показано, что увеличение мощности до 200 мА и использование оптимальных R _BE и R _L увеличит максимальную частоту повторения с 3 кГц до 500 кГц, то есть улучшение 167: 1.

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

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Оптопары более низкого уровня будут вести себя аналогичным образом, если уровень возбуждения светодиода масштабируется соответствующим образом, чтобы обеспечить более низкий CTR. Другой способ увеличения скорости — использовать фототранзистор как фотодиод.В этом методе напряжение смещения подается между выводом коллектора и базы, эмиттер не используется. Таким образом возможна работа на частоте не менее 1,0 МГц, но необходимо внешнее усиление. На рис. 6-20 показан график зависимости пикового выходного тока от длительности управляющего импульса для пикового управляющего тока 200 мА.

Рисунок 6-20. Зависимость выходного тока диодного режима от длительности управляющего импульса.

(Воспроизведено с разрешения Infineou Technologies.)

Поскольку выходной ток невелик, для управления нагрузками TTL необходимо использовать какой-либо тип широкополосного усилителя.Одним из простых решений для работы на промежуточной скорости является использование MOS-инвертора (1/6 74HC04), как показано на Рисунке 6-21 (a). Еще одно устройство, обеспечивающее хороший интерфейс, — это интегрированный усилитель-компаратор, показанный на Рисунке 6-21 (b).

Рисунок 6-21. Схемы для работы на промежуточной скорости: (а) использование МОП-инвертора, (б) компаратор

6-контактный DIP-драйвер симистора с нулевым перекрестным напряжением Оптопара (пиковое напряжение 800 В)

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > транслировать BroadVision, Inc.2019-09-19T16: 06: 07 + 02: 002019-09-19T16: 05: 13 + 02: 002019-09-19T16: 06: 07 + 02: 00application / pdf

MOC3083M — 6-контактный DIP-симистор с нулевым переходом Оптопара с драйвером (пиковое напряжение 800 В)

ON Semiconductor

Устройства MOC3081M, MOC3082M и MOC3083M состоят из GaAs-излучающего инфракрасного диода, оптически соединенного с монолитным кремниевым детектором, выполняющим функцию двустороннего симисторного драйвера, пересекающего нулевое напряжение.

Acrobat Distiller 18.0 (Windows) uuid: 8fdf61b1-c2b7-4d67-964f-763160bd50aeuuid: 5c938900-c5b2-4580-8472-12fdb4136eb2 конечный поток эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > транслировать HWSH; SQRK {# @ RLa [YflˑdX ~ [dy * Ep ~ Yz? IG1] Ч_) w *} $ L8k82E LTfttNv; % J $: ҩ.BI! | Rf 籧 «VLjtCʭñS} qxP ܴ & pM830> 2 # K & W Ւ Nή # r # 3zrOp; ۖ c

Максимальная температура (° C)	Ip Максимум (мА)
40	50
60	35
80 17

Изоляторы | Оптоизоляторы — симистор, выход SCR

X725

-X007TDKR-ND

757

3

1

3

N

3

Симистор

757 757 907

4 В (макс.)

901

03

901 901

901

907

907 Да 9024 9307

9024

9024

901 901

901 901 901

11,281 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3023SR2MTR-ND MOC3023SR2MCT-ND MOC3023SR2MCT-ND MOC3023SR2MDKR-ND MOC3023SR2MDKR-ND 9024 ) Digi-Reel®

Активный

Симистор

Нет

1

4170Vrms

400 В

—

5 мА

—

— 9024.15V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, крыло чайки

6-SMD

UL

OPTOISOLATOR3 6S24KV TRUE $ 1,17000

9846 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3043SR2MTR-ND MOC3043SR2MTR-ND MOC3043SR2MCT-ND MOC3043SR2MCT-ND 902 MOC3043 Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Актив

Симистор

Да

1

4170Vrms

400 V

1kV / µs

5 мА

—

1.25 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, крыло чайки

6-SMD

UL

OPTOISOLATOR 3,75KV TRUE $ 1,48000

28160 — Немедленное

OnSemi

OnSemi

1

FODM3052R2-NF098TR-ND FODM3052R2-NF098CT-ND FODM3052R2-NF098DKR-ND

—

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

Triac

Нет

1

3750Vrms

600 V

1kV24 90µs мА

300 мкА (тип.)

—

1.2V

60 мА

-40 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

4-SMD, крыло чайки

4-SMD

cUR, UR

OPTOISOLATOR

$ 1,76000

7.101 — Немедленное

Toshiba Semiconductor и хранения

Toshiba Semiconductor и хранения

1

TLP748JTP1FTR-ND TLP748JTP1FCT-ND TLP748JTP1FDKR-ND

—

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

SCR

№

1

4000Vrms

600 V

5V24 150 мА

1 мА

15 мкс

1.15V

50 мА

-40 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, Крыло чайки

6-SMD

BSI, SEMKO, UR

OPVTOIS POL TRIAC 8SMD

1,40000 долл. США

30,675 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

—

Лента и катушка (TR) Режущая лента (CT) Digi-Reel®

Активный

Симистор, мощность

Нет

600 В

210 В / мкс (тип.)

10 мА

1 A

25 мА

—

1.4 В (макс.)

50 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

8-SMD (7 выводов), крыло чайки

8-SMD

cUR, UR

ОПТОИЗОЛЯТОР 4,17 кВ TRIAC 6DIP

$ 1,15000

20,808 — Непосредственно

onsemi

onsemi

1

Да

1

4170Vrms

400 В

1 кВ / мкс

5 мА

—

400 мкА (тип.)

—

1.25 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

KVTO PISOLTR TRIAC 8DIP

$ 1,26000

21,131 — Немедленное

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

1

Активный

Симистор, мощность

Нет

1

5300 В среднеквадр.

600 В

210 В / мкс (тип.)

10 мА

1 A

2567 —

2567 —

50 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

8-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм), 7 выводов

8-DIP

cUR, UR

оптрон 5KV TRIAC 6SMD

$ 3,53000

1375 — Immediate

OnSemi

OnSemi

1

FOD4108SDTR-ND FOD4108SDCT-ND FOD4108SDDKR-ND

—

Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Triac

Да

1

5000Vrms

800 V

800 В

2 мА

—

500 мкА

60 мкс

1.25 В

30 мА

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, Gull Wing

6-SMD

CSA, UL

73 00073 1,000 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

IL4108-X007TTR-ND IL4108-X007TTR-ND IL4108-X002410391 9037-X002410TC3 Tape & Reel (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Active

Triac

Да

1

5300Vrms

800 V

10kV241 300 мА

500 мкА

35 мкс

1.16V

60 мА

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD

—

CSA, UR

OPTOISOLATOR 5KV SMD

16 398 — Немедленно 61 000 — Завод

onsemi

onsemi

1

FOD420SDTR-ND FOD420SDCT-ND FOD420SDCT-ND FOD420SDCT-ND2D FOD420SDCT-ND 2 TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Симистор

Нет

1

5000Vrms

600 V

10 кВ / мкс

907A

2 мА

60 мкс

1.28V

30 мА

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, Крыло чайки

6-SMD

cUL, FIMKO, UL

OPTOISVOL 6DIP

$ 0,72000

4,625 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC30120MFS-ND 41

1

4170 В среднекв.

400 В

—

30 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

$ 0,78000

1820 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3021MFS-ND 77 9241

1

4170 В среднекв.

400 В

—

15 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

0,81000 долл. США

4283 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3012M-ND 77 9241

1

4170 В среднекв.

250 В

—

5 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

0,85000 долл. США

4,009 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3022MFS-ND 41

1

4170Vrms

400 В

—

10 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

0,86000 долл. США

2,299 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3011M-ND —

1

4170 В среднекв.

250 В

—

10 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6SMD

$ 0,88000

1,693 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3021SM-ND 49

1

4170 В среднекв.

400 В

—

15 мА

—

100 мкА (тип.)

—

1.15V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, крыло чайки

6-SMD

UL

OPTOISOLATOR 6SKV TRI $ 1,04000

10,805 — Немедленно

Компоненты Isocom 2004 LTD

Компоненты Isocom 2004 LTD

1

MOC3062XSM-ND

1

5300 В среднекв.

600 В

600 В / мкс

10 мА

—

400 мкА (тип.)

—

1.2V

50 мА

-40 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, Крыло чайки

—

UR, VDE

OPTOCOACUPLER $ 1.04000

1359 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

VOT8125AB-V-ND 9024 907

№

1

5000Vrms

800 V

1 кВ / мкс

5 мА

100 мА

400 мкА (тип.)

—

1.2V

50 мА

-40 ° C ~ 110 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD (5 выводов), Gull Wing

6-SMD

CQC, cUL, UL, VDE

ОПТОИЗОЛЯТОР 4,17 кВ TRIAC 6DIP

$ 1,10000

4,406 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

1 9241 9024

Симистор

Да

1

4170Vrms

400 В

1 кВ / мкс

15 мА

—

400 мкА (тип.)

—

1.25V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TROLATIS 4DIP

1,11000 долл. США

15050 — Немедленно

Toshiba Semiconductor and Storage

Toshiba Semiconductor and Storage

1

Симистор

Нет

1

2500Vrms

400 В

200 В / мкс

10 мА

100 мА

200 мкА (тип.)

—

1.15V

50 мА

-40 ° C ~ 100 ° C

Сквозное отверстие

4-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

4-DIP

UR

OPTOISVOL 6DIP

1,11000 долл. США

2,777 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3083M-ND 77 9241

901

1

4170 В среднекв.

800 В

600 В / мкс

5 мА

—

500 мкА (тип.)

—

1.3V

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

1,15000 $

4234 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3042M-ND 77 9241

901

1

4170 В среднекв.

400 В

1 кВ / мкс

10 мА

—

400 мкА (тип.)

—

1.25 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UL

OPTOIS TRATOR 6DIP

$ 1.20000

1,712 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3051M-ND —

1

4170 В среднекв.

600 В

1 кВ / мкс

15 мА

—

220 мкА (тип.)

—

1.18 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Сквозное отверстие

6-DIP (0,300 дюйма, 7,62 мм)

6-DIP

UR

OPTOISVOL 6SMD

1,44000 долл. США

1,002 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

MOC3031SM-ND 9241

MOC3031SM-ND 9024

1

4170 В среднекв.

250 В

1 кВ / мкс

15 мА

—

400 мкА (тип.)

—

1.25 В

60 мА

-40 ° C ~ 85 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, крыло чайки

6-SMD

UL

OPTOISOLATOR 6SKV TRI $ 2,87000

1,581 — Немедленно

Vishay Semiconductor Opto Division

Vishay Semiconductor Opto Division

1

VO4258H-ND-900-ND-9007T-9000-ND-900-ND-ND-900-ND-900-ND-900-ND-900-ND-900-ND-9

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

Симистор

Нет

1

5300Vrms 80075 Vrms

2 мА

300 мА

—

—

1.2V

60 мА

-55 ° C ~ 100 ° C

Поверхностный монтаж

6-SMD, Gull Wing

6-SMD

BSI, cUR, FIMKO, UR

Что такое оптопара и Как это работает

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:

• Устранение электрических помех 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.

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 4 0 obj > поток hZKWqxUXfUj.