Оптрон что это. Оптроны: устройство, принцип работы и применение в электронике

Что такое оптрон и как он устроен. Какие бывают виды оптронов. Для чего используются оптроны в электронных схемах. Как подключить оптрон к микроконтроллеру. Основные характеристики и параметры оптронов.

Что такое оптрон и как он устроен

Оптрон (оптопара) — это электронный прибор, состоящий из излучателя света и фотоприемника, объединенных в общем корпусе. Принцип работы оптрона основан на преобразовании электрического сигнала в световой и обратно.

Основные компоненты оптрона:

• Излучатель (обычно светодиод)
• Фотоприемник (фотодиод, фототранзистор, фототиристор и др.)
• Оптический канал между излучателем и приемником
• Корпус, обеспечивающий изоляцию

При подаче тока на светодиод он излучает свет, который через оптический канал попадает на фотоприемник и вызывает в нем электрический сигнал. Таким образом, входной и выходной сигналы оказываются гальванически развязанными.

Основные виды оптронов

В зависимости от типа используемого фотоприемника выделяют следующие виды оптронов:

• Резисторные — с фоторезистором на выходе
• Диодные — с фотодиодом
• Транзисторные — с фототранзистором
• Тиристорные — с фототиристором
• Симисторные — с фотосимистором

Также оптроны различаются по количеству каналов (одноканальные, многоканальные) и типу оптического канала (открытый, закрытый).

Для чего применяются оптроны в электронике

Основные области применения оптронов:

• Гальваническая развязка цепей
• Передача сигналов между схемами с разными уровнями напряжений
• Защита от помех и наводок
• Коммутация силовых цепей
• Преобразование уровней логических сигналов
• Формирование импульсов
• Оптическая связь

Оптроны позволяют эффективно изолировать цепи друг от друга, что повышает помехозащищенность и безопасность электронных устройств.

Как подключить оптрон к микроконтроллеру

Рассмотрим пример подключения транзисторного оптрона к микроконтроллеру ESP8266:

1. Вход оптрона (анод светодиода) подключаем через токоограничивающий резистор к выводу микроконтроллера.
2. Катод светодиода соединяем с землей.
3. Эмиттер фототранзистора оптрона подключаем к земле.
4. Коллектор фототранзистора через подтягивающий резистор соединяем с питанием и входом микроконтроллера.

При подаче сигнала на вход оптрона, на его выходе формируется гальванически развязанный сигнал, который можно считать микроконтроллером.

Основные характеристики оптронов

Ключевые параметры оптронов:

• Коэффициент передачи тока (CTR)
• Быстродействие (время включения/выключения)
• Напряжение изоляции
• Максимальные токи и напряжения
• Входная емкость
• Температурный диапазон

При выборе оптрона важно учитывать эти характеристики в соответствии с требованиями конкретного применения.

Преимущества использования оптронов

Оптроны обладают рядом важных достоинств:

• Обеспечивают надежную гальваническую развязку
• Имеют высокое напряжение изоляции (до нескольких кВ)
• Не подвержены влиянию электромагнитных помех
• Обладают высоким быстродействием
• Позволяют согласовывать цепи с разными уровнями сигналов
• Имеют малые габариты
• Просты в применении

Благодаря этим преимуществам оптроны широко используются в современной электронике для решения задач изоляции и передачи сигналов.

Типичные схемы включения оптронов

Рассмотрим несколько базовых схем применения оптронов:

Гальваническая развязка цифровых сигналов

В этой схеме оптрон используется для передачи логического сигнала между цепями с разными уровнями напряжений:

• Вход оптрона подключается к выходу логической микросхемы через резистор
• Выход оптрона через подтягивающий резистор соединяется с питанием второй схемы

Управление силовой нагрузкой

Оптрон позволяет управлять мощной нагрузкой от слаботочных цепей:

• Вход оптрона подключается к микроконтроллеру
• Выход оптрона управляет силовым ключом (транзистором, симистором)
• Силовой ключ коммутирует нагрузку

Передача аналогового сигнала

Для передачи аналогового сигнала используется схема с обратной связью:

• Входной сигнал подается на излучатель оптрона
• Сигнал с фотоприемника поступает на вход операционного усилителя
• Выход ОУ через резистор обратной связи подключен к излучателю

Такая схема обеспечивает линейную передачу сигнала с гальванической развязкой.

Заключение

Оптроны являются эффективным решением для гальванической развязки и передачи сигналов в электронных устройствах. Они обеспечивают высокую степень изоляции, защиту от помех и позволяют соединять цепи с разными уровнями напряжений. Благодаря простоте применения и надежности оптроны нашли широкое применение в промышленной электронике, измерительной технике, системах автоматики и телекоммуникациях.

2.2. Типы оптронов. 2. Оптроны и оптоэлектронные микросхемы. Введение в оптоэлектронику

2.2.1. Резисторные оптопары

2.2.2. Диодные оптопары

2.2.3. Транзисторные оптопары

2.2.4. Тиристорные оптопары

2.2.5. Параметры оптронов различного типа

2.2.6. Оптоэлектронные микросхемы

2.2.1. Резисторные оптопары

В качестве фотоприемников оптопар этого типа используют фоторезисторы на основе CdS и CdSe. При засветке фоторезисторов их сопротивление снижается от

R_T (темнового) до R_CE (при освещении). Одним из основных параметров резисторных оптопар является отношение этих сопротивлений; значение R_Т/R_CB может достигать 10⁴–10⁷.

Фоторезисторы обладают, как правило, большой инерционностью. Именно поэтому в фоторезисторных оптопарах в качестве источников излучения широко применяют миниатюрные лампы накаливания, к достоинствам которых следует отнести хорошую воспроизводимость параметров, большой срок службы, малую стоимость. Невысокое быстродействие (время переключения — порядка 1·10^-2с) ламп накаливания в оптопарах этого типа не является их недостатком, поскольку общее время переключения (до 10^-1 с) определяется фотоприемником. Кроме ламп накаливания в резисторных оптопарах используют светодиоды на основе GaP, спектр излучения которых хорошо согласован со спектрами возбуждения фотопроводимости CdS- и CdSe-фотоприемников.

Некоторые характеристики резисторных оптопар представлены на рис. 2.3. Увеличение тока

I₁ на входе оптрона сопровождается увеличением светового потока излучателя, в результате чего R_CB снижается (рис. 2.3, а). Повышение температуры Т ведет к снижению подвижности свободных носителей заряда в фоторезисторе, увеличению R_св, а следовательно, к спаду I₂ при том же напряжении U₂ на выходе (рис. 2.3,6). С ростом Т не только происходит увеличение R_CB, но снижается и R_T (растет концентрация собственных носителей заряда в зоне проводимости полупроводника). При этом отношение R_Т/R_CB очень сильно падает (при 70° С оно может составлять лишь примерно 1·10²), что делает резисторную оптопару практически непригодной для использования при высоких температурах.

Инерционность резисторных оптопар сказывается на их частотных характеристиках, что иллюстрируется рис. 2.3,в. На рисунке по вертикали отложен коэффициент передачи по току, который в случае оптопар этого типа носит формальный характер, поскольку в выражение (2.2) для

k_I подставляется просто значение тока I₂, соответствующее окончанию линейного участка вольт-амперной характеристики фоторезистора.

Достоинствами резисторных оптопар, определяющими их широкое применение в различных типах оптоэлектронных схем, являются линейность и симметричность выходной характеристики (независимость от полярности включения фоторезистора), отсутствие фото-э. д. с., высокие значения достижимого напряжения на выходе (до 250 В) и темнового сопротивления R_т≈1·10⁶÷1·10¹¹ Ом).

2.2.2. Диодные оптопары

Оптопары этого типа изготовляют на основе кремниевых p—i—n-фотодиодов и арсенидгаллиевых светодиодов.

На рис. 2.4 изображены типичные графики зависимостей коэффициента передачи по току

k_I от входного тока I₁, напряжения на выходе U₂ и температуры Т. Из рис. 2.4, а следует, что у диодных оптопар k_I остается практически постоянным в широком диапазоне входных токов, что обусловлено постоянством в этом диапазоне квантового выхода η_к светодиода. Подъем в области малых и спад в области больших входных токов (когда начинает сказываться разогрев прибора) также определяется поведением η_к. Квантовый выход фотодиода η₃ при этом, как правило, не меняется. Это следует, в частности, из рис. 1.5 и формулы (1-11) — зависимость фототока от падающего потока излучения линейна в рабочем диапазоне значений потоков.

Разогрев оптопары может привести и к снижению η₃.

Оценим значение k_I для диодной оптопары.

Поток излучения Ф₁, испускаемого светодиодом, связан с входным током

I₁ соотношением

. (2.5)

(Здесь η_ке — внешний квантовый выход светодиода). В то же время ток на выходе фотоприемника

(2.6)

где η₃ — квантовый выход фотодиода, а Ф₂— поток излучения, падающий на фотодиод.

Из соотношений (2.5) и (2.6) получаем, что

(2.7)

где = Ф₂/Ф₁ — коэффициент, учитывающий потери излучения на пути от светодиода к фотоприемнику.

Полагая, что η₃≈1 (т.е. каждый фотон, достигнувший фотоприемника, генерирует носитель фототока; это хорошо выполняется, например, в случае p—i—n-фотодиодов), получаем:

k_I ≈ η_кеk^/.

В идеальном случае, когда потерь света почти не происходит, можно считать, что k_I≈η_ке, однако зачастую коэффициент k‘ оказывается заметно меньше единицы. Учитывая, что у реальных светодиодов η

ке≈10%, получаем, что для диодных оптопар коэффициент k_I вряд ли может превышать нескольких процентов.

Помимо зависимости k_I (I₁) на рис. 2.4 представлены еще две. Так, на рис. 2.4,б изображена зависимость коэффициента передачи по току диодных оптопар от обратного напряжения на выходе прибора— она довольно слаба. Температурная же зависимость k_I диодных оптронов выражена более ярко (рис. 2.4, в), что объясняется зависимостью от Т параметров всех элементов оптопары и в первую очередь—излучателя.

В целом, поскольку у современных диодных оптронов значение коэффициента передачи по току составляет единицы процентов, это означает, что на выходе таких оптопар практически можно получать лишь токи, не превышающие одного-двух миллиампер.

Предельно достижимое время переключения t_п диодных оптопар может меняться в довольно широких пределах (0,1 — 10 мкс) в зависимости от марки прибора. Но на практике получить подобное быстродействие довольно трудно, так как из-за малости выходного тока их приходится включать на большую нагрузку. В этом случае существенным оказывается уже время перезарядки, определяемое сопротивлением нагрузки R_н и выходной емкостью оптопары С₂. Так, при R_н =(2÷20) кОм и С₂ = 50 пФ постоянная времени перезарядки равна 0,1—1 мкс, что сравнимо по величине с предельными значениями t_п.

Диодные оптопары могут работать в вентильном режиме, когда оптрон выступает в качестве источника питания. Оптроны, предназначенные для этих целей, имеют повышенное (3–4%) значение k_I, однако к. п. д. таких приборов также составляет лишь около одного процента.

Среди выпускаемых диодных оптопар можно выделить, наконец, группу приборов, оптический канал которых выполнен в виде световода длиной 30—100мм. Эти приборы характеризуются высокой электрической прочностью (U_из = 20≈50 кВ) и малой проходной емкостью (С_пр=0,01 пФ).

2.2.3. Транзисторные оптопары

К этому классу приборов относятся диодно-транзисторные (приемником излучения является фотодиод, один из выводов которого соединен с базой транзистора, введенного в состав оптрона) и транзисторные (приемником излучения служит фототранзистор) оптопары, а также оптроны с составным фототранзистором. Их параметры существенно отличаются друг от друга. Так, оптопары с составным фототранзистором обладают наилучшими передаточными характеристиками по току (в результате внутреннего усиления сигнала k_I может достигать 1000%), зато диодно-транзисторные имеют большее быстродействие (t_п = 2÷4 мкс). При этом оказывается, что для оптопар перечисленных типов отношение остается постоянным в широком интервале значений входных токов. Параметр D называют добротностью оптрона, его значение зависит от параметров изоляции (в частности, от U_из). Для транзисторных оптронов U_из = 1÷5 кВ, D= 0,1÷1% мкс^-1.

(2.8)

Так же как и в случае диодных оптопар, материалом фотоприемников чаще всего является кремний; излучателями в таких приборах служат арсенид-галлиевые светодиоды.

Транзисторные оптопары привлекают внимание возможностью управления коллекторным током как оптическими методами, так и электрическими. Эти приборы позволяют получать высокие значения коэффициента передачи по току и соответственно большие I₂ (чем они выгодно отличаются от диодных оптопар) при удовлетворительном быстродействии.

На рис. 2.5 приведены типичные зависимости k_I от входного тока для транзисторной (кривая 3), диодно-транзисторной (кривая 1) оптопар, а также для оптопары с составным фототранзистором (кривая 2). Сравнение этого рисунка с рис. 2.4, а показывает, что характеристики таких оптопар сильно отличаются от полученных для диодного оптрона. Это связано с тем, что коэффициент усиления транзистора зависит от тока базы и потому не является постоянной величиной.

Температурные зависимости k_I транзисторного оптрона при больших (кривая 1) и малых (кривая 2) входных токах представлены на рис. 2.6. Видно, что при больших I₁ коэффициент передачи по току с изменением температуры ведете себя примерно так же, как и в случае диодных оптопар (см. рис. 2.4,6). В общем случае характер кривых k_I (T) определяется зависимостями от температуры квантового выхода как светодиода, так и фототранзистора.

Особенностью всех оптопар с излучателями-светодиодами является уменьшение t₁ и увеличение t₂ с ростом входного тока. Именно поэтому соответствующие характеристики транзисторных и диодных оптопар оказываются сходными.

Повышение температуры приводит к возрастанию инерционности транзисторных оптопар. Одновременно увеличивается и темновой ток фотоприемника. Это особенно сильно сказывается в случае оптопар с составными фототранзисторами: при увеличении температуры от 25 до 100 °С их темновой ток возрастает в 10⁴—10⁵ раз (у обычных транзисторных оптопар это изменение лежит в пределах 10²-—10³).

2.2.4. Тиристорные оптопары

Тиристорные оптопары используют в качестве ключей для коммутации сильнотоковых и высоковольтных цепей как радиоэлектронного (U₂ = 50÷600 В, I₂ = 0,1-10 А), так и электротехнического (U₂= 100÷300 В, I₂ = 6,3÷320 А) назначения. Важным достоинством этих приборов является то, что, управляя значительными мощностями в нагрузке, они тем не менее по входу совместимы с интегральными микросхемами.

В зависимости от гарантируемых значений коммутируемых напряжений и токов, а также от времени переключения тиристорные оптопары подразделяются на большое число групп. В целом типичные значения t₁ составляют 10—30 мс, t₂ = 30÷250 мкс.

Поскольку тиристорные оптопары работают в ключевом режиме, то параметр k_I для них лишен смысла. Поэтому удобнее характеризовать такие оптопары номинальным значением I₁ при котором открывается фототиристор, а также — максимально допустимым входным током помехи (максимальным значением I₁, при котором еще не происходит включение фототиристора). Значение силы номинального входного тока для разных типов тиристорных оптопар лежит в пределах 20—200 мА, максимально допустимый ток помехи для оптопары АОУ 103, например, равен 0,5 мА.

2.2.5. Параметры оптронов различного типа

Ниже приводится краткая сводная таблица основных характеристик некоторых элементарных оптронов (табл. 2.1). В обозначениях отечественных оптронов первая буква (или цифра) определяет материал излучателя (А или 3 — GaAlAs или GaAs), вторая буква (О) указывает на принадлежность прибора к классу оптопар, а третья отражает тип фотоприемника (Д—фотодиод, Т—фототранзистор, У — фототиристор). Резисторные оптопары (исторически первый тип оптопар) сохраняют свое первоначальное обозначение ОЭП (оптоэлектронный прибор). Некоторые из оптронов могут иметь обозначения, отличающиеся от тех, которые указаны выше (например, К249КП1—оптоэлектронный ключ, состоящий из излучающего диода на основе арсенид-галлий-алюминия и кремниевого фототранзистора, в который входят две транзисторные оптопары).

Кроме рассмотренных в настоящей главе типов оптопар следует упомянуть также о некоторых других видах оптронов. К ним можно отнести приборы, у которых в качестве фотоприемников используют МДП-фотоварикапы и полевые фототранзисторы, дифференциальные оптроны (один излучатель в которых работает на два идентичных фотоприемника),

а также оптопары, у которых источником излучения является полупроводниковый лазер (например, на основе GaAlAs или GalnAsP).

Таблица 2.1. Обозначения и значения основных параметров различных оптронов

Типы оптронов
Обозначения и параметры	Резисторные	Диодные	Транзисторные			Тиристорные
			диодно-транзисторные	транзисторные общего назначения	с составным фототранзистором
Схемное обозначение
Буквенный элемент обозначения	ОЭП	АОД	АОД, КОЛ	АОТ	АОТ	АОУ, ТО
Коэффициент передачи по току kI, %	1 – 4	0,5 – 3,5	10 – 40	30 – 100	200 – 800	—
Граничная частота fгр, МГц	0,005 – 0,01	1 – 10	0,01 – 0,5	0,01 – 0,5	0,001 – 0,01	—
Время, мкс: включения t1	1·103–1·105	0,1–1	1–2	4–10	10–100	10–30
выключения t2	1·103–1·105	0,1–1	1–2	4–30	10–100	30–250
Параметры входной цепи:
I1, мА	5–20	10–40	5–20	10–40	1–30	10–800
U1, В	2–6	1,1–1,8	1–2	1–2	1–5	1–3
Параметры выходной цепи:
I2, мА	0,2–7	0,1–1,5	5–30	5–50	100–200	(0,1–320)х103
U2, В	5–250	1–100	5–30	5–30	5–30	50–1300
Сопротивление изоляции Rиз, Ом	1·109	1·109–1010	1010	5·108	1·109	5·108

2.2.6. Оптоэлектронные микросхемы

Приборы этого типа содержат одну или несколько оптопар, а также согласующие элементы или электронные интегральные схемы, объединенные при помощи гибридной технологии в один корпус. Оптоэлектронные микросхемы обладают более широкими возможностями, чем элементарные оптроны. Их можно разделить на три основные группы.

К первой относятся переключательные микросхемы; эта группа наиболее многочисленна. Примером прибора этого типа может служить микросхема серии 249ЛП1 (рис. 2.7, а), в который объединены диодный оптрон и стандартная интегральная схема, имеющая два статических состояния, при одном из которых напряжение на ее выходе равно примерно 0,3 В, а при другом — около 3 В.

Во вторую группу объединены линейные, оптоэлектронные микросхемы, которые способны выполнять аналоговые преобразования сигналов. В качестве примера можно привести микросхему серии К249КН1, линейную по выходной цепи, которая состоит из двух диодных оптронов, работающих в режиме фотоэлементов и выполняющих функции широкополосного (вплоть до передачи постоянного сигнала) трансформатора (рис. 2.7,6).

К третьей группе относятся оптоэлектронные микросхемы релейного типа, использующиеся для коммутации силовых цепей в широком диапазоне напряжений и токов. По входным параметрам эти приборы согласованы со стандартными интегральными микросхемами; в качестве примера можно назвать оптоэлектронное реле постоянного тока серии К295КТ1.

Помимо микросхем перечисленных трех групп существуют и более сложные. К ним относятся, например, фоточувствительные приборы с зарядовой связью, многоустойчивые элементы— сканисторы и т.д.

Так же как и элементарные оптроны, оптоэлектронные микросхемы обладают тем недостатком, что их приходится изготовлять по гибридной технологии, объединяя элементы из разных материалов. По мере совершенствования способов получения этих элементов открываются перспективы создания оптоэлектронных микросхем на одном кристалле, а также пленочных. Это должно привести не только к дальнейшей миниатюризации таких приборов, но и к расширению их функциональных возможностей.

Оптроны | Основы электроакустики

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

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

Рассмотрим различные типы оптронов, отличающиеся друг от друга фотоприемниками.

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

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

Рис.6.15. Схема включения резисторной оптопары 

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

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

Рис.6.16. Резисторный оптрон VTL5C3 

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

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

Рис.6.17. Различные виды оптопар 

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

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

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

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

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

Рис.6.18. Счетверенный транзисторный оптрон РС847 

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

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

Рис.6.19. Фотосимистор IL 420

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

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

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

Рис.6.20. Оптоэлектронная интегральная микросхема HSPL2400

 

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

Исправление от 01.02.2021

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

Обозначение в схемах

Обозначение на схемах

Или так

Обозначение на схемах

Внутренне строение на рентгене

Строение

По принципу исполнения бывают с:

• открытым оптическим каналом
• закрытым оптическим каналом

С открытым каналом

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

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

С закрытым каналом

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

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

Передача информации

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

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

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

PC817

Характеристики:

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

Принцип работы

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

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

Все характеристики я приводит не буду, но вот основные:

Для входа (светодиод)

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

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

Поговорим о выходе

Для выхода (фототранзистор)

напряжение коллектор-эмиттер до 35 В;

напряжение эмиттер — коллектор до 6 В;

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А)

Так как там расположен фототранзистор то электрические характеристики и соответствуют ему

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

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

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

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

Распайка PC817

Распиновка PC817

Или вот так

Распиновка PC817

Или вот так, прямо на чипе

Распиновка PC817

Исходя из описанного выше типовая схема включения будет следующей

№1 с подтяжкой (стягивающий) к питанию

Подключение оптрона с подтяжкой к питанию

№2 с подтяжкой к земле

Подключение оптрона с подтяжкой к земле

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

Где R — резистор (сопротивление):

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

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

PC357C

Перейдем к PC357C

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

Характеристики

Вход

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

Выход

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

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

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

Но по сути все тоже самое что и выше.

Создаем простейший тестер оптопары

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

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

Тестер оптопары

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

Принцип работы для самых маленьких

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

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

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

И вот как это выглядит в реальности

Тестер оптопары

Практическая реализация

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

Контроллер постоянного напряжение сети 12 вольт на оптроне

Мне понадобится:

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

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

Схема

По сути это схема которая была выше

Схема принципиальная электрическая подключение оптрона

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

Настройка в прошивке ESP Easy

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

ESP Easy «Switch input — Switch»

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

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

Вот скриншот, все как обычно

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

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

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

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

Статьи по теме на нашем канале:

Прошивка ESP Easy

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

Оптрон

Описание

Этот блок представляет оптрон с помощью модели, которая состоит из следующих компонентов:

• Экспоненциальный светодиод последовательно с датчиком тока на входной стороне

• Управляемый текущий источник на выходной стороне

Электрические токи выходной стороны от коллекторного перехода до эмиттерного перехода. Это имеет значение CTR · _Id, где CTR является значением параметров Current transfer ratio и _Id, является текущим диодом.

Используйте блок Optocoupler, чтобы соединить интерфейсом с двумя электрическими схемами, не устанавливая прямую электрическую связь. Общая причина того, чтобы сделать это состоит в том, что эти две схемы работают на совсем других уровнях напряжения.

Примечание

Каждая электрическая схема должна иметь свой собственный блок Electrical Reference.

Если выходная схема является фототранзистором, типичные значения для параметра Current transfer ratio 0.1 к 0,5. Если выходной каскад состоит из Пары Дарлингтона, значение параметров может быть намного выше, чем это. Значение Current transfer ratio также меняется в зависимости от текущего светодиода, но этот эффект не моделируется блоком Photodiode.

Некоторые производители обеспечивают максимальную скорость передачи данных для оптронов. На практике максимальная скорость передачи данных зависит от следующих факторов:

Блок Optocoupler только позволяет вам задать емкость на светодиоде. Можно использовать параметр Junction capacitance, чтобы добавить собственную емкость через коллектор и эмиттерные связи.

Блок Optocoupler позволяет вам температурная зависимость модели базового диода. Для получения дополнительной информации смотрите страницу с описанием Diode.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают > > . Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Как подключить оптоизолятор к Arduino

Разберёмся на примере микросхемы TLP281 с принципом работы оптопары, рассмотрим, в каких случаях и каким образом их применяют.

Для проекта нам понадобятся:

1

Что такое оптопараи в каких случаях её применяют

Оптопара (или оптрон) – это электронный компонент, который позволяет исключить влияние электромагнитных и электрических наводок одной части электрической цепи на другую. Также с помощью оптопары можно отделить высоковольтную часть цепи от низковольтной. Ещё одно преимущество оптопары – возможность применения в цепи переменного тока. Кроме того, оптопара может служить заменой электромеханическому реле, т.к. способно коммутировать части электроцепи. По сути, оптопара действует как электромеханическое реле, только без механической части. Переключение осуществляется с помощью оптического сигнала, который передаётся от управляющего элемента к управляемому. Именно поэтому оптопара и называется «опто-пара». Обычно она состоит из излучающего светодиода и фиксирующего фотодиода.

Оптопару иногда ещё называют «оптоизолятор» из-за того, что с помощью оптопары можно изолировать части электрической схемы друг от друга.

Причём оптический сигнал излучателя может быть в видимом или инфракрасном диапазоне. На работу оптопары это никак не влияет, т.к. и передатчик излучения, и приёмник обычно расположены в одном корпусе в непосредственной близости друг от друга. Обычно оптопара действует как триггер и имеет 2 состояния: «включено» и «выключено», но в некоторых случаях применяются оптопары с несколькими уровнями.

2

Описание оптопары на микросхеме TLP281-4

Рассмотрим работу оптопары на примере микросхемы TLP281, а точнее её разновидности TLP281-4. Микросхема TLP281-4 имеет 4 канала. То есть у неё есть 4 управляющих ножки и 4 выходных ножки, к которым подключается полезная нагрузка.

Будем использовать для работы модуль HW-399. Выглядит он так, как показано на иллюстрации ниже. Рядом приведена его схема.

Внешний вид модуля HW-399 с микросхемой TLP281-4 и её схема

Здесь выводы IN1…IN4 – это управляющие входные сигналы от микроконтроллера, например, Arduino, или другого управляющего элемента. На них можно подавать напряжение от 3,3 до 5 вольт. Выводы OUT1…OUT4 – выходы. Ножки HVCC и HGND – питание и земля управляемой части электрической схемы. На ножку питания HVCC можно подавать напряжение до 24 вольт.

Выводы IN1…IN4 соответствуют анодам светодиодов модуля, которые и являются источниками светового сигнала для фотокатодов модуля, которые являются электронными ключами OUT1…OUT4.

Для демонстрации работы оптопары давайте соберём схему, показанную на следующем рисунке. Здесь управлять будем одним каналом IN1 модуля HW-399 с помощью Arduino. К выходу OUT1 модуля подключим светодиод, питание на который будем подавать с отдельного источника питания (хотя можно и с самого Arduino, в данном случае это не принципиально). Подключать светодиод необходимо через токоограничивающий резистор, разумеется.

Схема подключения модуля HW-399 с микросхемой TLP284-1 к Arduino

Как только мы соберём схему и подадим питание на внешнюю цепь (ножка HVCC), светодиод загорится. Это из-за того, что на управляющий пин IN1 ещё не подан управляющий сигнал. При отсутствии напряжения логической единицы на входе IN1 (допустим, он просто «висит» в воздухе или подключён к земле) на выходе OUT1 находится низкий уровень. Поэтому ток может идти от питания HVCC через OUT1 на землю, и светодиод загорается.

Подключение оптопары TLP284-1 к Arduino

Давайте загрузим в Arduino стандартный скетч из примеров – Blink. Этот скетч каждую секунду меняет логический уровень на 13-ой ножке Arduino. Таким образом, мы наглядно увидим, как работает управление оптопарой.

Подключение оптопары TLP284-1 к Arduino

Когда на 13-ом выводе Arduino высокий логический уровень – загорается встроенный светодиод платы Arduino, и отправляется управляющий сигнал на вход IN1 модуля. На выходе OUT1 появляется высокий уровень, и светодиод, подключённый к модулю, гаснет, т.к. нулевая разность потенциалов, и ток не может протекать через светодиод. Когда на 13-ой ножке Arduino низкий уровень, то встроенный светодиод гаснет, и управляющий сигнал переключается также в низкий уровень. Из-за этого между выходом OUT1 и питанием HVCC модуля возникает разность потенциалов, и подключённый к микросхеме TLP281 светодиод загорается. Таким образом эти два светодиода будут загораться как бы в противофазе.

Осциллограмма при работе оптопары в скетче Blink

На приведённой осциллограмме голубой график – управляющий сигнал с пина 13 платы Arduino. А фиолетовый график – напряжение на светодиоде на 1-ом выходе модуля HW-399.

ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

В последнее время мне приходится по работе, почти каждый день заниматься ремонтами ЖК телевизоров, в маленькой частной мастерской.  Тема эта достаточно рентабельная, и если заниматься преимущественно блоками питания и инверторами, не слишком сложная. Как известно, питается ЖК телевизор, как практически и вся современная электронная техника, от импульсного блока питания. Последний же, содержит в своем составе деталь, под названием оптрон или оптопара. Деталь эта предназначена для гальванической развязки цепей, что часто бывает необходимо в целях безопасности для работы схемы устройства. В составе этой детали находятся, обычные светодиод и фототранзистор. Как же оптрон работает? Упрощенно говоря, это можно описать, как что-то типа своего рода маломощного электронного реле, с контактами на замыкание. Далее приведена схема оптопары:

Схема оптопары

А вот тоже самое, но уже со странички официального даташита:

Распиновка оптопары

Ниже приведена информация из даташита, в более полном варианте:

Корпус оптопары

Оптроны часто выпускается в корпусе Dip, по крайней мере те, которые используются в импульсных блоках питания, и имеют 4 ножки.

Оптопара на фото

Первая ножка микросхемы, по стандарту обозначается ключом, точкой на корпусе микросхемы, она же анод светодиода, далее номера ножек идут по окружности, против часовой стрелки.

Проверка оптрона

Как можно проверить оптрон? Например так, как на следующей схеме:

Схема проверки оптрона

В чем суть такой проверки? Наш фототранзистор, когда на него попадет свет от внутреннего светодиода, сразу перейдет в открытое состояние, и его сопротивление резко уменьшится, с очень большого сопротивления, до 40-60 Ом. Так как мне эти микросхемы, оптроны требуется тестировать регулярно, решил вспомнить о том, что я ведь не только электронщик, но еще и радиолюбитель), и собрать какой нибудь пробничек, для быстрой проверки оптопары. Пробежался по схемам в инете, и нашел следующее:

Схема конечно очень простая, красный светодиод сигнализирует о работоспособности внутреннего светодиода, а зеленый, о целости фототранзистора. Поиск готовых устройств собираемых радиолюбителями, выдал фото простых пробничков, подобных этому:

Устройство для проверки оптопары с интернета

Это все конечно очень хорошо, но демонтировать каждый раз оптопару а после запаивать ее обратно — это же не наш метод :-). Требовалось устройство для удобной и быстрой проверки работоспособности оптопары, обязательно без выпаивания, плюс замахнулся при этом еще и на звуковую, и визуальную индикацию :-).

Звуковой пробник — схема

У меня был собран ранее простой звуковой пробничек по этой схеме, со звуковой и визуальной индикацией, с питанием от полутора вольт, батарейки АА.

Простой звуковой пробник

Решил, что это то что нужно, сразу готовый полуфабрикат), вскрыл корпус, ужаснулся своему полунавесному монтажу), времен первых лет, изучения мною радиодела. Тогда изготавливал плату, путем прорезания канавок в фольгированном текстолите, резаком. Просьба не пугаться), глядя на этот колхоз.

Внутренности и детали

Решено было пойти, путем изготовления аналога, своего рода пинцета, для быстрой проверки оптрона, в одно касание. Были выпилены из текстолита две маленьких полоски, и посередине их, была проведа бороздка резаком.

Контактные пластины из текстолита

Затем был нужен сжимающий механизм, с пружинкой. В ход пошла старая гарнитура от телефона, вернее клипса, для крепления на одежду, от нее.

Прищепка от гарнитуры

Дело было за малым, подпаять провода. и закрепить пластинки на клипсе с помощью термоклея. Получилось снова колхозно, как без этого), но на удивление крепко.

Пинцет для измерения самодельный

Провода были взяты, от разъемов подключения к материнской плате, корпусных кнопок системного блока, и светодиодов индикации. Единственный нюанс, на схеме у меня на один из щупов от мультиметра, подключаемых к пробнику посажена земля, сделайте ее контакт, если будете повторять, обязательно напротив земли питания светодиода оптрона, во избежания очень быстрого разряда батареи, при замыкании плюса питания, на минус батареи. Схемку распиновки пинцета, рисовать думаю будет лишнее, все понятно и так без труда.

Окончательный вид пробника оптронов

Так выглядит готовое устройство, причем сохранившее свой функционал звукового пробника, путем подключения через стандартные гнезда, щупов от мультиметра. Первые испытания показали, что 40 ом в открытом состоянии фототранзистора между выводами эмиттер – коллектор, для такого пробника, несколько многовато. Звук пробника был приглушен, и светодиод светил не очень ярко. Хотя для индикации работоспособности оптрона, этого было уже достаточно. Но ведь мы к полумерам не привыкли). В свое время собирал расширенный вариант, схемы этого звукового пробника, где обеспечено измерение при сопротивлении между щупами, до 650 Ом. Схему расширенного варианта привожу ниже:

Схема 2 — звуковой пробник

Данная схема отличается от оригинала, только наличием еще одного транзистора, и резистора в его базовой цепи. Печатную плату расширенной версии пробника, привел на рисунке ниже, она будут прикреплена в архиве.

Печатная плата на звуковой пробник

Данный пробник показал себя при проверке, достаточно удобным в работе, даже в таком, как есть варианте, после проведения на днях апгрейда, недостаток с тихим звучанием, и тусклым свечением светодиода, наверняка будет устранен. Всем удачных ремонтов! AKV.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

Почему сгорает оптрон: stone_guest — LiveJournal

   Многие зарядные устройства для телефонов и прочих гаджетов, способных заряжаться от USB, собраны обычно по примерно такой схеме.

Самому было лень рисовать, нашёл похожую схему в Интернете. Номиналы деталей могут отличаться довольно сильно, в самой схеме тоже бывают разные хитрости, но общий принцип сохраняется: первичную обмотку коммутирует силовой высоковольтный транзистор, работающий в автогенераторе, а вторичных обмотки две. Одна из них используется для питания устройства, другая — для осуществления положительной обратной связи (чтобы работал автогенератор) и одновременно для питания цепи регулировки. Стабилизация делается на оптроне, первичная цепь которого (светодиод) подключена к выходу источника питания, а вторичная (фототранзистор) — к узлу управления, который «разгоняет» или «тормозит» автогенератор.
   С давних времён у меня скопилось несколько таких безымянных USB-зарядных устройств, на которых указано напряжение 5,2 В и ток 500 мА. В то же время зарядные устройства современных планшетов, смартфонов и даже электронных книг рассчитаны на ток 800-1000 мА. Мне захотелось понять, это запас прочности, или такой ток заряда действительно требуется.
   Внимание! Так, как написано дальше, делать нельзя! Не повторяйте мой опыт!
   Проще всего было бы подключить гаджет к его родному зарядному устройству, включив в разрыв провода питания миллиамперметр. Но простые и правильные пути приходят в голову в последнюю очередь. В результате первым делом к маломощному зарядному устройству был подключен довольно крутой смартфон (не буду здесь указывать модель, и чей это был смартфон). Заряжаться он наотрез отказался. После этого устройство было разобрано, и на входе его были обнаружены места для четырёх диодов мостового выпрямителя, из которых установлен был только один. Сразу пришло желание установить недостающие диоды. Перепайка происходила у меня дома, поэтому подопытного смартфона поблизости не оказалось, и в эксперимент включился Apple iPad mini. Началась зарядка. Тогда попробовал подключить книгочиталку Amazon Kindle — после некоторых раздумий светодиод на корпусе книжки зажёгся, и зарядка началась. Я уже праздновал победу, казалось, осталось только проверить работу заряжалки с тем смартфоном, но через несколько секунд раздался лёгкий «пшик», и напряжение на выходе зарядного устройства пропало…
   Первым делом проверил силовой транзистор — он оказался оборван. Решил, что надо бы поставить помощнее, тем более, что 13001 у меня уже и не осталось. Поставил 13003. Заодно проверил и управляющий транзистор — он тоже оказался в обрыве. После замены транзисторов включил заряжалку в сеть через спасательную «Лампочку Ильича» и измерил выходное напряжение, которое составило 2,5 В.
   Надо сказать, что управляющий транзистор я поставил не такой, как был исходно в схеме — вместо C945 установил C1841 неизвестного происхождения (когда-то откуда-то выпаял, и почему-то совершенно не помню, откуда). Поэтому, когда я получил такой результат, я тут же его выпаял, прозвонил, обнаружил пробой, и решил заменить на правильный C945, который после недолгих поисков нашёлся на плате сгоревшего компьютерного БП ATX Winsis. Однако и это не помогло, выходное напряжение стало ещё меньше: 2 В. Повторно проверил тот транзистор C1841 — всё нормально, пробоя никакого нет.

   Тем временем я всё же провёл тот эксперимент, с которого следовало начать — измерил токи потребления гаджетов от их родных блоков питания. Увы, запаса практически нет, iPad потребляет примерно 900 мА, Kindle — около 750 мА. Так что из всего этого следуют два важных вывода, а также третий, чуть менее важный:

1. Наши убеждения влияют на результаты измерений. Если при ремонте какого-либо устройства мы обнаружили пробитый транзистор и заменили его заведомо исправным, но устройство не заработало, следует ещё раз проверить выпаянный транзистор — возможно, он был исправен.


2. Если на оригинальном зарядном устройстве указан ток 900 мА, то искать китайский аналог на замену нужно на больший ток, а никак не на меньший.


3. Если ток у зарядного устройства мал, не стоит пытаться его умощнить — простыми средствами это вряд ли получится. Скорей всего, там всё уже на пределе. Поставите более мощный транзистор и выпрямительные диоды — сгорит трансформатор или ещё что-нибудь.

   А пробитым оказался фототранзистор оптрона. Отчего же это произошло? Когда выходной ток увеличивается, увеличивается падение напряжения на сопротивлении вторичной обмотки трансформатора (T1.3) и на токоизмерительном резисторе R9. Уменьшается ток через светодиод оптрона, уменьшается ток фототранзистора оптрона, управляющий транзистор меньше «тормозит» автогенерацию, и силовой транзистор «молотит» всё сильнее. В результате выходное напряжение стремится прийти в норму, а вот напряжение на другой вторичной обмотке (T1.2) возрастает (ведь энергии в трансформатор вкачивается больше, а ток, отбираемый от этой обмотки фототранзистором оптрона, как уже говорилось, становится меньше). И наступает момент, когда напряжение на конденсаторе C4 становится больше напряжения пробоя фототранзистора оптрона. Последний пробивается и разряжает конденсатор C4 на эмиттерно-базовый переход управляющего транзистора, что и приводит к его смерти. А тогда уже и силовой транзистор начинает работать без тормозов, и вскоре тоже сгорает. А повышенное выходное напряжение сжигает и подключенный к зарядному устройству гаджет…
   Мне повезло: ни один гаджет не пострадал. А могло быть хуже.

Что такое оптопара и как она работает

Автор: Меган Тунг

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

Фотодатчик — это выходная цепь, которая определяет 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 проходит стажировку в Jameco Electronics , посещая Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (UCSB). Ее интересы включают фотографию, музыку, бизнес и инженерное дело.

Фото: учебные пособия по электронике и Autodesk.

Что такое оптоизолятор (оптопара или оптрон)?

Оптоизолятор (также известный как оптический соединитель , оптрон и оптоизолятор ) представляет собой полупроводниковое устройство, которое использует короткий оптический путь передачи для передачи электрического сигнала между цепями или элементами цепи, сохраняя их электрически изолированы друг от друга. Эти компоненты используются в большом количестве систем связи, управления и мониторинга, которые используют свет для предотвращения воздействия высокого электрического напряжения на систему с низким энергопотреблением, принимающую сигнал.

В своей простейшей форме оптоизолятор состоит из светодиода (LED), IRED (инфракрасного излучающего диода) или лазерного диода для передачи сигнала и фотодатчика (или фототранзистора) для приема сигнала. При использовании оптопары, когда к светодиоду подается электрический ток, излучается инфракрасный свет, который проходит через материал внутри оптоизолятора. Луч проходит через прозрачный зазор и улавливается приемником, который преобразует модулированный свет или ИК-излучение обратно в электрический сигнал.В отсутствие света входная и выходная цепи электрически изолированы друг от друга.

Электронное оборудование, а также линии передачи сигналов и электропередачи подвержены скачкам напряжения из-за радиочастот, ударов молний и скачков напряжения в электросети. Чтобы избежать сбоев, оптоизоляторы предлагают безопасный интерфейс между высоковольтными компонентами и низковольтными устройствами.

Оптоизолятор заключен в единое устройство и имеет вид интегральной схемы (ИС) или транзистора с дополнительными выводами.Оптопары могут использоваться для изоляции цепей малой мощности от цепей большей мощности и для удаления электрических помех из сигналов.

Оптоизоляторы наиболее подходят для цифровых сигналов, но могут также использоваться для передачи аналоговых сигналов. Изоляция любой скорости передачи данных более 1 Мбит / с считается высокой скоростью. Наиболее распространенная скорость, доступная для цифровых и аналоговых оптоизоляторов, составляет 1 Мбит / с, хотя также доступны цифровые скорости 10 Мбит / с и 15 Мбит / с. Оптоизоляторы считаются слишком медленными для многих современных цифровых применений, но исследователи создали альтернативы с 1990-х годов.

В области связи высокоскоростные оптоизоляторы используются в источниках питания для серверов и телекоммуникационных приложений — например, технология Power over Ethernet (PoE) для проводных локальных сетей Ethernet. Компоненты оптоизоляторов также могут защитить Ethernet и оптоволоконные кабели от скачков напряжения. В телефонах VoIP электрические сигналы могут быть изолированы с помощью транзисторной выходной оптопары.

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

См. Также диод .

Что такое оптопара, оптоизолятор, оптопара »Электроника Примечания

Оптопары и оптоизоляторы

используют светодиоды, фотодиоды и фототранзисторы и используются для соединения цепей вместе, но изолируют их электрически.

---

Фототранзистор Включает:
Основы фототранзистора Приложения и схемы Фотодарлингтон Оптопара / оптоизолятор

---

Оптопары можно описать разными именами, включая оптоизолятор и оптопару.

По сути, оптопара или оптопара — это полупроводниковое устройство, которое использует короткий оптический путь или линию связи для передачи сигнала от одной электрической цепи к другой, обеспечивая при этом электрическую изоляцию.

Оптопары или оптопары обычно содержатся в одном корпусе, часто размером с интегральную схему, хотя есть большая степень вариации в зависимости от предполагаемого применения.

Оптопары или оптопары

используются для выполнения множества функций: их можно использовать для связи данных по двум цепям, их можно использовать в оптических кодировщиках, где оптопара обеспечивает средства обнаружения видимых краевых переходов на колесе кодировщика для определения положения и т. Д. ., и их можно использовать во многих других схемах, где необходимы оптические линии связи и переходы.

Они даже являются важным элементом в твердотельных реле, где оптическая связь используется для электрической изоляции входа и выхода, позволяя переключать выход в соответствии с состоянием входа. В результате оптические соединители или оптопары используются в удивительно большое количество схем.

Оптопара

Основы оптопары / оптопары

Оптрон — это компонент, который содержит два элемента, необходимых для оптоизолятора:

• Излучатель света: Излучатель света находится на стороне входа и принимает входящий сигнал и преобразует его в световой сигнал.Обычно излучатель света представляет собой светоизлучающий диод.
• Детектор света: Детектор света в оптроне или оптоизоляторе обнаруживает свет от излучателя и преобразует его обратно в электрический сигнал. Детектор света может быть любым из множества различных типов устройств от фотодиода до фототранзистора, фотодарлингтона и т. Д.

Излучатель и детектор света настроены так, чтобы соответствовать друг другу, имея совпадающие длины волн, так что достигается максимальная связь.

Оптрон также может содержать другие схемы, например, он может включать в себя последовательный резистор для светодиода или даже привод для диода. Оптрон также может включать в себя выходной усилитель.

Хотя оптопара или оптоизолятор обычно рассматриваются как единый интегрированный корпус, можно достичь того же результата, используя отдельные устройства. Однако необходимо учитывать механическое устройство, и это часто делает оптрон, сделанный из отдельных устройств, менее удобным, хотя для оптоизоляторов может возникнуть необходимость в использовании отдельных компонентов для некоторых приложений.

Терминология оптопары / оптопары

Термины «оптопара», «оптопара» и «оптоизолятор» часто используются как взаимозаменяемые в электронной и технической литературе, когда относятся к компонентам, выполняющим одну и ту же функцию.

Строго говоря, существуют различия между терминами оптоизолятор и оптрон. Различие между оптопарой и оптоизолятором заключается в ожидаемой разнице напряжений между входом и выходом:

• Оптрон: Обычно считается, что оптрон используется для аналоговой передачи цифровой информации между цепями, сохраняя при этом электрическую изоляцию при потенциалах до 5000 вольт.
• Оптоизолятор: Оптоизолятор обычно используется в энергосистемах и используется для передачи аналоговой или цифровой информации между цепями, где разность потенциалов превышает 5 000 вольт.

Это приблизительное руководство по различиям между оптопарами и оптоизоляторами. Однако эти термины по-прежнему широко используются как синонимы.

Обозначение оптрона

Символ оптопары, используемый в принципиальных схемах, указывает функцию и внутренние элементы внутри всего компонента.Символ показывает светодиод, который обычно используется как излучатель света. Символ оптрона также показывает приемник, часто фототранзистор или фотодарлингтон, хотя также могут использоваться другие устройства, включая светочувствительные диакеты и т. Д. Соответствующий тип устройства показан внутри символа цепи оптопары.

Обозначение оптопары или схемы оптопары
(версия с фототранзистором)

Оптопары также могут быть изготовлены с использованием других компонентов. Один из форматов, который используется в некоторых приложениях питания переменного тока, — это оптопара, основанная на диакторе.Его можно использовать для запуска симистора для переключения сети или управления углом проводимости (т. Е. Диммирования).

Обозначение фотодиодной схемы

Пакеты оптопары и оптоизолятора

Существует множество различных пакетов, используемых как для оптопар, так и для оптоизоляторов.

Для оптопар, которые используются для более низких напряжений, доступны различные пакеты. Часто оптопары поставляются в небольших корпусах, похожих, но не всегда идентичных знакомым корпусам Dual-In-Line (DIL) IC для обычных компонентов.Также доступны версии SMD, опять же в таких пакетах, как пакеты Small Outline Integrated Circuit (SOIC). Они обеспечивают очень компактные варианты размещения оптронов. Однако убедитесь, что выполнены все требования к изоляции.

Для оптоизоляторов, работающих при гораздо более высоких напряжениях, доступны различные пакеты. Оптоизоляторы могут быть получены в корпусах самых разных стилей, включая прямоугольники, цилиндры и специальные конфигурации. Эти типы корпусов предназначены для обеспечения более высоких напряжений изоляции, чем те, которые могут быть достигнуты с помощью корпусов DIL и SMD, таких как SOIC.

Технические характеристики оптопары и оптоизолятора

Есть несколько параметров и спецификаций, которые необходимо учитывать при использовании оптопары и оптоизоляторов:

• Коэффициент передачи тока, CTR: Коэффициент передачи тока оптопары — одна из ключевых характеристик. Это отношение тока, протекающего в устройстве вывода, к току на устройстве ввода. CTR будет варьироваться в зависимости от типа оптопары, используемой на выходе, те, которые используют фотодарлингтоны, будут намного выше, чем те, которые используют обычные фототранзисторы.Значения могут находиться в диапазоне от 10% до 2000% — 5000%. Следует отметить, что CTR имеет тенденцию меняться в зависимости от уровня входного тока. Хотя он будет варьироваться в зависимости от устройства, для мужских оптопар он будет максимальным при уровнях входного тока около 10 мА, падающих в обе стороны от этого значения.
• Пропускная способность: Чтобы понять максимальные скорости передачи данных, на которые может подаваться оптрон, необходимо знать пропускную способность. Для многих оптопар, использующих фототранзисторы, он может быть только в районе 250 кГц, а для тех, кто использует фотодарлингтоны, может составлять десятую часть этого числа.Доступны несколько более быстрых оптопар. Обычно чем ниже CTR, тем быстрее увеличивается и уменьшается время
• Входной ток: Это ток, необходимый для входного передающего устройства — светодиода. Значение используется для расчета последовательного резистора, используемого для ограничения тока.
• Максимальное напряжение выходного устройства: Для оптопар, использующих транзисторы, максимальное значение будет равно V _{CE (max)} для транзистора.Для оптопар, использующих на выходе другие устройства, следует использовать эквивалентный номинал. Также помните, что следует сохранять соответствующую маржу, поскольку никогда не рекомендуется использовать устройства, близкие к их максимальным характеристикам.

Различия между оптопарами и твердотельными реле

Есть много общего между оптопарами / изоляторами и т. Д. И твердотельными реле.

Твердотельные реле используются во многих областях в качестве электронных переключателей для управления питанием переменного или постоянного тока.

В твердотельных реле в качестве основы для работы используется технология оптопары, поскольку они должны обеспечивать высокие уровни сопротивления и изоляции между входными и выходными цепями.

Основное различие между оптопарами и твердотельными переключателями заключается в том, что оптопары и т.п. обычно используются для приложений с низким энергопотреблением. Твердотельные реле используются для гораздо более высоких уровней мощности. Часто твердотельные реле используются для переключения уровней напряжения до сотен вольт и более и уровней тока до десятков ампер и более.

Обычно оптопары содержатся в небольших корпусах ИС либо в виде устройств для поверхностного монтажа, либо в виде полупроводниковых устройств с выводами. Однако твердотельные реле обычно содержатся в гораздо более крупных корпусах, часто требующих прикручивания к радиатору. Они также часто имеют винтовые контакты для обеспечения необходимой пропускной способности по току.

В дополнение к этому твердотельные реле часто содержат дополнительные схемы — они часто представляют собой полный блок схемы. Они могут содержать схему возбуждения светодиода в оптопередатчике, а также могут содержать схему защиты от перенапряжения и переходных процессов на выходе.Для приложений переменного тока некоторые твердотельные реле обеспечивают переключение перехода через нуль для сигналов переменного тока, когда выходное устройство переключается только тогда, когда форма сигнала переменного тока проходит через положение нулевого напряжения. Это снижает электромагнитные помехи, EMI.

Оптопары, оптопары и оптоизоляторы, возможно, используются более широко, чем может показаться на первый взгляд. Их можно использовать по-разному, обеспечивая оптические связи между цепями. Это можно использовать для передачи данных, обеспечения гальванической развязки между цепями или для обнаружения разрыва соединения.Каким бы способом они ни использовались, они обеспечивают неоценимую функцию во многих электронных схемах.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Как используются оптопары / оптопары

Оптопары используют свет от светоизлучающего диода для проведения тока через фототранзистор

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

Рисунок 1. Схема внутренней эквивалентности

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

Оптопары в основном используются для следующих целей:

• Как коммутирующее устройство для передачи импульсных сигналов
• Для передачи сигналов ошибки обратной связи в аналоговых импульсных регуляторах

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

Транзистор на выходной стороне работает как переключатель

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

Рисунок 2. Подключение нагрузки

Сколько составляет выходной ток?

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

Рисунок 3. Пример перегруженной цепи

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

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

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

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

Максимальный номинальный входной ток (I

_F )

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

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

1. Номинальные значения силы тока и рассеиваемой мощности
2. Ухудшение характеристик со временем

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 6. Ухудшение CTR с течением времени

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

Рисунок 7. Пример расчетного срока службы

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

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

С транзистором Далингтона I _C резко возрастает, когда V _CE приближается к 1 В, как показано на графике выше. Если вы попытаетесь установить для V _CE значение менее 1 В, как и для одиночного транзистора, выходной ток может вообще не генерироваться. Поэтому обычно предполагается, что низкое выходное напряжение, полученное при использовании одного транзистора, не может быть получено при использовании транзистора Дарлингтона, поэтому для V _CE установлено значение 1,5 В или меньше, 0.На 5В выше, чем при использовании одиночного транзистора. Таким образом, ток коллектора (I _C ) в 25 мА все еще может генерироваться, даже когда срок службы оптопары подходит к концу.

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

Однотранзисторный выход

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фактически разрешенный выходной ток обычно намного меньше максимального номинального значения.

Выход транзистора Дарлингтона

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

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

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

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

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

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

Кривая I _F = 1 мА на графике ниже показывает зависимость тока коллектора транзистора Дарлингтона (I _C ) отНапряжение коллектор-эмиттер (В _CE ) приблизительно соответствует значениям I _C = 30 мА при V _CE = 5 В.

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

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

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

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

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

Расчет нагрузки

Если вы знаете максимальный выходной ток (I _C ), который может быть сгенерирован, цепь нагрузки может быть спроектирована так, чтобы выходной ток оставался ниже максимального значения.

Давайте посмотрим на допустимый диапазон сопротивления нагрузки (R _L ) при использовании одного транзистора с I _C = 5 мА при V _CE = 1 В в конфигурации схемы, подобной показанной ниже, исходя из полученных результатов далеко.

Рисунок 11.Пример общей конфигурации схемы

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

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

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

Как насчет верхнего предела сопротивления нагрузки?

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

Этот темновой ток требует осторожности.

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

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

Уравнение (2)

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

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

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

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

Если сопротивление нагрузки чрезмерно высокое, могут возникнуть следующие проблемы:

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

Следовательно, верхний предел сопротивления нагрузки должен быть в пределах пятикратного значения нижнего предела, что при применении к приведенному выше примеру дает верхний предел 5 кОм, когда напряжение источника питания (V _CC ) составляет 5 В.

Сколько входного тока (I

_F ) требуется для создания выходного тока?

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

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

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

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

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

Глядя на пунктирную кривую на графике выше, показывающую коэффициент передачи тока (CTR) в зависимости от прямого тока (I _F ), вы можете увидеть, что CTR составляет приблизительно 100%, когда I _F = 10 мА, поэтому, если При подаче входного тока 10 мА может быть сгенерирован указанный выше выходной ток, то есть начальное значение 4 мА при V _CE = 1 В и значение в конце срока службы 2 мА при V _CE = 1 В.

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

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

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

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

Использование оптопары в активной области в аналоговых приложениях

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

Оптопары

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

Рисунок 13. Пример использования оптопары в импульсном регуляторе

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

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

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

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

В это время, как и при использовании оптопары в качестве переключающего устройства, нагрузочный резистор фототранзистора может быть подключен либо к коллектору, либо к эмиттеру (либо это нормально с точки зрения работы оптопары). Подключение нагрузочного резистора в этом случае определяется в соответствии с общей схемой конфигурации.

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

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

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

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

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

Зачем использовать оптопары в электронике?

Оптопары не только защищают чувствительные схемы, но и позволяют инженеру разрабатывать различные аппаратные приложения.Оптопары позволяют избежать больших затрат на замену компонентов, защищая их. Однако оптопары сложнее предохранителей. Оптопары также позволяют управлять соединением между двумя цепями, подключая и отключая их через оптрон. Оптопары широко используются в электронике, электротехнике и системах связи.

Как защитить чувствительные цепи от высокого напряжения

Оптопары

часто используются для подавления обратной ЭДС, шума и электрических скачков, попадающих в цепь MCU.Оптопары создают безопасное соединение между высоковольтным оборудованием и микроконтроллерами с помощью полной электрической изоляции. В случае, если цепь высокого напряжения индуцирует электрический скачок, скачок остается только на выходной стороне оптопары, а цепь на входной стороне остается безопасной и незатронутой, поскольку обе стороны электрически изолированы. Оптопары также называют фотодиодами, оптоизоляторами, оптопарами и оптическими изоляторами.

Стандартная оптопара, такая как PC817, поддерживает напряжение изоляции входа-выхода до 5 кВ.[i] Большинство электронных компонентов работают при напряжении ниже 10 В, и если в систему попадает импульс молнии, он может вызвать напряжение до 10 кВ, чего достаточно, чтобы сразу поджечь электронные компоненты. Некоторые коммерческие оптопары могут выдерживать до 10 кВ изоляционного напряжения входа-выхода, которое используется для защиты от ударов молнии. [ii]

Замена сгоревших компонентов на печатной плате (PCB) может быть очень неудобной. Однако оптопары можно использовать для защиты дорогих компонентов.В случае неисправности оптопара сгорает и остальная часть цепи не пострадает. Оптопары не припаиваются непосредственно к схеме; вместо этого они помещаются в гнездо для интегрированного чипа (IC), поэтому их всегда можно легко заменить в случае сгорания.

Для подробного объяснения внутренней работы оптопары и того, как создать свою собственную оптопару с использованием светодиода и фотодиода, см. Предыдущий пост под названием «Защита микроконтроллера: создайте свой собственный оптрон».

Почему уровни земли на входе и выходе оптопары не соединены?

Цепи со стороны входа / выхода оптопары должны быть защищены от возможных рисков с обеих сторон.Хотя термин «напряжение на уровне земли» звучит так, как будто оно всегда равно 0 В, это не всегда так. Уровень земли источника 5 В и источника 220 В переменного тока может сильно отличаться; напряжение земли, наблюдаемое источником 5 В, не обязательно должно быть таким же, как напряжение 220 В переменного тока. В таких случаях подключение заземляющих плоскостей от разных источников может быть опасным. Даже если напряжение 220 В переменного тока понижается и выпрямляется до 5 В постоянного тока, все же не рекомендуется подключать уровень земли с обеих сторон друг к другу.Это может вызвать электрические сбои, поэтому уровни заземления обеих сторон ввода / вывода оптопары всегда остаются электрически отключенными. Для получения подробной информации о том, как общие точки и их пути обычно связаны, прочитайте статью Билла Швебера «Как должны быть связаны друг с другом земли и общие земли?»

Согласование импеданса: решение проблем с помощью оптронов

Во многих цепях связи важно установить согласованные импедансы между несколькими компонентами.Несоответствие может привести к неправильному результату. Однако оптопары могут использоваться для передачи сигнала без необходимости согласования импеданса с обеих сторон, поэтому оптопары широко используются в высокоскоростном телекоммуникационном оборудовании. По словам Джанет Хит, «в идеальном мире энергия сигнала, выходящая из штыря, должна проходить по дорожкам печатной платы и полностью поглощаться нагрузкой. Однако, если энергия не полностью поглощается нагрузкой (приемником), остаточная энергия может отражаться обратно через дорожку печатной платы, достигая исходного источника энергии на выходном контакте (драйвере).«[Iii] Оптопары на основе фотодиодов, такие как оптопара Toshiba TLP2719, могут поддерживать скорость передачи сигнала до 1 Мбит / с. Скоростные оптопары имеют скорость передачи данных до 50 Мбит / с. [Iv]

Использование оптопар для определения перехода через ноль источников переменного тока

Обнаружение перехода через нуль в сети переменного тока важно во многих приложениях. Например, типичная система коррекции коэффициента мощности измеряет разницу углов между реальной мощностью и реактивной мощностью (обе составляющие общей мощности).Разница между реальной и реактивной мощностью измеряется путем отслеживания так называемого «перехода через ноль» волн напряжения и тока. «Переход через нуль» — это термин, обычно используемый в электронике, акустике, математике и обработке изображений. Нулевое пересечение обозначает место, где форма волны пересекает ее координатную ось (то есть, если вы изобразили форму волны). Пересечение нуля также указывает, когда форма волны, выраженная в виде математической функции, изменится с положительного на отрицательный и обратно. Обратите внимание, что некоторые схемы проверки частоты работают по принципу отслеживания переходов через ноль в сигналах источника переменного тока.[v]

Оптопары

могут использоваться для определения перехода через нуль в сети переменного тока. Время отклика оптопары составляет всего наносекунды; он быстро включается и выключается при переходе через ноль. Используя выпрямитель и фильтр в сети переменного тока, цифровые сигналы могут быть получены от оптопары. [Vi] Используя RC-фильтры, форму выходного сигнала можно изменять по мере необходимости.

Рисунок 1: Принципиальная схема контроля сети переменного тока с помощью оптопары. Входной сигнал переменного тока выпрямляется и фильтруется перед подачей сигнала на IRED оптопары.(Источник: ON Semiconductor)

Коммутационные аппараты с оптопарами

Оптопары

используются в качестве надежного барьера между цифровым выходом микроконтроллера и внешними компонентами, которые необходимо контролировать.

Рисунок 2: Принципиальная схема, показывающая соединение между микроконтроллером PIC16F877A (U2) и оптопарой PC817C (U1). Оптопара используется для переключения светодиода (D1). Транзисторы и реле могут использоваться для переключения нагрузок со сравнительно высокими напряжениями. (Источник: Автор)

Цифровой выход микроконтроллера на рисунке 3 инициирует сигнал 5 В постоянного тока (цифровой), который используется для переключения IRED в оптроне (U1).Выходные контакты микроконтроллера и IRED в оптроне могут поддерживать ограниченный ток; поэтому рекомендуется использовать резистор ограничения тока между выходом микроконтроллера и входом оптопары. Когда IRED включается, инфракрасный свет падает на фототранзистор, который приводит в действие (возбуждает) фототранзистор, после чего между контактами коллектора и эмиттера начинает течь ток. Коллектор и эмиттер фототранзистора поддерживают ограниченный ток.Если необходимо управлять устройством с более высокими характеристиками тока, то можно использовать транзистор для усиления выхода оптопары.

Заземление коммутирующего устройства не связано с общей землей в цепи микроконтроллера, так как это может привести к утечке шума в сторону микроконтроллера.

Считывание входных сигналов с помощью оптронов

Оптопары

могут использоваться для безопасного считывания уровней логического 0 и логической 1 от любого источника.Например, напряжения от бестрансформаторного источника питания могут содержать шум. В таких ситуациях, если входной сигнал напрямую связан с микроконтроллером, шум входного сигнала может повлиять на работу микроконтроллера. Точно так же, если вход микроконтроллера случайно подвергается воздействию скачка напряжения, микроконтроллер немедленно разрушается (т. Е. Горит или «выпускает волшебный дым»). Однако использование оптопары между микроконтроллером и входным сигналом похоже на страховой полис и может предотвратить такие несчастные случаи.[vii]

Рисунок 3: Принципиальная схема, показывающая соединение между микроконтроллером Microchip PIC16F877A (U2 выше) и оптопарой PC817C (U1 выше). Оптопара используется для считывания цифрового сигнала. (Источник: Автор)

Заключение

Оптопары

не только защищают чувствительные схемы, но и позволяют инженеру разрабатывать различные аппаратные приложения. Использование оптопары значительно снижает затраты на замену компонентов и позволяет удобно контролировать соединение между двумя цепями путем подключения / отключения оптопары.Оптопары широко используются в электронных, электрических и коммуникационных системах.

[i] http://www.sharp-world.com/products/device/lineup/data/pdf/datasheet/pc817xnnsz_e.pdf

[ii] https://en.wikipedia.org/wiki/Opto-isolator

[iii] (Хит, 2018)

[iv] https://www.mouser.com/Optoelectronics/Optocouplers-Photocouplers/High-Speed-Optocouplers/_/N-6zsft/

[v] https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6717944

[vi] https: // www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-3001.pdf.pdf

[vii] https://hackaday.com/2018/05/09/optocouplers-defending-your-microcontroller-midi-and-a-hot-tip-for-speed/

Что такое оптоизолятор? — Sunpower UK

Что такое оптоизолятор?

Оптоизолятор — это электронное устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой через короткий оптический путь передачи, обеспечивая при этом электрическую изоляцию между двумя цепями. Оптоизолятор передает высокие напряжения с одной стороны цепи на другую без прямого электрического контакта.

Устройства преобразуют электрическую энергию в луч света с помощью светоизлучающего диода, а затем направляют свет на датчик света, такой как фотодиод или фототранзистор, который преобразует оптическую энергию обратно в электрическую энергию. Это изолирует две цепи, предотвращает скачки напряжения и снижает шум и помехи, связанные с коммуникационными соединениями.

Оптоизоляторы широко используются в источниках питания, системах управления и мониторинга, связи и других системах для безопасного электрического соединения одной секции схемы с другой, предотвращая при этом прямой контакт и воздействие высоких напряжений на сторону более низкого напряжения.

Оптоизолятор, основная конструкция

Типичный оптоизолятор состоит из светоизлучающего диода ближнего инфракрасного диапазона, фотодатчика, такого как фотодиод, фототранзистор или фототранзистор Дарлингтона, закрытого канала и источника питания. Два компонента обычно заключены в непрозрачный кожух, который предотвращает влияние внешнего света на излучаемый луч, и помещены в корпус, аналогичный ИС или транзистору с дополнительными выводами.

Существуют различные виды оптоизоляторов в зависимости от светочувствительного устройства и конфигурации.Два распространенных типа:

• Фотодиод: в качестве источника света используются светодиоды, а в качестве датчиков света — кремниевые фотодиоды.
• Фототранзистор: используется как фототранзистор в качестве светового датчика

Рисунок 1: Типы оптоизоляторов

Основные операции оптоизолятора

Напряжение от первичной цепи подается на источник питания для создания луча света ближнего инфракрасного диапазона, который проходит через закрытый канал до тех пор, пока не попадет на фотодатчик, который преобразует оптическую энергию в электрическую.Поскольку светодиод и фототранзистор или фотодиод разделены и не имеют прямого электрического соединения, устройство обеспечивает изоляцию двух секций цепи, позволяя передавать электрическую энергию от одной секции к другой.

Как только свет светодиода попадает на фототранзистор, он начинает проводить электричество в зависимости от состояния и продолжительности света. Оптоизоляторы выпускаются в самых разных стилях, включая цилиндры, прямоугольники и другие специальные конфигурации.Они разработаны, чтобы обеспечить изоляцию более высоких напряжений, чем может выдержать SMD- и DIP-корпус оптопары.

Оптопары и оптоизоляторы иногда используются как взаимозаменяемые; однако оптопары выдерживают напряжения примерно до 5000 В, а оптоизоляторы выдерживают напряжения более 5000 В.

Параметры и характеристики оптоизоляторов:

• Коэффициент передачи тока, CTR: соотношение между токами светодиода и датчика
• Напряжение изоляции: максимальное гарантированное напряжение между светодиодом и датчиком освещенности
• Линейность
• Максимальное напряжение выходного устройства
• Входной ток
• Пропускная способность

Факторы, влияющие на работу оптоизолятора

Потенциал пробоя снаружи оптоизолятора зависит от таких факторов, как температура, влажность, расстояние, барометрическое давление, тип и концентрация загрязняющих веществ в воздухе.Поэтому устройства подвержены влиянию влажности и, в частности, более высоких напряжений около 50 000 постоянного тока. Высокая влажность воздуха может привести к возникновению дуги вокруг изолятора или вдоль поверхности печатной платы, что приведет к образованию токопроводящего пути и возможному короткому замыканию вокруг оптоизолятора.

К преимуществам оптоизоляторов можно отнести:

• Обеспечивает электрическую и физическую изоляцию двух участков цепи и, следовательно, безопасность
• Сведение к минимуму восприимчивости к шуму и электромагнитным помехам, а также уменьшение помех, например, от электрических помех
• Сравнительно небольшой и недорогой
• Возможность ограничения напряжения в нескольких цепях
• Обеспечить изоляцию

Недостатки оптоизоляторов

• Имеют ограничения и не могут использоваться в некоторых электрических системах
• На него влияют такие факторы, как влажность, загрязнение воздуха и атмосферное давление, каждый из которых может вызвать искрение и нарушить изоляцию.Там требуется, чтобы устройства использовались в зонах с контролируемым климатом.

Применение оптоизоляторов

Оптоизоляторы используются в различных оптических приложениях, включая источники питания для обеспечения изоляции, в индустрии записи для уменьшения помех и в компьютерных системах для передачи данных. Приложения включают:

• Системы обратной связи по питанию
• Медицинское, промышленное применение
• Изолирующие токи контура заземления
• Переключение высокого уровня напряжения
• Изоляция сигнала
• Электроэнергетическая и шумоизоляция

Что такое изолятор против оптрона?

Оптопара, также называемая оптоизолятором, оптопарой или оптическим изолятором, представляет собой компонент, который передает электрические сигналы между двумя изолированными цепями с помощью света.Цифровой изолятор CMOS — это компонент, который передает электрические сигналы между двумя изолированными цепями с использованием высокочастотной несущей. И оптопары, и цифровые изоляторы используются для предотвращения воздействия высокого напряжения на систему, принимающую сигнал.

Рисунок 1a

Рисунок 1b

Изображения из Silcon Labs: https://www.silabs.com/whitepapers/isolator-vs-optocoupler-technology

На рис. 1а показана основная форма оптопары.Вход сигнала можно рассматривать как передающий блок (светодиод), а выходной сигнал можно рассматривать как приемный блок (фотодетектор или какой-либо другой тип светочувствительного полупроводникового элемента). Ток, протекающий через светодиод, заставляет излучаемый свет проходить через диэлектрик, где он попадает на фотодетектор, вызывая протекание тока, который смещает выходной транзистор. И передающий, и приемный блоки содержатся в едином герметичном корпусе с изолирующей пленкой или диэлектриком между входом и выходом.

Точно так же на рисунке 1b показана основная форма цифрового изолятора. Два идентичных полупроводниковых кристалла соединены вместе в стандартном корпусе ИС, образуя РЧ-передатчик и приемник, разделенные дифференциальным емкостным изолирующим барьером. Данные передаются от входа к выходу с помощью простого включения / выключения (OOK). Когда Vin высокий, передатчик генерирует РЧ несущую, которая распространяется через изолирующий барьер к приемнику.

Оптопары

были бесспорным решением для изоляции сигналов на протяжении более четырех десятилетий, но цифровые изоляторы становятся все более популярными благодаря своим превосходным характеристикам и надежности.Недавние прорывы в технологии кремниевой изоляции сделали возможными эти улучшения. Цифровые изоляторы КМОП дают разработчикам возможность создавать более дешевые, меньшие по размеру, более высокие характеристики, меньшее энергопотребление и более надежные изолированные схемы, чем у конкурирующих оптопар.

Преимущества цифровых изоляторов SiLabs CMOS по сравнению с конкурирующими оптопарами:

• Четко определенные ключевые рабочие параметры, которые мало изменяются при изменении напряжения, температуры и возраста устройства
• Изоляторы, уязвимые к значительным изменениям из-за температуры, тока и / или возраста устройства, вынуждают проектировщика отказаться от расчетного запаса, снижая производительность системы.Это особенно верно для изолированных высокоскоростных систем данных, которые полагаются на жесткие временные отношения.
• Высокая надежность
• Срок службы изоляторов более 20 лет теперь требуется для таких приложений, как HEV / EV, солнечные и ветряные энергетические системы, и обычно они работают в условиях повышенной температуры выше 120 ° C.
• Минимальные электромагнитные помехи (EMI) и высокая устойчивость к внешним электрическим и магнитным полям
• Электромагнитные помехи являются источником потенциального искажения данных, особенно в медицинских приложениях, которые регистрируют сигналы низкой амплитуды, например, электрокардиографе (ЭКГ).Внешние магнитные и электрические поля могут ухудшить работу системы, поэтому способность изолирующего устройства подавлять помехи внешнего поля имеет решающее значение.
• Удобство использования
• Лучшие изолирующие устройства хорошо документированы, предсказуемы, надежны и интуитивно просты в применении; эти моменты подробно рассматриваются в параграфах ниже.

Источник: https://www.silabs.com/whitepapers/isolator-vs-optocoupler-technology

Приложения включают:

• Промышленная автоматизация
• Решения по источникам питания
• Электромобили / гибридные автомобили
• Инверторы (солнечные и моторные)

Ознакомьтесь с нашей линейкой цифровых изоляторов SiLabs ниже:

Автор: Symmetry Electronics Разработчик приложений Тайлер Войцехович

См.