Схема включения оптопары. Оптопара PC817: принцип работы, характеристики и применение в электронных схемах

Как работает оптопара PC817. Какие у нее основные характеристики. Где применяется оптрон PC817 в электронике. Как правильно включить оптопару PC817 в схему. Как проверить работоспособность оптрона PC817.

Что такое оптопара PC817 и как она устроена

Оптопара PC817 — это оптоэлектронный прибор, обеспечивающий гальваническую развязку между входом и выходом. Она состоит из двух основных элементов, размещенных в одном корпусе:

• Светодиода на входе
• Фототранзистора на выходе

Принцип работы оптрона PC817 следующий:

1. При подаче тока на входные выводы (1-2) светодиод начинает излучать свет
2. Свет от светодиода попадает на фототранзистор и открывает его
3. Открытый фототранзистор пропускает ток через выходные выводы (3-4)

Таким образом, входная и выходная цепи оптически связаны, но электрически полностью изолированы друг от друга. В этом и заключается основное преимущество оптопар.

Основные характеристики оптопары PC817

Рассмотрим ключевые параметры оптрона PC817:

• Входной прямой ток: до 50 мА
• Пиковый входной ток: 1 А
• Обратное напряжение на входе: 6 В
• Напряжение коллектор-эмиттер: 35 В
• Напряжение эмиттер-коллектор: 6 В
• Ток коллектора: до 50 мА
• Рассеиваемая мощность коллектора: 150 мВт

Важной характеристикой является коэффициент передачи по току (CTR), который показывает отношение выходного тока к входному. Для PC817 этот параметр может составлять от 50% до 600% в зависимости от модификации.

Где применяется оптопара PC817

Оптрон PC817 широко используется в различных областях электроники:

• В импульсных источниках питания для гальванической развязки цепей обратной связи
• В устройствах промышленной автоматики для изоляции управляющих и силовых цепей
• В измерительной технике для защиты входов от высокого напряжения
• В схемах сопряжения микроконтроллеров с силовыми ключами
• В телекоммуникационном оборудовании для развязки сигнальных линий

Благодаря своей универсальности, компактности и доступной цене, PC817 стал одним из самых популярных оптронов.

Как правильно включить оптопару PC817 в схему

Для корректной работы оптрона PC817 необходимо соблюдать ряд правил при его подключении:

1. На входе (выводы 1-2) обязательно нужно ограничивать ток через светодиод. Обычно это делается с помощью резистора.
2. Выходной транзистор (выводы 3-4) можно включать как в ключевом, так и в линейном режиме.
3. Не превышайте максимально допустимые токи и напряжения, указанные в документации.
4. Для увеличения быстродействия можно использовать подтягивающий резистор на выходе.

Типовая схема включения оптопары PC817 выглядит следующим образом:

«` «`

Здесь R1 — токоограничивающий резистор на входе, R2 — подтягивающий резистор на выходе.

Проверка работоспособности оптопары PC817

Для проверки исправности оптрона PC817 можно использовать следующие методы:

1. Проверка входного светодиода мультиметром в режиме «прозвонки диодов»
2. Измерение сопротивления выходного транзистора в закрытом состоянии
3. Подача тока на вход и проверка открытия выходного транзистора

Также можно собрать простой тестер оптопар на основе двух светодиодов и двух кнопок. Схема такого тестера выглядит следующим образом:

«` «`

При нажатии кнопки S1 должен загораться светодиод HL1, а при нажатии S2 — HL2. Если оба светодиода горят одновременно или не горят вообще, оптрон неисправен.

Аналоги и модификации оптопары PC817

PC817 имеет множество аналогов от разных производителей:

• Sharp — PC817 (оригинальный производитель)
• Toshiba — TLP521
• Vishay — 4N35
• Lite-On — LTV817
• Everlight — EL817

Также выпускаются модификации с несколькими каналами в одном корпусе:

• PC827 — сдвоенный оптрон
• PC837 — строенный оптрон
• PC847 — счетверенный оптрон

При выборе аналога важно обращать внимание на совместимость по основным параметрам, особенно по коэффициенту передачи тока (CTR).

Советы по применению оптопары PC817

Для эффективного использования оптрона PC817 рекомендуется учитывать следующие моменты:

1. Выбирайте модификацию с подходящим CTR для вашего применения
2. Учитывайте температурную зависимость характеристик оптрона
3. Для высокоскоростных приложений используйте быстродействующие аналоги
4. При необходимости применяйте схемы температурной компенсации
5. В ответственных узлах рекомендуется проводить входной контроль партий оптронов

Правильное применение оптопары PC817 позволит обеспечить надежную гальваническую развязку в вашем устройстве и защитить чувствительные цепи от помех и перенапряжений.

Включение и применение оптопар

Оптопары обеспечивают полную электрическую изоляцию между частями схемы, получающими питание от разных источников. Как и транзисторы, они применяются в устройствах коммутации (в частности, при передаче данных с использованием оптоэлектронных систем) или в аналоговых схемах (например, в стабилизаторах напряжения).

Отличительной особенностью оптопар является значительный разброд параметров от одного экземпляра к другому. Для проверки их характеристик достаточно построить небольшую схему, показанную на рис. 1.

 

 

Рис. 1. Схема включения оптопары

Уровень входного напряжения, нужного для переключения выходного транзистора в режим насыщения (низкоомное состояние), может изменяться на несколько вольт для разных экземпляров прибора одного типа. В цифровой электронике

этот разброс не играет существенной роли при правильном выборе входного напряжения Uвх и сопротивления в цепи светодиода (чтобы переключение на выходе осуществлялось одинаково для всех приборов). В аналоговых схемах дело обстоит иначе, поэтому для обеспечения надежной работы необходимо предусмотреть ручную регулировку входного напряжения Uвх в достаточно широких пределах.

Наиболее распространенные оптопары имеют корпус DIP6. Два вывода относятся к светодиоду, а три — к транзистору, один вывод не задействован. Имеющийся вывод базы транзистора используется очень редко. Если этот вывод остается свободным, он, подобно антенне, может принимать сигналы различного рода помех, возникающие, например, в импульсных источниках питания. Не всегда легко определить, с какой точкой схемы допустимо соединить этот вывод, не нарушив работу транзистора. В этом случае необходимо провести несколько тестов, не забывая о том, что неправильное подключение может иметь неприятные последствия для каскада, соединенного с выходом транзистора.

Проблемы такого рода не возникают при использовании более простой оптопары в корпусе DIP4, не имеющем вывода базы фототранзистора или включающем фотодиод. Следует иметь в виду, что для таких корпусов предусмотрены различные варианты расположения выводов. Некоторые типы оптопар исполняются в двух вариантах, единственное различие между которыми заключается в инверсном расположении выводов, соответствующих коллектору и эмиттеру фототранзистора.

Pc817 схема включения 12 вольт

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

Корпус достаточно компактный:

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

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

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

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются его полные аналоги:

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

PC817 схема включения

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

Но дешевле использовать несколько PC817 вместо многоканального аналога.

PC817 характеристики

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

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

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

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

тестер оптопар

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

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

• Два светодиода,
• Две кнопки,
• Два резистора.

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

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

42 thoughts on “ Оптрон PC817 схема включения, характеристики ”

PC817 datasheet на русском.

а принцип работы?

Принцип работы оптрона не сложный: когда через встроенный светодиод пропускаем электрический ток, светодиод начинает светиться, свет попадает на встроенный фототранзистор и открывает его.
Получается когда ток протекает через входной диод, то и выходной транзистор открыт. Ну и противоположный случай, когда ток через входной диод не протекает, то и выходной транзистор закрыт.
Ну и изюмика оптических приборов, в том что с помощью них можно гальванически развязать развязать части электрической схемы.

Ну, не только в импульсных блоках питания. Оптрон разрабатывался для электрической рязвязки силовых и управляющих цепей. Поэтому наибольшее распространение получил в промышленной автоматике. Не встречал ни одного автоматического станка (а перевидал много), где бы их не было. В основном попадались Сименсовские, практически во всех европейских. Реже — NEC, во всех японских.

Но и в любительской практике применение можно найти, было бы желание, ведь вещь хорошая и полезная.

Оптрон PC817 в основном используется для передачи аналоговых сигналов, а вот для логических используют PC3H7.

Биполярные транзисторы (фото в том числе), из-за крутизны и начальной нелинейности характеристик, только и хороши для обработки дискретных, логических или импульсных сигналов. Как ключи — они идеальны, а вот аналоговые сигналы… Для хорошей работы с аналоговыми сигналами лучше использовать их униполярных братьев. Особенно К-МОП, с изолированным затвором и высоким входным сопротивлением. Помимо линейных выходных характеристик, они еще и на форму входного, слабого сигнала не оказывают влияния.

Тестер для оптопар актуален для промышленных масштабов. В домашних условиях я использую два тестера. PC817 хорошо использовать для гальванической развязки, в слаботочных цепях, например при работе с контролерами.

Тестер оптопар актуален если постоянно заниматься ремонтом: для пассивных компонентов, диодов и транзисторов есть тестер Маркуса.

Два тестера не у всех есть, проще собрать эту схему.

Специализированные приставки для проверки элементов для меня не удобны. Я рекомендую приставку к осцилографу, которая позволяет смотреть параметры и оценивать их номинал. Можно смотреть ВАХ диодов, транзисторов. Оценивать номинал резисторов и конденсаторов. Схема проста. В старых журналов радио. Просьба к автору этих статей рассмотреть и описать эту приставку. Считаю будет пользоваться статья спросом.

Знаю такую приставку: характериограф транзисторов. Очень хорошее устройство для изучения принципов работы полупроводниковых приборов. Например можно подогреть транзистор и посмотреть как меняется напряжение пробоя или плывет ВАХ.
Кстати такие приставки имеют и промышленные аналоги, которые используются для контроля на производствах полупроводниковых приборов.

А любая приставка к осциллографу, все-равно будет специализированной ) Это хороший осциллограф — вещь универсальная. Если два луча и максимально-широкий диапазон измерений. Промышленные характериографы тоже довольно специализированы, кстати. Поэтому, на любом предприятии, имеется отдел метрологии, а там, в лаборатории… сказочное оснащение рабочих мест, всеми видами приборов, по несколько модификаций каждого. Я к тому, что Универсального Измерительного прибора, как такового, не существует пока.

Не могу не согласится. По прибору на каждый тип компонентов слишком круто для домашней лаборатории. Но характериограф лучше делать как приставку к компьютеру, возможности шире.

На днях чинил зарядное устройство от Нокии, в него попала вода и понижающий трансформатор стал пробивать током. Выходной каскад на 13001 сгорел, но PC817 на удивление остался цел и невредим. Оптроны я тестирую на исправность обычным советским тестером, включенном в режим измерения сопротивлений, и регулируемым блоком питания на 12 вольт с нагрузочным резистором около килоома включенном в цепь светодиода оптрона. Пока такой метод ни разу не подводил.

Я правильно понимаю, что при подачи напряжения 1.3В на вход 1-2 то на выходе 3-4 мы получим сопротивление 0 Ом ? Или я не верно уловил принцип работы этого оптрона ?

Грубо говоря да. Корректней: при пропускании тока через светодиод (1-2), транзистор открывается (3-4).
Обычно вход оптопары подключают к источнику напряжения через токоограничивающий резистор, при этом на нем и падают эти 1,3В. А на выходе оптопары биполярный транзистор и выходная вольт-амперная характеристика нелинейна, поэтому некорректно говрить о сопротивлении. Правильнее говрить что падение напряжения коллектор-эмиттер снижается примерно до 0,6В.

Фактически данная оптопара это два отдельных полупроводниковых прибора: светодиод и транзистор которые поместили в один корпус. И если разобраться по вольт-амперным характеристикам как работает светодиод и биполярный транзистор, то будет легко понять как работает оптрон.

на излучающем диоде 1.1 вольт
падение напряжения коллектор-эмиттер у насыщеного транзистора jоптопары может быть и 50 миллиВольт

Просьба пояснить по подробней про коэффициент передачи по току (CTR) измеряемый в %.Если я правильно понял то это когда светодиод работает в начале ВАХ. и транзистор не полностью открывается.

Не кто не подскажет название опто пары или фототранзистора на 8 ампер ( коллекторный ток ).

8 амперные если и есть, то уже промышленного применения. Будет проще найти и дешевле сделать схему из обычного оптрона и биполярного или MosFET транзистора.

Если оптрон не для схемы, а грубо говоря коммутировать чайник, то стоит посмотреть на оптореле (твердотельные реле): solid-state-relays.
Выбирайте по параметрам, кроме тока ещё нужно напряжение знать и то в какой схеме будет работать опторазвязка.

Ищи оптронв серии ТО-10 итли ТО12,5. Цифра указывает максимальный ток. Вторая цифра в обозначении-обратное напряжение. В Митино такого добра навалом, есть и в «Чип и Дип»

Объясните не грамотному. Нажимаю кнопку закрыто — ни чего не горит. Кнопку открыто — горят оба диода. Это значит исправный? или как?

Для исправного (и правильно включенного) отптрона в тестере оптронов, при нажатии кнопки «Открыт», должен гореть только светодиод «Открыт». А при нажатии кнопки «Закрыт», должен гореть только светодиод «Закрыт».

Ваш случай какой-то странный, не понимаю как так может работать эта схема. Вы точно не перепутали полярность светодиода HL1?

Да нет, полярности он не перепутал и два светодиода могут гореть в «полнакала» если нажать кнопку S1 при неисправном оптроне или отсутствии такового. Это обусловлено небольшим сопротивлением R2. Но, в таком случае, при нажатии S2 — HL2 тоже должен светится, причем ярко. А раз он не светится, значит шунтируется чем-то, вставленным в проверочные клемы… причем, чем-то, что отпирается управляющим током. Что это за «инвертирующий оптрон» сказать сложно, я таких не знаю — ни исправных, ни неисправных.

Ваш тестер оптопар не работает!
Фуфло.
Попробуйте из схемы изъять оптопару и светодиоды как горели при нажатии кнопок тка и будут гореть.

TLP781 вот такие ещё попадаются

Подскажите! что это? По форме:стоячий вертикально,прямоугольный,как транзистор,но имеет 4 ножки.Также в корпусе ,в верхней части,отверстие для радиатора.Подписан KLA78.Это даташит,но что и где его найти?поисковик интернета выдаёт информацию на иностр.языках.

Скорее всего аналог 78R05, продвинутая версия обычного 7805 с отдельной ногой для включения и пониженной до 1V минимальной разницей между входом и выходом.

как в схеме проверить оптрон?

Я не совсем понял эту радость вокруг оптронов. Почему бы не использовать MOSFET? Судя по функциональности, это одно и то же, только через 3 ножки.

в случае с MOSFET не будет гальванической развязки

Здравствуйте! EL817C- CT817C какая разница! И подойдет ли EL817C на замену CT817C !

Здравствуйте ЕL817C И CT817C одно и тоже….

Здравствуйте, не очень понял про коэффициент передачи по току (CTR).
Можно ли заменить 817В на 817С ?

Чем больше этот коэффициент, тем больший выходной ток мы получим, при одинаковом входном.
Про замену наверняка ничего сказать нельзя, надо смотреть схему, пробовать менять, возможно придется корректировать нагрузочный резистор.

что за пара pc890 ?

какой мощности резисторы ставить?

Оптроны предназначены для гальванической развязки. Это их назначение, функция и смысл. Но о параметрах того, для чего они предназначены, никто ни гу-гу…

Для подачи напряжения на выводы 1-2 оптопары РС817В есть 5 вольт. Какой по номиналу нужно ставить ограничительный резистор, чтобы не спалить светодиод?

А подскажите плиз 🙏 на кой он нужен в блоке питания? Для того чтобы при высокой нагрузке отключать блок? Или как не могу понять принцип работы оптотрона ясен но для чего он там?

Не только для изолирования высокой стороны от низкой он предназначен. Но и чтобы совместить два модуля с разной полярность по питанию и др.

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

Корпус достаточно компактный:

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

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

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

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются его полные аналоги:

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

PC817 схема включения

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

Но дешевле использовать несколько PC817 вместо многоканального аналога.

PC817 характеристики

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

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

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

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

тестер оптопар

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

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

• Два светодиода,
• Две кнопки,
• Два резистора.

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

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

42 thoughts on “ Оптрон PC817 схема включения, характеристики ”

PC817 datasheet на русском.

а принцип работы?

Принцип работы оптрона не сложный: когда через встроенный светодиод пропускаем электрический ток, светодиод начинает светиться, свет попадает на встроенный фототранзистор и открывает его.
Получается когда ток протекает через входной диод, то и выходной транзистор открыт. Ну и противоположный случай, когда ток через входной диод не протекает, то и выходной транзистор закрыт.
Ну и изюмика оптических приборов, в том что с помощью них можно гальванически развязать развязать части электрической схемы.

Ну, не только в импульсных блоках питания. Оптрон разрабатывался для электрической рязвязки силовых и управляющих цепей. Поэтому наибольшее распространение получил в промышленной автоматике. Не встречал ни одного автоматического станка (а перевидал много), где бы их не было. В основном попадались Сименсовские, практически во всех европейских. Реже — NEC, во всех японских.
Но и в любительской практике применение можно найти, было бы желание, ведь вещь хорошая и полезная.

Оптрон PC817 в основном используется для передачи аналоговых сигналов, а вот для логических используют PC3H7.

Биполярные транзисторы (фото в том числе), из-за крутизны и начальной нелинейности характеристик, только и хороши для обработки дискретных, логических или импульсных сигналов. Как ключи — они идеальны, а вот аналоговые сигналы… Для хорошей работы с аналоговыми сигналами лучше использовать их униполярных братьев. Особенно К-МОП, с изолированным затвором и высоким входным сопротивлением. Помимо линейных выходных характеристик, они еще и на форму входного, слабого сигнала не оказывают влияния.

Тестер для оптопар актуален для промышленных масштабов. В домашних условиях я использую два тестера. PC817 хорошо использовать для гальванической развязки, в слаботочных цепях, например при работе с контролерами.

Тестер оптопар актуален если постоянно заниматься ремонтом: для пассивных компонентов, диодов и транзисторов есть тестер Маркуса.

Два тестера не у всех есть, проще собрать эту схему.

Специализированные приставки для проверки элементов для меня не удобны. Я рекомендую приставку к осцилографу, которая позволяет смотреть параметры и оценивать их номинал. Можно смотреть ВАХ диодов, транзисторов. Оценивать номинал резисторов и конденсаторов. Схема проста. В старых журналов радио. Просьба к автору этих статей рассмотреть и описать эту приставку. Считаю будет пользоваться статья спросом.

Знаю такую приставку: характериограф транзисторов. Очень хорошее устройство для изучения принципов работы полупроводниковых приборов. Например можно подогреть транзистор и посмотреть как меняется напряжение пробоя или плывет ВАХ.
Кстати такие приставки имеют и промышленные аналоги, которые используются для контроля на производствах полупроводниковых приборов.

А любая приставка к осциллографу, все-равно будет специализированной ) Это хороший осциллограф — вещь универсальная. Если два луча и максимально-широкий диапазон измерений. Промышленные характериографы тоже довольно специализированы, кстати. Поэтому, на любом предприятии, имеется отдел метрологии, а там, в лаборатории… сказочное оснащение рабочих мест, всеми видами приборов, по несколько модификаций каждого. Я к тому, что Универсального Измерительного прибора, как такового, не существует пока.

Не могу не согласится. По прибору на каждый тип компонентов слишком круто для домашней лаборатории. Но характериограф лучше делать как приставку к компьютеру, возможности шире.

На днях чинил зарядное устройство от Нокии, в него попала вода и понижающий трансформатор стал пробивать током. Выходной каскад на 13001 сгорел, но PC817 на удивление остался цел и невредим. Оптроны я тестирую на исправность обычным советским тестером, включенном в режим измерения сопротивлений, и регулируемым блоком питания на 12 вольт с нагрузочным резистором около килоома включенном в цепь светодиода оптрона. Пока такой метод ни разу не подводил.

Я правильно понимаю, что при подачи напряжения 1.3В на вход 1-2 то на выходе 3-4 мы получим сопротивление 0 Ом ? Или я не верно уловил принцип работы этого оптрона ?

Грубо говоря да. Корректней: при пропускании тока через светодиод (1-2), транзистор открывается (3-4).
Обычно вход оптопары подключают к источнику напряжения через токоограничивающий резистор, при этом на нем и падают эти 1,3В. А на выходе оптопары биполярный транзистор и выходная вольт-амперная характеристика нелинейна, поэтому некорректно говрить о сопротивлении. Правильнее говрить что падение напряжения коллектор-эмиттер снижается примерно до 0,6В.

Фактически данная оптопара это два отдельных полупроводниковых прибора: светодиод и транзистор которые поместили в один корпус. И если разобраться по вольт-амперным характеристикам как работает светодиод и биполярный транзистор, то будет легко понять как работает оптрон.

на излучающем диоде 1.1 вольт
падение напряжения коллектор-эмиттер у насыщеного транзистора jоптопары может быть и 50 миллиВольт

Просьба пояснить по подробней про коэффициент передачи по току (CTR) измеряемый в %.Если я правильно понял то это когда светодиод работает в начале ВАХ. и транзистор не полностью открывается.

Не кто не подскажет название опто пары или фототранзистора на 8 ампер ( коллекторный ток ).

8 амперные если и есть, то уже промышленного применения. Будет проще найти и дешевле сделать схему из обычного оптрона и биполярного или MosFET транзистора.

Если оптрон не для схемы, а грубо говоря коммутировать чайник, то стоит посмотреть на оптореле (твердотельные реле): solid-state-relays.
Выбирайте по параметрам, кроме тока ещё нужно напряжение знать и то в какой схеме будет работать опторазвязка.

Ищи оптронв серии ТО-10 итли ТО12,5. Цифра указывает максимальный ток. Вторая цифра в обозначении-обратное напряжение. В Митино такого добра навалом, есть и в «Чип и Дип»

Объясните не грамотному. Нажимаю кнопку закрыто — ни чего не горит. Кнопку открыто — горят оба диода. Это значит исправный? или как?

Для исправного (и правильно включенного) отптрона в тестере оптронов, при нажатии кнопки «Открыт», должен гореть только светодиод «Открыт». А при нажатии кнопки «Закрыт», должен гореть только светодиод «Закрыт».

Ваш случай какой-то странный, не понимаю как так может работать эта схема. Вы точно не перепутали полярность светодиода HL1?

Да нет, полярности он не перепутал и два светодиода могут гореть в «полнакала» если нажать кнопку S1 при неисправном оптроне или отсутствии такового. Это обусловлено небольшим сопротивлением R2. Но, в таком случае, при нажатии S2 — HL2 тоже должен светится, причем ярко. А раз он не светится, значит шунтируется чем-то, вставленным в проверочные клемы… причем, чем-то, что отпирается управляющим током. Что это за «инвертирующий оптрон» сказать сложно, я таких не знаю — ни исправных, ни неисправных.

Ваш тестер оптопар не работает!
Фуфло.
Попробуйте из схемы изъять оптопару и светодиоды как горели при нажатии кнопок тка и будут гореть.

TLP781 вот такие ещё попадаются

Подскажите! что это? По форме:стоячий вертикально,прямоугольный,как транзистор,но имеет 4 ножки.Также в корпусе ,в верхней части,отверстие для радиатора.Подписан KLA78.Это даташит,но что и где его найти?поисковик интернета выдаёт информацию на иностр.языках.

Скорее всего аналог 78R05, продвинутая версия обычного 7805 с отдельной ногой для включения и пониженной до 1V минимальной разницей между входом и выходом.

как в схеме проверить оптрон?

Я не совсем понял эту радость вокруг оптронов. Почему бы не использовать MOSFET? Судя по функциональности, это одно и то же, только через 3 ножки.

в случае с MOSFET не будет гальванической развязки

Здравствуйте! EL817C- CT817C какая разница! И подойдет ли EL817C на замену CT817C !

Здравствуйте ЕL817C И CT817C одно и тоже….

Здравствуйте, не очень понял про коэффициент передачи по току (CTR).
Можно ли заменить 817В на 817С ?

Чем больше этот коэффициент, тем больший выходной ток мы получим, при одинаковом входном.
Про замену наверняка ничего сказать нельзя, надо смотреть схему, пробовать менять, возможно придется корректировать нагрузочный резистор.

что за пара pc890 ?

какой мощности резисторы ставить?

Оптроны предназначены для гальванической развязки. Это их назначение, функция и смысл. Но о параметрах того, для чего они предназначены, никто ни гу-гу…

Для подачи напряжения на выводы 1-2 оптопары РС817В есть 5 вольт. Какой по номиналу нужно ставить ограничительный резистор, чтобы не спалить светодиод?

А подскажите плиз 🙏 на кой он нужен в блоке питания? Для того чтобы при высокой нагрузке отключать блок? Или как не могу понять принцип работы оптотрона ясен но для чего он там?

Не только для изолирования высокой стороны от низкой он предназначен. Но и чтобы совместить два модуля с разной полярность по питанию и др.

Описание, характеристики , Datasheet и методы проверки оптронов на примере PC817.

В продолжение темы «Популярные радиодетали при ремонтах импульсных блоков питания» разберем еще одну деталь- оптопара (оптрон ) PC817. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Между собой электрически никак не связанны, благодаря чему на основе PC817 можно реализовать гальваническую развязку двух частей схемы — например с высоким напряжением и с низким. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом. Как это происходит более подробно я разберу в следующей статье где в экспериментах подавая сигналы с генератора и анализируя его при помощи осциллографа можно понять более точную картину работы оптопары.

Еще в других статьях я расскажу о нестандартном использовании оптрона первая в роли реле -RS триггера с фиксацией состояний, а во второй генератор периодических сигналов. И используя эти схемные решения соберу очень простой тестер оптопар. Которому не не нужны никакие дорогие и редкие приборы, а всего лишь несколько дешевых радиодеталей.

Деталь не редкая и не дорогая. Но от нее зависит очень многое. Она используется практически в каждом ходовом (я не имею ввиду каком нибудь эксклюзивном) импульсном БЛОКЕ ПИТАНИЯ и выполняет роль обратной связи и чаще всего в связке тоже с очень популярной радиодеталью TL431 Описание и проверка здесь

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советуем посмотреть видео в самом низу страницы.

Оптопара ( Оптрон ) PC817

Краткие характеристики:

Максимальное напряжение изоляции вход-выход	5000 В

50 мАМаксимальная рассеиваемая на коллекторе мощность150 мВтМаксимальная пропускаемая частота80 кГц-30°C..+100°CТип корпусаDIP-4

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

Производитель PC817 – Sharp, встречаются другие производители электронных компонентов выпускают аналоги- например:

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

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются и другие варианты:

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

Проверка оптопары

Для быстрой проверки оптопары я провел несколько тестовых экспериментов. Сначала на макетной плате.

Вариант на макетной плате

В результате удалось получить очень простую схему для проверки PC817 и других похожих оптронов.

Первый вариант схемы

Первый вариант я забраковал по той причине что он инвертировал маркировку транзистора с n-p-n на p-n-p

Поэтому чтобы не возникало путаницы я изменил схему на следующую ;

Второй вариант схемы

Второй вариант работал правильно но неудобно было распаять стандартную панельку

SCS- 8

Третий вариант схемы

Uf — напряжение на светодиоде при котором начинает открываться фототранзистор.

в моем варианте Uf = 1.12 Вольт.

В результате получилась такая очень простая конструкция:

Как видно из фото деталь развернута не по ключу.

Используя которую можно очень быстро проверить деталь. За свою практику ремонтов конечно не часто , но я сталкивался с неработающими оптопарами и раньше мне приходилось заморачиваться над проверкой детали когда иногда бывало заходил в тупик во время сложного ремонта.

Конечный вариант — все очень просто.

Похожие статьи по теме:

PC817 эксперименты с оптопарой

Оптрон PC817 в режиме тиристора или самая простая схема проверки.

Генератор на оптроне. На примере PC817.

Кому лень читать

Еще более простой способ проверки оптрона PC817

Понятно что использование китайского тестера для проверки оптопары не самый простой , точнее простой но не самый дешевый метод. Такой прибор не во всех есть в хозяйстве.

Поэтому предлагаю вашему вниманию более простой , а главное дешевый тестер оптронов.

Он состоит из двух кнопок , двух резисторов , светодиода и панельки ( сокета ) под микросхему.

Рекомендуем к прочтению

Рс 817 схема включения. Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка

Описание, характеристики, Datasheet и методы проверки оптронов на примере PC817.

В продолжение темы «Популярные радиодетали при ремонтах импульсных блоков питания» разберем еще одну деталь- оптопара (оптрон) PC817. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Между собой электрически никак не связанны, благодаря чему на основе PC817 можно реализовать гальваническую развязку двух частей схемы — например с высоким напряжением и с низким. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом. Как это происходит более подробно я разберу в следующей статье где в экспериментах подавая сигналы с генератора и анализируя его при помощи осциллографа можно понять более точную картину работы оптопары.

Еще в других статьях я расскажу о нестандартном использовании оптрона первая в роли , а во второй . И используя эти схемные решения соберу очень простой тестер оптопар. Которому не не нужны никакие дорогие и редкие приборы, а всего лишь несколько дешевых радиодеталей.

Деталь не редкая и не дорогая. Но от нее зависит очень многое. Она используется практически в каждом ходовом (я не имею ввиду каком нибудь эксклюзивном) импульсном БЛОКЕ ПИТАНИЯ и выполняет роль обратной связи и чаще всего в связке тоже с очень популярной радиодеталью TL431

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советуем посмотреть видео в самом низу страницы.

Оптопара (Оптрон) PC817

Краткие характеристики:

Корпус компактный:

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

Производитель PC817 – Sharp, встречаются другие производители электронных компонентов выпускают аналоги- например:

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

Кроме одинарного оптрона PC817 выпускаются и другие варианты:

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

Проверка оптопары

Для быстрой проверки оптопары я провел несколько тестовых экспериментов. Сначала на макетной плате.

Вариант на макетной плате

В результате удалось получить очень простую схему для проверки PC817 и других похожих оптронов.

Первый вариант схемы

Первый вариант я забраковал по той причине что он инвертировал маркировку транзистора с n-p-n на p-n-p

Поэтому чтобы не возникало путаницы я изменил схему на следующую;

Второй вариант схемы

Второй вариант работал правильно но неудобно было распаять стандартную панельку

под микросхему

Панелька SCS- 8

Третий вариант схемы

Самый удачный

Uf — напряжение на светодиоде при котором начинает открываться фототранзистор.

в моем варианте Uf = 1.12 Вольт.

В результате получилась такая очень простая конструкция:

Вид сверху

Вид снизу

Как видно из фото деталь развернута не по ключу.

Используя которую можно очень быстро проверить деталь. За свою практику ремонтов конечно не часто, но я сталкивался с неработающими оптопарами и раньше мне приходилось заморачиваться над проверкой детали когда иногда бывало заходил в тупик во время сложного ремонта.

Конечный вариант — все очень просто.

Печать

Иногда бывает такая неисправность, при вроде бы исправных элементах блока питания включение телевизора вызывает взрыв микросхемы в БП телевизора (или транзистора), а точную причину установить не удается. В этом случае стоит обратить внимание на оптопару.

Я не буду описывать все оптопары затрону лишь PC817 , ее datasheet и методику проверки.

Оптопара PC817 достаточно распространена и купить ее не проблема, да и цена невелика. Конечно в запасе всегда должно быть несколько оптопар, на всякий случай.

Оптопара РС817 состоит из светодиода и фототранзистора. Открытие фототранзистора зависит от освещенности светодиодом.

Если нужной оптопары нет, то можно установить другую, для этого проверьте datasheet имеющихся у вас оптопар на совпадение выводов с datasheet PC817 и основные параметры входное напряжение (светодиод), ток и напряжение транзистора. Пользуйтесь литературой или интернетом. Аналоги РС817 привожу в таблице

Проверка омметром это приблизительная проверка и сводится к проверке диода (сопротивление около 1,5 Ком) и транзистора (не звонится) смотрите datasheet, то есть – если с помощью омметра видно, что оптрон неисправен – значит неисправен. Если дефекта не обнаруживается — это не значит что оптрон исправен.

100% гарантии не может дать и проверка исправности оптопары с помощью небольших схем. Их вы можете легко найти в интернете. Вот одна из них.

С помощью этой схемы можно проверить оптопары двух видов, переключение происходит с помощью переключателя S1. Можно и еще проще

Свечение светодиода D1 и LED1 будет говорить об исправности оптопары. При подключении сверяйтесь с datasheet .

Выход из строя оптопары достаточно редок, хотя и случается, например в Шарпах после грозы, можно назвать типовым дефектом.

Оптопара оказывается весьма полезным прибором для осуществления обратной связи. Обычно вы можете встретить оптрон в схемах с передачей сигнала между частями схемы с различным напряжением, в импульсных блоках питания, когда напряжение на выходе становится выше нормы светодиод оптрона начинает светиться, открывая при этом фототранзистор, который уже в свою очередь прикрывает силовой транзистор первичной обмотки.

Вообще этот прибор появился уже давно, тогда вместо светодиодов использовались лампы накаливания, мощность, потребляемая ними высока, светоотдача маленькая, а частота с которой можно использовать его крайне мала, так как нить накала выходит в рабочее состояние медленно, да и тухнет далеко не мгновенно. Сейчас существует большой ассортимент оптронов с разной степенью интеграции, с закрытым или открытым оптическим каналом, с многими типами фотоприёмниками и источника света, но нас интересует самый распространенный PC817 в дискретном исполнении.

Ток на входе максимальный 0,05 А, максимальный импульсный может доходить до 1 А, напряжение типичное 1,2В. Обратное напряжение max 6 В, а рассеиваемая мощность до 70 мВт. В фототранзисторе ток коллектора может доходить до 50 мА, мощность коллектора 0,15 W, напряжение коллектор-эмиттер 35 В, эмиттер-коллектор 6 В. Внизу простая схема для проверки работоспособности вашего экземпляра.

Светодиодная мигалка на оптопаре

Оптопара PC817 очень распространенный элементом гальванической развязки. Она имеется практически в каждом импульсном блоке питания, будь то зарядка от телефона или блок от компьютера. Так что достать ее не составит труда. На базе этой транзисторной оптопары можно собрать очень простую светодиодную мигалку со стробоскопическим эффектом.

Понадобится

• Литиевый элемент питания на 3,7 В (полностью заряженный 4,2 В).
  
• Светодиод любого цвета.
  
• Два резистора на 1 кОм и 5,6 кОм.
  
• Транзисторная оптопара PC817.
  
• Конденсатор на 220 мкФ 10 В.

Изготовление мигалки на оптопаре

Сначала ознакомимся непосредственно с оптопарой. Она состоит из двух элементов объединенных оптической связью. То есть если подать напряжение на светодиод, транзистор внутри откроется.

Обратите внимание, что точка обозначает первый контакт для отсчета. Сам элемент имеет 4 контакта. 1, 2 — это вход для подключения внутреннего светодиода. 3, 4- выход с транзистора.

Схема простой мигалки

На базе этого несложного радиоэлемента построен простой мультивибратор — генератор повторяющихся импульсов.

Схема не нуждается в настройке и при полностью исправных элементах начинает работать сразу.
Сборка ведется навесным монтажом без платы. Зажимаем оптопару в зажиме и припаиваем два резистора согласно схемы.

Далее припаиваем светодиод. Обратите внимания на полярность его включения.

Далее запаиваем конденсатор.

Соединительные дорожки делаем из луженного провода.

Доводим схему до конца.

Проверка

Подпаиваем контакты элемента питания.

Мигалка начинает мигать. Все просто.

Частоту мигания можно регулировать емкостью конденсатора.
Если вдруг что-то не запустилось — проверяйте полярность элементов всех кроме резисторов.
Я думаю вы без труда найдете применение этой простой схеме.

Смотрите видео

Оценить работу мигалки можно в видео.

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Как управлять через оптопару полевым транзистором

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

В ходе проектирования электронного устройства, в котором подразумевается работа полевого транзистора в ключевом режиме, всегда необходимо правильно организовать адекватное управление данным ключом. Понятно, что затвор транзистора должен с определенной периодичностью, в определенные моменты времени, заряжаться и разряжаться.

За периодичность и моменты коммутации отвечает специальная часть схемы устройства, называемая контроллером. За скорость и качество переключения отвечает в свою очередь другая часть схемы — драйвер — он заряжает и разряжает затвор по сигналу получаемому от контроллера. Но как контроллер связывается с драйвером? Всегда ли уместно прямое соединение контроллера и драйвера? Не всегда!

Что если контроллер «сидит» на минусовой шине, а ключ должен (по условию разработки) находиться в изолированной части устройства, да еще и работать в цепи с достаточно высоким напряжением? Кто-то предложит использовать трансформатор управления затвором.

Дело в том, что трансформатор управления затвором подходит далеко не всегда, особенно если требуется получить исключительно правильную форму управляющего импульса на затворе полевого транзистора, тем более если затвор «тяжелый», то есть обладает емкостью в несколько нанофарад.

В лучшем случае к развязывающему трансформатору можно прибегнуть в составе изолированного блока питания драйвера ключа. Но опять же, как передать сигнал драйверу? Вот здесь как нельзя кстати и подойдет оптопара, например 6n137.

Типичная оптопара представляет собой микросхему, внутри которой с одной стороны находится светодиод, а с другой стороны — фототранзистор.

Когда через светодиод внутри оптопары проходит номинальный ток, фототранзистор, расположенный на некотором расстоянии от светодиода, на другой стороне внутри корпуса микросхемы (оптопары), реагирует на свет от светодиода так, словно на его базу подали управляющий сигнал.

Но прямого контакта при этом нет, энергия на «базу» фототранзистора передается фотонами света, не несущими электрического заряда. Поэтому «вход» и «выход» оптопары гальванически развязаны друг от друга, и напряжение изоляции здесь достигает нескольких киловольт. Именно поэтому для управления полевыми транзисторами часто прибегают к использованию оптопар.

Для примера давайте рассмотрим схему управления силовым полевым MOSFET транзистором STW48NM60N с использованием оптопары 6n137M, а в качестве драйвера применим микросхему UCC37321P. В итоге получим возможность управлять данным силовым ключом с помощью сигнала с амплитудой в 5 вольт и с током не более 10 мА.

Допустим, что силовая часть с ключом, драйвер и оптопара получают питание от изолированного блока питания, а контроллер питается отдельно. Главное здесь то, что вход оптопары гальванически изолирован от ее выхода и от цепей питания, а сопротивление изоляции «вход-выход» у оптопары гарантированно составляет как минимум 1000 гигаом.

На приведенной схеме изображен наш пример (для увеличенич нажмите на рисунок). Батареями показаны изолированные источники питания оптопары, драйвера и силовой части. На входе оптопары последовательно установлен резистор на 320 Ом, ограничивающий ток через внутренний светодиод оптопары значением в 10 мА (согласно даташиту на оптопару, падение напряжения на ее внутреннем светодиоде составляет 1,8 В при 10 мА). Источник управляющего сигнала имеет амплитуду 5 вольт относительно уровня нуля («земли»).

Выходная часть оптопары имеет управляющий вход включения — вывод 7, который сразу присоединен к источнику питания оптопары, чтобы она могла работать. Вывод 6 оптопары — это открытый коллектор фототранзистора, в цепь которого включен резистор номиналом 350 Ом.

Схема управления транзистором через оптопару работает так. Когда на входе оптопары положительный сигнал (напряжение высокого уровня), внутренний светодиод излучает свет; фототранзистор на ее выходе переходит в проводящее состояние, и подтягивает резистор 350 Ом к минусовой шине.

Падение напряжения на фототранзисторе (напряжение на 6 выводе оптопары) при этом становится 0,8 вольт. Данное напряжение в 0,8 вольт воспринимается входом драйвера (2 ножка драйвера) как напряжение низкого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение высокого уровня, которое оказывается в этот момент приложено к затвору транзистора (через токоограничительный резистор 1,5 Ом), и приводит к его отпиранию.

3 вывод драйвера — это вывод его «включения», он сразу присоединен к шине питания драйвера, чтобы драйвер мог работать.

Когда же на входе оптопары отрицательный сигнал (напряжение низкого уровня), внутренний светодиод не излучает свет, фототранзистор на выходе оптопары переходит в запертое состояние, и через резистор 350 Ом питание подается от источника питания оптопары — на 2 ножку драйвера как напряжение высокого уровня.

А поскольку драйвер UCC37321P является инвертирующим, то на его выходе от этого действия устанавливается напряжение низкого уровня, что приводит к разрядке затвора силового транзистора и к его запиранию.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Применение транзисторных оптопар в управлении силовыми цепями.

Применение транзисторных оптопар в управлении силовыми цепями.

Транзисторные оптопары находят преимущественное применение в аналоговых и ключевых коммутаторах сигналов, схемах согласования датчиков с измерительными блоками, гальванической развязки в линиях связи, оптоэлектронных реле, коммутирующих большие токи.

Мощное полупроводниковое реле.

Схема мощного полупроводникового реле с солидным током нагрузки и транзисторной оптопарой в качестве развязывающего элемента в цепи управления изображена на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема мощного реле.

Включение реле происходит по команде логического устройства на микросхемах, в выходную цепь которого включен светодиод оптопары. Управляющая схема усиливает сигнал и подает его на управляющий электрод симметричного тиристора в момент прохождения синусоидального питающего напряжения через нуль. Последнее требование объясняется тем, что включение мощного тиристора на пике синусоиды или вблизи его вызывает сильные высокочастотные помехи, которые могут быть причиной сбоев и отказов располагающейся рядом аппаратуры. Так как командный сигнал может поступать в любой момент времени, то схема содержит узел, задерживающий включение тиристора до момента перехода питающего напряжения через нуль. Выпрямленный диодами VD3-VD6 переменный ток проходит через резистор R2 и стабилитрон VD1 с напряжением стабилизации 30В. Пульсирующее напряжение на коллекторе фототранзистора не превышает 30В. Транзистор VT1 поддерживается в открытом состоянии в течение почти всего полупериода напряжения питания, закрываясь лишь на короткий от резок времени, соответствующий мгновенным значениям питающего напряжения от 0 до 25В. Если сигнал управления приходит в максимуме напряжения питания, то в это время транзистор VT1 открыт и положительный, сигнал, поступивший с выхода транзисторной оптопары, включает составной транзистор VT2, VT3. Лишь при достижении мгновенного значения амплитуды питания до 25В, когда запирается VT1, составной транзистор включается. В коллекторной цепи VT3 появляется сигнал, достаточный для отпирания симметричного тиристора.

Схема замыкающего и размыкающего реле.

На рис. 2 и 3 показаны разновидности полупроводниковых реле с гальванической развязкой управляющих схем от выходной цепи.

Нормально разомкнутое реле служит для управления постоянным током. Логический сигнал включает транзисторную оптопару, что вызывает последовательное включение транзисторов VT2, VT2 и коммутацию рабочей нагрузки.

 

Рис. 2. Схема замыкающего реле.

На рис. 3 приведена схема аналогичного нормально замкнутого реле. В этой схеме при приходе управляющею сигнала производится выключение рабочей нагрузки.

 

Рис. 3. Схема размыкающего реле.

 

 

Фотоприёмники в оптопарах для схем на МК

Оптопары (оптроны) применяются для гальванической развязки устройств. Информация в оптопарах передаётся световым потоком от внутреннего излучателя к внутреннему фотоприёмнику в инфракрасном диапазоне длин волн. Поскольку в оптопарах имеется чёткое разделение на входную и выходную часть, то сопряжение с входом МК производится через фотоприёмник.

Встречаются следующие разновидности оптопар:

•    диодные оптопары (Рис. 3.54, а) — высокое быстродействие;

•    транзисторные оптопары (Рис. 3.54, б, в) — высокая чувствительность;

•     интегральные оптопары (Рис. 3.54, г) — высокое быстродействие и чувствительность, наличие цифрового выхода;

•    релейные оптопары (Рис. 3.54, д) — низкое сопротивление замкнутого ключа, большой коммутируемый ток.

Рис. 3.54. Условные обозначения оптопар: а) с диодным выходом; б) с транзисторным выходом; в) с транзисторным выходом и отводом от базы; г) с цифровым выходом; д) с электронным ключом на замыкание (оптореле).

 

Схемы подключения фотоприёмников транзисторных (Рис. 3.55, а…р), диодных (Рис. 3.56, а…д), релейных и интегральных оптопар (Рис. 3.57, а, б) к МК в целом похожи друг на друга, хотя и имеют различия.

 

Рис. 3.55. Схемы подключения фотоприёмников транзисторных оптопар к МК {начало)’.

а)типовая       схема подключения транзисторной оптопары к МК. Резистор R1 ограничивает коллекторный ток. Конденсатор С/ фильтрует короткие импульсы ложных срабатываний и устраняет «звон» на фронтах сигналов. Резистор /?2 выполняет две функции. Во-первых, служит защитой МК от ошибок в программе, когда линия порта переключается с входа на выход с ВЫСОКИМ уровнем. Во-вторых, ограничивает ток разряда конденсатора С/ (если он имеет большую ёмкость 6.8…22 мкФ) через внутренний диод МК при снятии питания;

б)   коллекторный ток транзистора оптопары VU1 протекает через резистор RI и внутренний «pull-up» резистор МК. Ток очень низкий, поэтому транзистор должен быть надёжно закрыт, что достигается при полном отсутствии напряжения на излучательном диоде оптопары. Фильтр /?/, С/ устраняет импульсные помехи. При большой ёмкости конденсатора С/ (микрофарады) надо поставить ограничительный резистор сопротивлением 1 кОм прямо на входе МК;

в)  схема применяется, если МК не имеет внутреннего «pull-up» резистора или требуется обеспечить стабильный и достаточно большой коллекторный ток через транзистор оптопары, не зависящий от разброса параметров МК. Фильтр R2, CI подавляет короткие импульсные помехи, «просачивающиеся» через проходную ёмкость оптопары VUI’,

 

 Рис. 3.55. Схемы подключения фотоприёмников транзисторных оптопар к МК

{продолжение)’.

г) ТТЛ-триггер Шмитта DDI улучшает помехоустойчивость и увеличивает крутизну фронтов сигнала. Необходимость резистора /?2 проверяется экспериментально. Сопротивление резистора RI должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить ВЫСОКИЙ входной уровень для логического элемента DDI при закрытом транзисторе оптопары VUI\

д) аналогичнРис. 3.55, г, но с КМ О П-триггером Шмитта DDI, при этом сопротивление резистора R1 может изменяться в широких пределах от единиц до десятков килоом;

е)  транзистор VT1 находится в глубоком насыщении, в связи с чем повышается помехоустойчивость, поскольку перестают сказываться небольшие флуктуации коллекторного тока фотоприёмника оптопары VUL Оборотная сторона медали — снижение быстродействия, т.к. для выхода транзистора VT1 из насыщения требуется определённое время;

ж)  в транзисторных оптопарах, имеющих отвод от базы, обычно ставят резистор /?/, чтобы база «не висела в воздухе». Без резистора RI оптопара тоже будет работать, но с возможными сбоями. Кроме того, в сложной помеховой обстановке свободный вывод базы может стать своеобразной антенной для приёма наводок «по эфиру», поэтому без веских причин применять пяти- выводные оптопары не следует;

з) транзистор оптопары VLU включается как инвертор, а транзистор оптопары VU2 — как повторитель сигнала. В связи с этим от одного входа +Е, —Е можно получить два противофазных выходных сигнала, подаваемых на две разные линии М К или на другие цепи устройства;

и)  цепочка R1, С/ поднимает усиление в области высоких частот. Эта схема актуальна только для транзисторной оптопары VU1, имеющей отвод от базы;

 

к) передача переменного напряжения

Рис. 3.57. Схемы подключения фотоприёмников релейных и интегральных оптопар к МК:

а)       резистор R1 определяет ток через ключ релейной оптопары VU1\

б)        интегральная оптопара VU1 формирует на своём выходе НИЗКИЙ и ВЫСОКИЙ логические сигналы с уровнями ТТЛ. Резистор RI может отсутствовать, если используется оптопара, которая формирует сигналы с уровнями КМОП.

 

arduino — переключатель MOSFET с использованием оптрона

С деталями по почте, еще не было времени на тестирование, но простой вопрос: будет ли это работать или какие улучшения необходимы?

Что он должен делать: переключатель MOSFET для нагрузок 12 В, 0,5–3 А, управляемый логическим уровнем 3,3 В (который оказался слишком низким даже для моих полевых МОП-транзисторов с логическим уровнем). Чип запускается с высокими портами, MOSFET выключен. Установка нижнего уровня на контакте включает его.

Тогда фон.

Я использую для своего проекта плату NodeMCU с логическим уровнем 3,3 В. Для этого я купил себе несколько полевых МОП-транзисторов IRL540N (после чтения форумов, они дешевые). Из спецификации я подумал, что он будет работать при 3,3 В, но там не повезло. На уровне затвора 5-6 В он открывается нормально (я подключил светодиоды мощностью 21 Вт для тестирования, работал отлично, IRL540N даже не нагрелся). А вот на 3,3В не повезло, светодиоды почти не загорелись.

Использование транзистора драйвера работало, но затем оно стало инвертированным: низкий уровень порта был включен, поэтому фактически по умолчанию включен, и это небезопасно для моего проекта.Он должен быть отключен по умолчанию, поэтому при запуске (контакты на низком уровне) он просто отключен.

Тогда я понял, что мне нужно использовать более высокое напряжение, и здесь в игру вступает оптопара. Это позволяет мне подтянуть затвор полевого МОП-транзистора до уровня 12 В, используя всего 3,3 В.

Схема ниже, которую я разработал для комбинации с расширителем портов PCF8574. Его контакты по умолчанию должны иметь высокий выход. В высоком состоянии он может выдавать только 0,3 мА или около того, очень мало, достаточно, чтобы управлять транзистором, но не светодиодом. Однако он может потреблять не менее 20 мА, поэтому этого достаточно для управления светодиодом или оптопарой.

Идея, лежащая в основе этой схемы: при включении порты имеют высокий уровень, нет тока через светодиод, затвор полевого МОП-транзистора опущен на низкий уровень, и он выключен.

Затем, когда я устанавливаю на порт низкий уровень, он потребляет ток для светодиода в оптроне, затвор поднимается на высокий уровень и включается полевой МОП-транзистор. 12 В обеспечивает насыщение.

Нагрузкой могут быть лампы, двигатель или даже соленоид, D1 предназначен для предотвращения перегрева цепи при выключении.

Оптоизолятор

— Оптрон для переключения 24 В с использованием Arduino

доступный выходной ток с оптопарой ограничен небольшими значениями.

Вы не можете напрямую переключать относительно сильноточную нагрузку с помощью оптопары. Но его можно использовать как предварительный усилитель (или предварительный драйвер) для переключающего транзистора.

Как мне перепроектировать мою схему, чтобы включить оптопару и какую оптопару, которая может быть необходима, учитывая, что я не отправляю данные, а только сигнал включения-выключения, который не требует слишком частого переключения вперед и назад?

Рекомендовать определенные части здесь не по теме.Тем не менее, я рекомендую вам использовать любые оптопары серии 817, поскольку они слишком распространены и их очень легко найти в любой точке мира. Те, которые имеют относительно более высокий CTR (текущий коэффициент передачи), будут лучше, поэтому HCPL817 (любой рейтинг CTR, начиная с B) может быть хорошим вариантом.

CTR для оптопары — это просто отношение тока коллектора к току светодиода. Вы можете думать об этом как о чем-то вроде h _FE BJT.

Что касается использования его для переключения нагрузки, вот схема, которую вы можете использовать:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Я выбрал BC547 в качестве транзистора переключения нагрузки, потому что он имеет относительно высокое значение h _FE ^{(я лично предпочитаю использовать 2N390x для относительно более быстрых приложений переключения)} .Поскольку здесь BJT должен работать в режиме насыщения, достаточно базового тока от одной двадцатой до одной десятой тока нагрузки (это практический совет для малосигнальных BJT) . Итак, для \ $ \ mathrm {I_C = 175mA} \ $ минимальный базовый ток может быть \ $ \ mathrm {I_B = I_C / 15 = 12mA} \ $ вполне достаточно.

\ $ \ mathrm {I_B} \ $ BJT протекает через транзистор оптопары. Предполагая, что на транзисторе оптопары при 12 мА падение напряжения 1 В, резистор ограничителя тока для базы BJT может быть \ $ \ mathrm {R2 = (24 В — 1 В) / 12 мА = 1k9} \ $.Ближайшее стандартное значение — 1k8. R5 должен гарантировать выключенное состояние BJT (то есть предотвратить любую нестабильность базового эмиттера, которая может вызвать случайное включение).

Предполагая, что минимальный CTR оптопары составляет 100%, требуемый минимальный ток светодиода составляет 12 мА. Прямое падение напряжения светодиода оптопары составляет около 1,1 В при 12 мА, поэтому резистор ограничителя тока равен \ $ \ mathrm {R1 = (5 В — 1,1 В) / 12 мА \ приблизительно 3 к3} \ $.

Использование оптопары

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

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

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

Рис. 5.2.1 Простой интерфейс оптопары для HCT

Проектирование интерфейсов оптопары

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

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

Текущий коэффициент передачи

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

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

Расчет номиналов резистора оптопары

Рис. 5.2.2 CTR в зависимости от прямого тока для PC817

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

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

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

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

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

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

Рис. 5.2.3 Оптрон с HCT на HCT

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

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

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

Использование следующего более высокого номинала резистора R1 = 1 кОм

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

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

Следовательно,

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

Рис. 5.2.4a Выход при R2 = 1,2 кОм

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

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

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

Рис.5.2.4b Выход с R2 = 10 кОм

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

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

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

Рис. 5.2.5 Цепь привода двигателя PC817

Цепь привода двигателя PC817

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

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

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

Видео цепи привода двигателя

Начало страницы

Учебные пособия по эксплуатации оптопары

в качестве переключателя с образцом конструкции

Работа оптопары в качестве переключателя аналогична настройке BJT в качестве переключателя. Чтобы BJT работал в качестве переключателя, он должен быть настроен на работу в режиме насыщения и отсечки. Оптопара тоже. Однако в схеме BJT базовый ток должен быть достаточно высоким, чтобы перевести транзистор в состояние насыщения; но в оптопаре это прямой ток.В BJT токи базы и коллектора связаны друг с другом коэффициентом усиления транзистора или просто бета-коэффициентом. В схеме оптопары прямой и коллекторный ток связаны друг с другом с коэффициентом передачи тока или просто CTR.

Для установки оптопары в качестве переключателя; его нужно довести до насыщения. Для насыщения прямой ток должен быть достаточно большим по сравнению с током коллектора. Но возможно ли это? Коллекторный ток всегда зависит от прямого тока и CTR устройства.Возвращаясь к схеме BJT; при насыщении транзистор больше не получает усиления, поэтому зависимость тока коллектора от тока базы больше не действует. То же самое и с оптопарой. При насыщении ток коллектора цепи больше не связывается с прямым током через устройство CTR. Таким образом, при определении тока коллектора при насыщении приведенное выше уравнение больше не действует. Обратите на это внимание.

Функционирование оптопары в качестве переключателя можно проверить или правильно настроить, сравнив CTR схемы и CTR устройства (метод CTR).Схема CTR — это отношение коллектора схемы к прямому току.

CTR устройства — это текущий коэффициент передачи устройства, указанный в техническом описании. При линейной работе CTR схемы всегда следует за CTR устройства. Однако при насыщении требование CTR схемы очень низкое по сравнению с CTR, которое может быть обеспечено устройством; таким образом цепь насыщается. Также как вы просите стакан воды, но кто-то дает вам ее; вы не можете принять все это.

Следовательно, при насыщении CTR схемы должен быть меньше CTR устройства.

Где

Другой способ проверить работу оптопары в качестве переключателя — вычислить напряжение коллектор-эмиттер (метод VCE). При насыщении его уровень всегда равен нулю или равен показателю VCEsat.

Следовательно, напряжение коллектор-эмиттер ниже этого уровня заставляет оптопару работать в режиме насыщения.В этой технике вы все еще можете использовать CTR устройства. Не удивляйтесь, если вы можете получить отрицательный уровень VCE, несмотря на то, что в цепи питания нет отрицательного значения. Это только означает, что устройство работает в режиме насыщения. Затем вычислите фактический ток коллектора без использования значения CTR устройства.

Пример проектирования

Проверьте схему ниже, может ли она работать как переключатель. Vdd и Vcc оба равны 5 В. Рассмотрим 80% CTR устройства и прямое напряжение диода 1 В.

Рисунок 1

Для работы оптопары в качестве переключателя напряжение коллектор-эмиттер должно быть равно нулю или просто равняться максимальному напряжению насыщения, указанному в техническом паспорте. Таким образом, в приведенной выше схеме узел Vout должен быть равен нулю, поскольку не указано значение VCEsat.

Проверка работы оптопары в качестве коммутатора с использованием метода CTR

Решение для прямого тока

КВЛ на петле 1

Рисунок 2

Решетка для коллектора тока

Максимальный ток коллектора

Решите для схемы CTR

Сравнение схемы CTR с устройством CTR

CTRcircuit меньше, чем CTR устройства.Несомненно, оптопара насытится.

Проверка работы оптопары в качестве переключателя с использованием метода VCE

Нет необходимости вычислять прямой ток, это то же самое, что и результат выше.

Решетка для коллектора тока

Решение для напряжения коллектор-эмиттер

Из петли 2

Вычисленное значение VCE равно -14.2В. Почему отсутствие отрицательного в поставке становится отрицательным? Не путайте, отрицательный знак означает, что оптопара находится в состоянии насыщения. Это также указывает на то, что CTR устройства больше не подходит для определения тока коллектора. Истинный ток коллектора зависит только от резистора коллектора.

Связанные

пр.145

пр.145

Elliott Sound Products

пр.145

© Июль 2013 г., Род Эллиотт (ESP)

---

Введение

Это довольно стандартная плата за то, что гитарные усилители будут иметь эффекты и / или разные каналы, которые необходимо переключать — часто в середине песни.Проложить длинные провода от усилителя к педальной плате — это один из способов, но он почти предназначен для того, чтобы улавливать шумы и влиять на верхние частоты. Реле используются в некоторых усилителях, но, хотя это почти идеальные переключатели, они также являются причиной многих проблем в комбо-усилителе. Вибрация динамика часто может вызывать «дребезжание» контактов реле, что вызывает самые неприятные искажения.

Некоторые производители коммерческих усилителей приложили большие усилия, чтобы изолировать реле от шасси, чтобы уменьшить (или, надеюсь, устранить) дребезжание контактов.Некоторые техники работают, некоторые — нет. Если упругие крепления узла реле становятся твердыми из-за постоянного нагрева (основная проблема с ламповыми усилителями), реле начинают дребезжать, и может быть трудно точно определить, что вызывает ужасные искажения. Это произойдет только при нормальном использовании усилителя и часто невозможно воспроизвести на рабочем столе.

Лучшее решение — использовать оптопары LED / LDR, и есть несколько производителей, которые сделали именно это, чтобы обойти проблему реле.В этом проекте описывается самодельная система переключения оптопары, которую можно добавить в любой коммерческий или самодельный гитарный усилитель, и, как и ожидалось, я предлагаю Project 27 как идеальный кандидат. Другое преимущество оптопар заключается в том, что переключение происходит «плавно», а не мгновенно, поэтому вероятность щелчков и хлопков при переключении каналов значительно снижается.

---

Основные схемы переключения

Есть два варианта переключения аудиосигнала с помощью оптопар: последовательный и параллельный.Чтобы получить максимальную пользу, я предлагаю использовать оба, чтобы переключение происходило как можно быстрее и обеспечивало максимальное ослабление нежелательного сигнала. Поскольку оптопары Vactrol ™, такие как VTL5C4, не являются дешевыми и могут быть труднодоступными для многих конструкторов, вы можете сделать свою собственную оптопару, используя светодиоды и LDR в светонепроницаемом корпусе из термоусадочных трубок (см. Ниже).

Производительность готовой или самодельной версии, вероятно, будет очень похожей, поэтому изменения в схемотехнике будут варьироваться от нулевых до минимальных.Я использовал самодельные версии в Project 53 и Project 92, а VTL5C4 указан для Project 137. Естественно, самодельная оптопара может заменить VTL5C4 и наоборот.

Одна небольшая проблема с оптопарами на основе LDR заключается в том, что они отключают s-l-o-w-l-y, что занимает около 1,5 секунд, чтобы снизить уровень примерно на 16 дБ (с 1 В RMS до примерно 150 мВ RMS). Тем не менее, они переключают на менее чем за 3 мс, и за это время сигнал увеличивается с нуля до максимума — скорее, как чрезвычайно быстрый регулятор громкости.Это относительно быстрое (но не мгновенное) изменение громкости гарантирует, что переключение происходит практически бесшумно, без переходных шумов, как в случае с реле.

Рисунок 1. Последовательное и параллельное переключение оптопар

Как и ожидалось, последовательное переключение передает сигнал, когда светодиод включен, а параллельное переключение передает сигнал, когда светодиод выключен. Это дает возможность комбинировать два, чтобы получить достаточно быстрое переключение для циклов включения и выключения.Мы хотим минимизировать «утечку» сигнала при переключении цепей, когда оба сигнала присутствуют одновременно. Во время игры не должно быть слышно никаких утечек.

В проведенных мною тестах использовалась оптопара VTL5C4, и обе версии, указанные выше, были проверены. В каждом случае светодиод был запитан, как показано, давая ток светодиода 3,8 мА. Можно использовать более высокий ток светодиода, но при этом получается очень мало. Во всех измеренных результатах испытаний использовалось входное напряжение 1 В RMS, а измеренные выходные — равное…

Серия	Светодиод	Выход	Параллельный	Светодиод	Выход
	Выкл.	<2 мВ		Выкл.	1 В
	на	986 мВ		на	20 мВ

В обоих случаях, когда светодиод выключен, происходит медленный возврат к нормальному высокому сопротивлению LDR. Эффект более выражен при последовательном включении, чем при параллельном, из-за нагрузочного резистора (R2).Больший нагрузочный резистор заставляет выход быстрее вернуться в нормальное состояние, но также пропускает больше сигнала, когда светодиод не горит, и увеличивает общее сопротивление цепи. Используя два блока LED / LDR, можно получить более быстрый отклик, но за счет сложности схемы (и, конечно, стоимости самих блоков LED / LDR).

В очень многих случаях нас не слишком заботит, будет ли ответ довольно медленным. При условии, что сигнал от усилителя не сильно отличается от уровня, медленное переключение не причиняет особого вреда.Если используются две оптопары, как показано на рисунке 2, отклик почти наверняка будет достаточно быстрым для любого игрока. Два операционных усилителя могут показаться излишними, но гибкость, которую они добавляют, стоит небольших дополнительных затрат. Подключения источника питания (обычно +12 В и GND) не показаны. Входной сигнал (VCTL) обычно колеблется от нуля до +12 В. Опорное напряжение (VREF) может быть получено с помощью пары резисторов 1k между + 1 и GND, а центр отводы обеспечат + 6В. В обходе на самом деле нет необходимости, но не стесняйтесь использовать ограничение 10 мкФ между VREF и GND, если вы думаете, что будете счастливее.

Рисунок 2 — Последовательно-параллельное переключение оптопары

За счет использования двух оптронов, как показано на рисунке, скорость переключения повышается. Когда горит верхний LDR, сигнал проходит через переключатель с небольшим затуханием. Когда нижний LDR активирован, сигнал очень быстро уменьшается. Повторная активация верхнего LDR не включает сигнал снова так быстро, как вы могли бы ожидать, потому что нижний LDR все еще проводит (помните, они отключаются довольно медленно).Время переключения показано ниже. В то время как оба LDR являются проводящими, входное сопротивление переключателя довольно низкое — обычно около 1 кОм. Источник сигнала должен быть с низким импедансом, а также должен обеспечивать для управления низким импедансом без искажений.

Рисунок 3 — Форма сигнала переключения последовательно-параллельной оптопары

Для приведенной выше формы сигнала на две оптопары подается сигнал 10 Гц, который включает и выключает светодиоды. На входе был синусоидальный сигнал 500 Гц с частотой около 1.5В RMS. Время включения и выключения легко увидеть, а сигнал достигает максимума в пределах 1 дБ в пределах 200 мс. В выключенном состоянии сигнал на ~ 20 дБ ниже максимума в пределах 100 мс. Хотя это может показаться слишком медленным, чтобы быть полезным, это не так, на самом деле это звучит правильно в тесте на прослушивание.

Следующий (и обычно наиболее полезный) вариант — использовать оптопары для переключения между двумя входными сигналами. Для гитарного усилителя входными сигналами обычно являются выходы двух предусилителей, которые можно настроить совершенно по-разному.Для этого мы просто реорганизуем две оптопары. В остальном схема без изменений.

Рисунок 4 — Переключение каналов оптопары

Вы заметите, что для переключения каналов используются только две оптопары, и вы, возможно, ожидали большего. Тем не менее, два показанных здесь оптопара работают почти так же, как и на рисунке 2. Единственное отличие состоит в том, что вместо одного входа GND на нем есть сигнал (или, по крайней мере, он подключен к выходу операционного усилителя в предусилителе. схема).Я был настолько не уверен, как это будет звучать, что устроил тест с двумя осцилляторами, каждый из которых выдает разный тон — по одному на каждый переключатель LDR. Я прислушивался к выходным сигналам, когда переключался с одного на другой, переключение идеальное и почти неслышное. Даже две синусоиды на одной и той же частоте дали едва слышимый результат. Тестирование синусоидального сигнала является одним из наиболее показательных и сложных, поскольку мы слышим (и ожидаем продолжения слышать) чистый тон без артефактов.

Схема переключения была показана с использованием двойных операционных усилителей LM358, и вам необходимо использовать указанный тип.Это связано с тем, что LM358 может переключать свой выход на отрицательное напряжение (в пределах нескольких милливольт). Большинство других операционных усилителей не могут этого сделать, и светодиод может иметь очень небольшое прямое смещение, даже когда он должен быть выключен.

Вы также можете использовать логику CMOS, если хотите. Обратите внимание, что выход CMOS не может обеспечивать или потреблять очень большой ток, и даже с источником питания 15 В вы можете получить выходной ток только ~ 3,5 мА. Однако этого достаточно, и один шестигранный инвертор 4069 (или 40106 Шмитта) может управлять тремя отдельными цепями переключения.Альтернативная схема показана ниже.

Рисунок 5 — Переключение каналов оптопары с использованием CMOS

Нет никакой разницы в производительности двух вариантов, потому что LDR намного медленнее, чем любая из схем возбуждения. Обратите внимание на стабилитрон (D1), который предотвращает повреждение входа CMOS любыми скачками паразитного напряжения. КМОП-микросхемы очень чувствительны к статическому разряду, а стабилитрон — дешевая страховка. Вы также можете использовать транзисторный привод или даже микроконтроллер PIC, если хотите.Поскольку PIC работает при 5 В, вам необходимо изменить резисторы привода светодиодов в соответствии с требованиями — около 1 кОм будет нормально (ток светодиода ~ 3,4 мА). Хотя кажущаяся простота схемы управления транзистором привлекательна, на самом деле в ней используется больше деталей, и она не так проста, как может показаться.

---

DIY Оптрон

Поскольку VTL5C4 и ему подобные недешевы, вы можете предпочесть «накатать свои собственные» оптопары. Вам нужно будет приобрести подходящее количество LDR и несколько 5-миллиметровых красных светодиодов.Вы можете использовать другие цвета, но красный кажется наиболее распространенным. Вам также понадобится термоусадочная трубка , черная, , и двухслойный тип (с термоклеем внутри) имеет смысл, потому что он гарантирует, что обжатые концы остаются светонепроницаемыми и надежно связывает светодиод и LDR на месте.

Изначально здесь была показана информация о версии DIY, но теперь она перенесена на отдельную страницу — см. Проект 200.

---

Собираем вместе

Если вам нужно только включение-выключение, например, для отключения гитарного усилителя, когда вы не играете, то аранжировки, показанные на рисунках 1 или 2, подойдут.Скорость обычно не является серьезной проблемой для простой функции отключения звука, и вы можете просто использовать другое значение резистора, ограничивающего ток, для соответствия различным напряжениям питания. Стремитесь к току светодиода не более 5 мА, так как более высокий ток не нужен и бесполезен.

Для переключения каналов вам необходимо использовать схему, показанную на рис. 4 или 5. Выберите тот, который вам удобнее всего, но помните, что если вы используете шестнадцатеричный инвертор CMOS, у вас есть дополнительные буферы, которые вы можете использовать. для большего переключения.Вы можете использовать оптопары для включения и выключения реверберации или для активации схемы тремоло (среди прочего). Используя два 2-канальных переключателя, вы можете включать / отключать внешний контур эффектов.

Я собираюсь показать кое-что довольно простое, но я получаю вопросы от клиентов об использовании двойных гитарных предусилителей. Как и ожидалось, я буду использовать в примере предусилитель P27B. Первое, что нужно решить, это просто распараллелить входы предусилителя, и в целом это самый простой способ сделать это.Однако, если один канал настроен на максимальный «хруст» (перегрузочное искажение), а другой настроен на чистый звук, вы можете ощутить некоторое искажение, проникающее в чистый канал. Исходя из этого, стоит приложить дополнительные усилия, чтобы отключить канал овердрайва, когда он не используется.

Рисунок 8 — Два предусилителя P27B с переключением каналов оптопары

На рисунке выше показана общая идея. Обратите внимание, что проводка регулятора тембра и громкости не показана, как и схема управления оптопарами.Также не показаны средства отключения одного канала, который всегда будет тем, который используется для максимального усиления и / или искажения перегрузки. С предусилителем P27B можно использовать оптрон, соединяющий стеклоочиститель регулятора громкости с землей. Он будет включен, когда канал овердрайва выключен. Обратите внимание, что полное снижение уровня может не обеспечить, если регулятор громкости установлен на максимум (до упора по часовой стрелке). Две оптопары, которые включаются одновременно, — это OP1 и OP3, как показано на схеме.

Обратите внимание, что каждый светодиод должен иметь собственный ограничивающий ток резистор, или светодиоды в OP1 и OP3 могут быть подключены последовательно, как показано. Светодиод «Overdrive», соединенный последовательно со светодиодом OP2, является индикатором на передней панели, поэтому вы знаете, какой канал подключен.

Вам нужно будет заменить входные резисторы на предусилителе P27B, если входы подключены параллельно. Нет причин включать вход с низким коэффициентом усиления для канала, который вы будете использовать для перегрузки, и самый простой способ связать два канала — непосредственно после входного ограничения, и оба канала могут использовать один входной резистор 1M.Это означает, что на только один канал , опустите R3 и соедините платы предусилителя на стыке C1 и R4.

---

Вносимая потеря

Когда любая форма оптопары LED / LDR используется для переключения, как описано, будут некоторые потери, потому что сопротивление включения не равно нулю. Я тестировал 3 Vactrol и 3 «самодельные» версии при одинаковом прямом токе, используя резистор 1 кОм от источника питания 5 В. Среднее сопротивление Vactrols составило 242 Ом, а у самодельных агрегатов — 1.5к (достаточно близко). Для обоих сопротивление в выключенном состоянии было более 100 МОм (предел для моего измерителя). Сопротивление включения определяется током светодиода и эффективностью светодиода и, следовательно, количеством света, падающего на фотоэлемент LDR, а также чувствительностью самого LDR. Данные испытаний приведены в следующей таблице …

Образец No.	Сделай сам	Vactrol
1	1,35 к	220 Ом
2	1.94 кОм	320 Ом
3	1,18 кОм	185 Ом
Среднее значение	1,49 кОм	242 Ом

О сопротивлении оптопар

При среднем последовательном сопротивлении 1,5 кОм и нагрузочном резисторе 10 кОм, как показано, вносимые потери будут около 1,2 дБ, уменьшившись до 0,2 дБ с оригинальным Vactrol. Вносимые потери варьируются от образца к образцу, поскольку обычные светодиоды и LDR не являются точными устройствами.Вносимые потери увеличиваются при уменьшении сопротивления нагрузки. Хотя потери легко измерить, обычно они не слышны, но для восстановления нормального уровня требуется лишь очень небольшая регулировка громкости.

В основном вносимые потери не имеют значения и их легко компенсировать. Однако об этом следует упомянуть, потому что это просто часть реальности LDR, и вам нужно знать, что всегда будет небольшая потеря сигнала. Не о чем беспокоиться, и это легко исправить.

---

Электропитание и управление

Блок питания для схемы управления не должен быть чем-то особенным. Предполагая, что вы используете версию LM358, общий потребляемый ток значительно ниже 20 мА для переключения, показанного на рисунке 8, и простой стабилизатор резистор + стабилитрон — это все, что вам нужно. Идеально подойдут стабилитрон 12В и резистор 1к 1Вт от источника + 35В. Схема, показанная ниже, будет идеальной для этого примера приложения.

Рисунок 9 — Подключение источника питания и педального переключателя

Стоит добавить переключатель на передней (или задней) панели, чтобы усилитель можно было использовать, даже если педальный переключатель отсутствует.Как показано, вставка разъема для педального переключателя отключит переключатель на панели, что обеспечивает наилучшую функциональность при использовании. Никто не хочет ломать голову, пытаясь понять, почему ножной переключатель не работает только из-за того, что на него ударили.

---

Заключение

Хотя я показал только два приложения (включение / выключение и переключение каналов), те же процедуры можно использовать и для любых других функций переключения. Для гитарных и других инструментальных усилителей небольшое количество искажений, добавляемых LDR, никогда не будет проблемой, однако, вероятно, будет считаться чрезмерным для Hi-Fi.Большая часть искажений происходит из-за « утечки » через выключенный LDR, и может пройти до 10 секунд, прежде чем нежелательный сигнал уменьшится до точки, где « искажение » (утечка) упадет до менее 0,05%. с разными сигналами 1 В RMS на каждом входе. Я использовал синусоидальную волну 400 Гц (чтобы я мог измерить искажения), а второй сигнал был от FM-тюнера. Любой сигнал тюнера, просачивающийся в синусоидальный канал, считался искажением.

Существует довольно много коммерческих гитарных усилителей, в которых для переключения используются Vactrols или аналогичные оптроны LED / LDR, так что это испытанный и проверенный метод, который, похоже, не вызвал никаких нареканий.Нет идеальной системы переключения — реле могут вызвать серьезные проблемы, если их контакты вибрируют, но они имеют неограниченный уровень сигнала без искажений. ИС аналогового переключателя CMOS имеют ограниченный уровень сигнала (не более ~ 5 В RMS), но работают очень быстро и могут вызывать щелчки и хлопки в звуке (как и реле). Переключатели LED / LDR довольно медленные, но могут легко обрабатывать уровни сигнала 10 В RMS с приемлемыми уровнями искажений. Они остаются одними из лучших в целом, потому что их переключение происходит медленно на , поэтому работа почти бесшумна.Небольшие вносимые потери редко вызывают проблемы.

---

Список литературы

---

---

Индекс проекта
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2013. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве.Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана и авторские права © Род Эллиотт, июль 2013 г.

Устройства оптопары и приложение

Оптрон (или оптоэлектронный соединитель) — это, по сути, интерфейс между двумя цепями, которые работают (обычно) на разных уровнях напряжения.Ключевым преимуществом оптопары является гальваническая развязка между входной и выходной цепями. В оптопаре единственный контакт между входом и выходом — это луч света. Из-за этого можно иметь сопротивление изоляции между двумя цепями в тысячи МОм. Подобная изоляция полезна в приложениях с высоким напряжением, где потенциалы двух цепей могут отличаться на несколько тысяч вольт.

Чаще всего оптопары (или изоляторы с оптической связью) используются в промышленности в качестве преобразователя сигналов между высоковольтными устройствами Пито (концевые выключатели и т. Д.).) и низковольтные полупроводниковые логические схемы. Оптические изоляторы можно использовать в любой ситуации, когда сигнал должен проходить между двумя цепями, которые изолированы друг от друга. Полная электрическая изоляция между двумя цепями (т. Е. Две цепи не имеют общих проводников) часто необходима для предотвращения передачи шума, генерируемого в одной цепи, в другую цепь. Это особенно необходимо для связи между высоковольтными схемами сбора информации и низковольтными цифровыми логическими схемами.Информационные цепи почти плохо подвержены воздействию источников шума, а логические схемы не могут переносить шумовые сигналы.

Во многих случаях силовые цепи тиристоров и симисторов контролируются чувствительными электронными системами. Например, нет ничего необычного в том, что микропроцессорная система запрограммирована на включение и выключение двигателей, освещения и обогревателей. Чтобы снизить вероятность наведения шума линии питания на управляющую электронику и защитить его в случае отказа тиристора или симистора, крайне желательно обеспечить изоляцию.

Идеальная схема изоляции должна обеспечивать прохождение сигнала только в одном направлении, должна реагировать на уровни постоянного тока и должна обеспечивать чрезвычайно большое сопротивление между входными и выходными цепями. Эти функции доступны в классе оптоэлектронных устройств, называемых оптопарами , или оптоизоляторами .

Метод оптической связи устраняет необходимость в контакте с релейным управлением или изолирующем трансформаторе, которые являются традиционными методами обеспечения гальванической развязки между цепями.Метод оптической связи превосходит многие приложения, поскольку он избавляет от некоторых менее желательных свойств реле и трансформаторов.

Оптопары хорошо работают с высоковольтными сигналами переменного или постоянного тока. По этой причине преобразователи сигналов, использующие оптическую связь, иногда называют универсальными преобразователями сигналов universal .

Оптопара — это устройство, которое содержит инфракрасный светодиод и фотодетектор (например, фотодиод, фототранзистор, пару Дарлингтона, тиристор или симистор), объединенные в одном корпусе.

оптопара

Автопара, объединяющая светодиод и фотодиод в одном корпусе, показана на рисунке. Он имеет светодиод на входной стороне и фотодиод на выходной стороне. Напряжение левого источника и последовательный резистор создают ток через светодиод. Затем файл. свет от светодиода падает на фотодиод, и это создает обратный ток в выходной цепи. Этот обратный ток создает напряжение на выходном резисторе R. Тогда выходное напряжение равно выходному напряжению питания V ₂ минус падение напряжения на нагрузочном резисторе R.При изменении входного напряжения количество света колеблется.

Типы оптопар:

оптопара со щелевым отражателем

1. Оптопара с прорезями — Оптопара с прорезями имеет прорезь, встроенную в корпус между светодиодным источником света и фототранзисторным датчиком света; в слоте находятся прозрачные окна, так что светодиодный свет обычно может беспрепятственно достигать поверхности транзистора, но его можно прервать или заблокировать непрозрачным предметом, помещенным в слот.Таким образом, оптопара с прорезями может использоваться в различных приложениях для обнаружения присутствия, включая обнаружение конца ленты, переключение пределов и определение уровня жидкости.

2. Отражающий оптопара — здесь светодиод и фототранзистор оптически экранированы друг от друга внутри корпуса, и оба обращены наружу (в одном направлении) от корпуса. Конструкция такова, что оптронную связь можно установить с помощью отражающего объекта (например, металлической краски или ленты или даже частиц дыма), размещенного на небольшом расстоянии за пределами корпуса, на одной линии с обоими светодиодами.Таким образом, отражающий соединитель может использоваться в таких приложениях, как обнаружение положения ленты, подсчет оборотов вала двигателя или измерение скорости, обнаружение дыма или тумана и т. Д.

Характеристики оптопары:

характеристики оптопары

Текущий коэффициент передачи (CTR). Одним из важнейших параметров оптопары является эффективность оптопары.Этот параметр увеличивается до максимума за счет близкого спектрального согласования светодиода и фототранзистора (которые обычно работают в инфракрасном диапазоне). Эффективность оптопары оптопары может быть удобно задана коэффициентом передачи тока (CTR) между выходом и входом (CTR), то есть отношением выходного тока I _c (измеренного на выводе коллектора фототранзистора) к току входной ток I _F течет в светодиод.

Изоляционное напряжение между входами и выходами (В _iso ). Это максимальная допустимая разность потенциалов (постоянный ток) между входными и выходными клеммами. Типичные значения находятся в диапазоне от 500 В до 4 кВ.

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер, В _{CE (max)} . Это максимально допустимое постоянное напряжение, которое может быть приложено к выходному транзистору. Типичные значения могут варьироваться от 20 до 80 вольт.

Пропускная способность. Это типичная максимальная частота сигнала (в кГц), которая может быть успешно пропущена через оптрон, когда устройство работает в нормальном режиме.Типичные значения варьируются от 20 до 500 кГц, в зависимости от конструкции устройства.

Время отклика. Разделено на время подъема т _r и время падения т *. Для выходных каскадов фототранзистора значения t _r и tr обычно составляют от 2 до 5 мкс.

Простая развязывающая оптопара использует единственный выходной каскад фототранзистора и обычно размещается в шестиконтактном корпусе с внешним выводом базы фототранзистора.При нормальном использовании база остается разомкнутой, и в таких условиях оптопара имеет минимальное значение CTR 20% и полезную полосу пропускания 300 кГц.

Экранированные оптопары предотвращают нарушение автономного импульсного источника питания

Импульсные источники питания, работающие непосредственно от входных линий электропередачи, обычно должны иметь гальваническую изоляцию своих выходов от входа, чтобы снизить опасность поражения электрическим током для конечного пользователя. Эту функцию изоляции обычно выполняет высокочастотный силовой трансформатор.Поскольку большинство импульсных источников питания управляются на первичной стороне изолирующего трансформатора, но измеряют выходное напряжение на вторичной стороне, должны быть предусмотрены средства для передачи напряжения, измеренного на вторичной стороне, обратно через границу изоляции в схему управления на первичная сторона. Для выполнения этой функции обычно используются оптопары. Они легко доступны и просты в реализации, но они чувствительны к шумам и сбоям, особенно в автономных источниках питания, где могут существовать высокие синфазные потенциалы.

Мы обсудим, как чувствительность оптопары стала проблемой автономного прямого преобразователя, что в конечном итоге сделало конечный продукт непригодным для использования. Мы также рассмотрим, как была решена проблема, с использованием гораздо менее чувствительной экранированной оптопары.

Проблема

Проблема проявилась при тестировании двух каналов передачи данных в лабораторных условиях. Оба канала передачи данных питались трехфазным питанием 115 В переменного тока, 60 Гц.Внутри каждого канала передачи данных находились два изолированных импульсных источника питания топологии прямого преобразователя. Один источник выдавал +3,3 В постоянного тока при 20 А, а другой источник выдавал +5 В постоянного тока при аналогичной силе тока. Каждая линия передачи данных была подключена к одной и той же электросети в лаборатории, на расстоянии более 30 футов ( Рис. 1 ).

Рис. 1. Два идентичных канала передачи данных, подключенные к одной и той же трехфазной линии переменного тока.Работающий агрегат расстраивается всякий раз, когда включается другой агрегат.

Одна из линий передачи данных была впервые включена, тщательно протестирована и признана полностью работоспособной. Однако всякий раз, когда второй канал передачи данных был включен, это приводило к «сбою» ранее работавшего канала передачи данных.

После значительного количества поисков неисправностей проблема была обнаружена в источниках питания. Каким-то образом возмущение, вызванное в линии переменного тока при включении канала передачи данных, приводило к «сбою» источника питания на уже работающем устройстве.Это, в свою очередь, привело к переключению внутренней линии сброса системы, что привело к перезагрузке системы.

Блок питания

Рис. 2. Блок-схема двухтранзисторного прямого преобразователя, используемого в канале передачи данных.

Рис. 2 — блок-схема источника питания +5 В постоянного тока. Блок питания +3,3 В постоянного тока, также в канале передачи данных, функционально идентичен.Передний конец источника питания состоит из трехфазного выпрямителя и фильтра электромагнитных помех, который обеспечивает ± 135 В постоянного тока на двухтранзисторный прямой преобразователь. Высокочастотный изолирующий трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между первичной и вторичной обмотками (т. Е. Между возвратом -135 В постоянного тока и землей на выходе).

Прямой преобразователь управляется на первичной стороне двухтранзисторным прямым контроллером LT3781. Регулировка осуществляется с помощью шунтирующего регулятора TL431, который измеряет выходное напряжение и сравнивает его с его внутренним эталоном.Шунтирующий регулятор вырабатывает ток, пропорциональный разнице между выходным сигналом источника питания и его внутренним опорным сигналом. Этот ток сигнала ошибки используется для управления светодиодной частью оптопары CNY17-3-300. Таким образом, свет, излучаемый светодиодной частью оптопары, пропорционален сигналу ошибки TL431 и используется контроллером LT3781 для модуляции рабочего цикла полевых МОП-транзисторов с переключаемой мощностью. Это, в свою очередь, регулирует выходное напряжение и образует замкнутый контур обратной связи.

Схема монитора напряжения непрерывно контролирует выход +5 В постоянного тока и первоначально удерживает линию сброса системы на низком уровне до тех пор, пока через определенное время после того, как +5 В постоянного тока будет в пределах регулирования, после чего сброс системы перейдет в высокий уровень. Если выход +5 В постоянного тока когда-либо выйдет из строя, система сбросит снова низкий уровень, позволяя каналу данных перезагружаться контролируемым образом.

Первопричина

Рис.3. График, показывающий, соответственно, сброс системы, + 5VDC, + 3VDC и VCM. Сброс системы переходит в низкий уровень в ответ на пропадание напряжения питания +5 В постоянного тока

График осциллографа (, рис. 3, ) показывает, что происходило с источниками питания работающего канала передачи данных, когда второй канал передачи данных был включен.

Кривая №1 (желтая) — это системный сброс, который контролирует уровень напряжения питания +5 В постоянного тока. Вторая кривая сверху, кривая № 3 (пурпурный) — это выход источника питания +5 В постоянного тока.Третья кривая сверху вниз — это кривая № 2 (светло-голубая), выход источника питания + 3,3 В постоянного тока. Нижняя кривая, кривая № 4 (зеленая), представляет собой VCM, как показано на рис. 2. Масштаб для VCM составляет 100 В / деление.

Когда второй канал передачи данных был включен, вы можете видеть, что выход +5 В постоянного тока на работающем канале передачи данных (а также выход +3 В постоянного тока) начинает отключаться. Когда напряжение +5 В постоянного тока выходит из-под контроля, это приводит к тому, что сброс системы (кривая № 1) становится низким и остается низким, чтобы перезагрузить систему.Хотя +5 В постоянного тока и +3 В постоянного тока восстанавливаются мгновенно (в течение 4 мс), сработал сброс системы, и он остается на низком уровне в течение заранее определенного времени, что приводит к нежелательному сбросу системы.

Что могло вызвать отключение выхода +5 В постоянного тока действующего канала передачи данных в ответ на включение второго канала передачи данных (расположенного далеко в лаборатории)? После значительных усилий по устранению неполадок проблема была сужена до синфазного напряжения (VCM), которое существует между обратным током -135 В и землей выхода.Всякий раз, когда второй канал передачи данных был включен, он потреблял большой мгновенный ток из сети, что вызывало переходную разность потенциалов (примерно 250 В (пик-пик) — см. Рис. 3, график № 4) между возвратным током -135 В и землей выхода. . Хотя предполагается, что оптопара обеспечивает изоляцию между этими двумя «землями», это не идеальный компонент. Некоторая часть наведенного синфазного напряжения проходит через оптопару на вход FB (обратная связь) контроллера LT3781, заставляя его на мгновение повышаться и отключая соответствующий источник питания.

Если бы у нас была идеальная оптопара, у нас не было бы проблем. Не будет связи между землей, вызванной переходной разностью синфазных напряжений. Такого устройства, конечно же, не существует. Однако экранированная оптопара ближе к идеалу, чем неэкранированная оптопара, и в конечном итоге стала ключом к решению этой проблемы.

Далее мы рассмотрим паразитные механизмы связи в оптопарах, а также изучим различия между неэкранированными и экранированными оптопарами, чтобы понять, как экранированный оптопара обеспечивает более высокую степень изоляции синфазного сигнала и является лучшим выбором для автономных приложений.

Оптопара

Степень, в которой оптопара остается незатронутой синфазным переходным процессом, известна как синфазный режим

.

преходящий иммунитет (CMTI). Это можно указать несколькими способами, но наиболее распространенная спецификация CMTI — в кВ / мкс. Это мера того, сколько переходных процессов синфазного режима устройство может выдержать без аномальных переходных процессов напряжения или чрезмерного шума на выходе.

Рис.4. Неэкранированная оптопара, показывающая важные паразитные емкости.

Типичный оптрон показан на рис. 4 , [1], [2]. Он состоит из светодиода и фототранзистора. Когда диод приводится в действие источником тока, он излучает свет. Этот свет падает на базу фототранзистора, который заставляет транзистор проводить пропорционально интенсивности падающего света. Это, в свою очередь, пропорционально току диода.В корпусе диод и фототранзистор физически разделены. Однако связь действительно происходит через нежелательные паразитные емкости, которые неизбежно приводят к конструкции оптопары из-за близости рамок входных и выходных выводов диода и транзистора.

Например, сигнал помех в режиме моно может проходить через CCM и включать транзистор, когда он должен быть выключен. Отрицательный переходный процесс может проходить через CCM и выключать транзистор, когда он должен быть включен.Как правило, оптопара не проходит проверку на отклонение синфазного сигнала, если при наличии переходного процесса синфазного сигнала его выходное «высокое» напряжение падает ниже 2,0 В или выходное «низкое» напряжение превышает 0,8 В.

Принципиальным механизмом связи синфазного шума является паразитная емкость связи синфазного сигнала CCM. Этот конденсатор позволяет переходным процессам проходить от диода к базе транзистора. Положительный ком

Основные уравнения:

и

Где:

IB = Базовый ток транзисторной секции оптопары

VBE = напряжение база-эмиттер транзисторной секции оптопары

VCM = внешнее синфазное напряжение, приложенное между секциями светоизлучающего диода (катода) и транзистора (эмиттера) оптопары

.

CBE = собственная емкость база-эмиттер транзисторной секции оптопары

CCM = паразитная емкость, которая образуется между секциями светоизлучающего диода (катода) и транзистора (базы) оптопары

.

Ключом к улучшению подавления синфазного сигнала в оптроне является уменьшение значения емкости связи синфазного сигнала CCM.Проще всего это сделать, вставив между диодом и фототранзистором прозрачный электропроводящий экран. Экран обычно соединен с землей и отводит ток на землю, который иначе связан с базой фототранзистора ( Рис. 5, ). Экранирование может снизить эффективное значение CCM примерно в 10 раз [2].

Рис. 5. Экранированная оптопара, показывающая, как экран отводит синфазный ток на землю.

Проводящее прозрачное покрытие обычно представляет собой оксид индия-олова, In2O3: SnO2, также известный как оксид индия, легированный оловом. Он состоит из смеси оксида индия (III) (In2O3), 90 мас.%, И оксида олова (IV) (SnO2), 10 мас.% [3]. Этот желто-зеленый порошок прозрачен и бесцветен при нанесении тонкими слоями (обычно от 1000 до 3000 ангстрем) и находит широкое применение в ЖК-дисплеях и плазменных дисплеях, сенсорных панелях, антистатических покрытиях, защите от электромагнитных помех и даже в окнах самолетов.В оптопаре он служит для улучшения подавления синфазного сигнала за счет небольшого снижения коэффициента передачи тока (CTR).

Устойчивость к синфазным переходным процессам (CMTI) неэкранированных оптопар не описывается в технических паспортах компонентов. Для экранированных оптопар в технических паспортах указывается CMTI, обычно указываемая в кВ / мкс. Тестирование для характеристики CMTI обычно выполняется с использованием схемы (рис. 6) .

Рис.6. Испытательная схема, используемая для определения устойчивости к синфазным переходным процессам (CMTI) оптопары.

Схема состоит из генератора импульсов, который может подавать синфазный импульс через оптопару, от фотодиода к транзистору, и средства управления током, протекающим через фотодиод. Переключатель A / B на схеме позволяет тестировать оптрон как во включенном, так и в выключенном состоянии. Синфазный импульсный стимул применяется в каждом состоянии, соответственно, и на выходе наблюдается нарушение.

Стимул-ответ

Однако часто бывает трудно понять, что означают эти числа CMTI с точки зрения разработчика схем. Так что поучительно сравнить CMTI экранированных и неэкранированных оптопар, наблюдая, как их соответствующие транзисторные выходы реагируют на стимул на стороне фотодиода. Были оценены пять различных оптопар, три неэкранированных и два экранированных, как представлено в Таблица I .В качестве стимула использовался размах импульса 10 В, приложенный к оптрону, с A / B

.

Переключатель Рис. 6 в положении A. Это положение переключателя выключает фотодиод, и выходной сигнал транзистора, Vo, номинально равен +5 В. Отклонение выходного сигнала в ответ на входной импульс наблюдалось при Vo, с осциллограф, связанный по переменному току. Очень похожие результаты получаются, когда переключатель A / B находится в положении B. В этом случае фотодиод смещен на определенном уровне тока, а выход транзистора Vo номинально находится на земле.

Однако часто бывает трудно понять, что означают эти числа CMTI с точки зрения разработчика схем. Так что поучительно сравнить CMTI экранированных и неэкранированных оптопар, наблюдая, как их соответствующие транзисторные выходы реагируют на стимул на стороне фотодиода. Были оценены пять различных оптопар, три неэкранированных и два экранированных, как представлено в Таблица I . В качестве стимула использовался размах импульса 10 В, приложенный к оптрону, с A / B

.

Рис.7. Отклик неэкранированной оптопары 4N35.

Рис. 8. Отклик неэкранированной оптопары CNY17-3-300.

Рис. 9. Отклик неэкранированной оптопары MOC206.

Рис. 10. Отклик экранированной оптопары 6N136 с CMTI 1 кВ / мкс.

Рис. 11. Отклик экранированной оптопары FODM453 с CMTI 10 кВ / мкс.

Рис.С 7 по 11 — осциллографы для каждой из оптронов, перечисленных в таблице 1 . Верхняя кривая представляет собой размах входного импульса 10 В, а нижняя кривая — это отклик, связанный по переменному току при Vo. Выходное отклонение экранированных устройств намного меньше, чем у неэкранированных, что указывает на то, что экранированные устройства имеют более высокий CMTI.

Обратите внимание, что неэкранированные оптопары различаются по своей способности подавлять переходные процессы в синфазном режиме, о чем свидетельствуют различные уровни выходного отклика в таблице 1.Хотя их CMTI не указан в их технических паспортах, отклонение выходной характеристики, показанное в таблице 1, дает хорошее представление об их устойчивости к синфазным помехам.

Экранированные устройства с указанными уровнями CMTI также различаются для разных устройств. В этом случае CMTI между экранированными оптопарами 6N136 и FODM453 отличается в 10 раз. Однако отклонение выходной характеристики обоих экранированных оптопар намного лучше, чем отклик неэкранированных устройств. Фактически, отклонение выходного импульса наилучшей экранированной оптопары, FODM453, как показано в таблице 1, лучше, чем наихудшая оптопара в Table 1 , 4N35, более чем в четыре раза.

Решение

Вооружившись этой информацией о CMTI экранированных оптопар, оптопара CNY17-3-300 в цепях прямого преобразователя +5 В постоянного тока и +3,3 В постоянного тока ( рис. 2 ) была заменена экранированной оптопарой FODM453. Высокий CMTI устройства не позволял синфазным переходным процессам проходить через оптопару и мгновенно отключать питание, как это было в случае с неэкранированной оптопарой.Следовательно, сброс системы не сработал, и несколько каналов передачи данных могли без проблем использовать одну и ту же входную линию питания. Сценарий включения с использованием нескольких каналов передачи данных был протестирован сотни раз без единой ошибки.

Сравните осциллограмму рис. 12, с осциллограммой на рис. 3. На рис. 12 все напряжения остаются постоянными при наличии синфазного переходного процесса, а системный сброс остается на высоком логическом уровне.

Рис.12. График, показывающий, соответственно, сброс системы, + 5VDC, + 3VDC и V _CM . Экранированный соединитель FODM453 предотвращает сбой в работе источников питания, и при сбросе системы остается высокий логический уровень.

Синфазный шум может нарушить работу чувствительной схемы управления в источнике питания, вызывая неустойчивую работу. Оптопара является особенно чувствительным компонентом, отчасти из-за того, что она критически важна для контура управления. Экранированная оптопара с высокой устойчивостью к синфазным переходным процессам может обеспечить значительно большую защиту от синфазных помех по сравнению с неэкранированной оптопарой.

Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить команду Linear Technology Inc.