Ток которым коммутирует оптрон

Ток которым коммутирует оптрон

Определение и области использования

Оптопара – это оптико-электронный прибор, содержащий в своем составе оптически связанные источник и приемники оптического излучения (рисунок OC.1). Источником является светодиод, приемником – фотодиод иди фототранзистор. Чаще всего оптопары, используют для передачи сигнала между гальванически развязанными цепями.

Итак, функции оптопар:

— передача аналогового сигнала обратной связи при обеспечении гальванической развязки;

— передача цифрового сигнала при обеспечении гальванической развязки.

Кроме этого некоторые экзотические типы оптопар могут использоваться в качестве нетрансформатрного гальванически развязанного источника питания малой мощности или для непосредственного, но медленного управления затвором MOSFET (например оптопары с фотоэлектрическим выходом TLP590B).

Оптопары в зависимости от области применения делятся на несколько типов:

— с высоким быстродействием;

— оптопары с изолирующим усилителем (операционный усилитель);

— оптопары с мощным выходным усилителем, используемые в качестве драйверов силовых ключей.

В одном корпусе может содержаться одна или несколько оптопар.

Рисунок OC.1 — Условное обозначение оптопары, содержащей светодиод и фототранзистор

Оптопары, содержащие в качестве приемника фоторезистор в настоящее время практически не используются. Наиболее распространены оптопары в качестве приемника в которых используется фототранзистор. Оптопары на основе фотодиода используются существенно реже по причине малого коэффициента передачи по току и соответственно необходимости усиления выходного сигнала.

Основные параметры оптопар

1. Максимальное напряжение изоляции (Isolation test voltage) V_ISO – максимальное напряжение между светодиодом и фотоприемником расположенными внутри корпуса оптопары.

2. Максимальное обратное напряжение на входе оптопары (Reverse voltage (input) ) V_R — максимальное обратное напряжение прикладываемое к светодиоду оптопары.

3. Максимальный средний входной ток оптопары (Forward current) I_F – максимальная величина среднего тока через входной диод оптопары.

4. Максимальный импульсный входной ток оптопары (Surge current) I_FSM — максимальная величина импульсного тока через входной диод оптопары. При этом обычно указывается максимальная длительность импульса.

5. Максимальная рассеиваемая светодиодом мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая светодиодом оптопары.

6. Максимальное напряжение на коллекторном переходе оптопары (Collector emitter breakdown voltage) BV_CEO – максимальное напряжение между коллектором и эмиттером оптопары. В оптопарах с интегрированным выходным усилителем – это максимальное напряжение питания оптопары.

7. Максимальное обратное напряжение эмиттер-база выходного транзистора оптопары (Emitter base breakdown voltage) V_CEO — максимальное обратное напряжение перехода эмиттер-база выходного транзистора оптопары. Этот параметр применим только к оптопарам с выведенным выводом базы фототранзистора.

8. Максимальный средний ток коллектора (Collector current) I_C — максимальная величина среднего тока коллектора выходного транзистора оптопары.

9. Максимальная рассеиваемая фототранзистором мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая фототранзистором оптопары.

10. Расстояние утечки (Creepage distance) – расстояние между проводниками печатной платы при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

11. Безопасное расстояние (Clearance distance) — расстояние между оптопарой и другими элементами устройства при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

12. Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары (Isolation thickness between emitter and detector) — Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары.

13. Сопротивление изоляции (Isolation resistance) R_IO – сопротивление изоляции между излучателем и фотоприемником оптопары при заданной температуре.

14. Входная емкость (Input capacitance) C_O – входная емкость светодиода оптопары.

15. Максимальное напряжение на переходе коллектор-база (Collector base breakdown voltage) BV_CBO – максимальное напряжение между коллектором и базой оптопары.

16. Темновой ток между коллектором и эмиттером оптопары (Collector emitter dark current) I_CEO — ток между коллектором и эмиттером оптопары при условии нулевого тока светодиода.

17. Темновой ток между коллектором и базой оптопары (Collector base dark current) I_CBO — ток между коллектором и базой оптопары при условии нулевого тока светодиода.

19. Выходная емкость коллектор-эмиттер (Collector emitter capacitance) C_CE – емкость между коллектором и эмиттером оптопары.

20. Напряжение насыщения перехода коллектор-эмиттер (Saturation voltage, collector emitter) V_CE(sat) – минимальное значение напряжения коллектор-эмиттер фототранзистора в открытом состоянии

21. Проходная емкость оптопары (Capacitance input-output) C_IO – емкость между входом и выходом оптопары.

22. Коэффициент передачи по постоянному току (DC current transfer ratio) CTR_DC – отношение входного тока оптопары (тока через светодиод) к выходному току (току фототранзистора). Это один из наиболее важных параметров оптопары, часто используемый в практических расчетах. Оптопары одной серии классифицируются по этому параметру.

23. Время спада и нарастания сигнала (Rise and fall times) t_r, t_f – динамические характеристики оптопары, определяющие её быстродействие.

Типовые схемы включения оптопар

«Коллекторное» и «эмиттерное» включение оптопар

Типовые схемы включения оптопар представлены на рисунках OC.2- OC.3. Нагрузочный резистор оптопары может быть подключен как к коллектору так и к эмиттеру. При подключении к коллектору выходной сигнал оптопары инвертируется, при подключении к эмиттеру — нет. С использованием данных схем можно передавать как цифровой, так и аналоговый сигнал. Быстродействие определяется прежде всего типом используемых оптопар и величинами резисторов в обвязке. С уменьшением их сопротивления скорость переключения возрастает за счет уменьшения постоянной времени образованной паразитными емкостями светодиода и фототранзистора и резисторами внешней цепи.

Рисунок OC.2 — Типовые схемы включения оптопар

Увеличение выходного тока оптопар

Максимальный выходной ток оптопары ограничен «даташитными» значениями. С целью его увеличения используют транзисторные усилители (рисунок OC.3) [Фоточувствительные приборы и их применение. Кайдалов С.А. Радио и связь. Серия МРБ. 1991. 112 с.].

Рисунок OC.3 — Способы увеличения выходного тока транзисторной оптопары

Логическое «И» на оптопарах

С помощью нескольких оптопар можно реализовать схему логического «И» или аналогового сумматора (рисунок OC.4). Эта схема может найти применение при построении цепей обратной связи источников питания, когда необходимо обеспечить обратную связь (причем аналоговую) по нескольким параметрам одновременно – например, по току и по напряжению.

Рисунок OC.4 — Логическое И на оптопарах

Некоторые особенности оптопар

Внутренний экран оптопары

Кроме оптической связи входные и выходные цепи оптопары имеют емкостную связь. Вследствие этого при большой скорости роста напряжения между светодиодной и фототранзисторной частями оптопары возможно ложное приоткрывание фототранзистора вследствие наведенного емкостного тока. Для борьбы с этим эффектом в структуру оптопары вводят экран (рисунок OC.5) предотвращающий появление ёмкостного тока.

5.14. Оптопары

Оптопарой называют оптоэлектронный полупроводниковый прибор, содержащий источник и приемник оптического излучения, которые оптически и конструктивно связаны между собой, и предназначенный для выполнения различных функциональных преобразований электрических и оптических сигналов.

Источниками излучения могут быть лампы накаливания, газоразрядные лампы, полупроводниковые излучатели, светодиоды. В интегральных оптоэлектронных схемах источником оптического излучения является инжекционный светодиод, обеспечивающий высокое быстродействие оптопар. Фотоприемниками могут быть: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Сочетание в одном конструктивном элементе светодиода с одним из этих фотоприемников позволило создать ряд оптопар с различными характеристиками: резисторных, диодных, транзисторных, тиристорных (рис. 5.19). Связывающим звеном между источником излучения и фотоприемником служит пассивная или активная оптическая среда, выполняющая функции световода.

Рис.8.18. Виды оптопар: резисторная (а), диодная (б), транзисторная (в), тиристорная(г),

Принцип действия оптопары основан на двойном преобразовании энергии. В источниках излучения энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемниках оптический сигнал преобразуется в электрический сигнал (ток или напряжение). Оптопара представляет собой прибор с электрическими входными и выходными сигналами.

Световод обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепей (сопротивление изоляции может достигать 10 12 …10 14 Ом, а емкость связи 10 -2 пФ) и однонаправленность передачи сигналов от источника излучения к фотоприёмнику, что характерно для оптических линий связи.

Достоинствами оптопар является:

отсутствие электрической связи между входом и выходом, а также обратной связи между фотоприёмником и источником излучения.

широкая полоса пропускания электрических колебаний, что позволяет передавать сигналы в диапазоне частот от 0 до 10 14 Гц.

высокая помехозащищённость оптического канала, что обусловлено невосприимчивостью фотонов к воздействию внешних электромагнитных полей.

простота совмещения оптопар с микросхемами в различных устройствах телекоммуникации.

Оптопары используются в качестве:

а) элемента электрической развязки в цифровых и импульсных устройств, а так же аналоговых устройств.

б) бесконтактного управления высоковольтными источниками питания в различных системах автоматики.

в) ключа для формирования и коммутации мощных импульсов, а так же для связи датчиков с измерительными устройствами и блоками.

Резисторные оптопары наиболее универсальны. Они могут использоваться в аналоговых и ключевых устройствах, имеют широкий диапазон изменения сопротивления (десятки–сотни МОм в неосвещенном и сотни Ом в освещенном состояниях), низкий частотный диапазон. В резисторной оптопаре в качестве излучателя применяются светодиоды, работающие в широком оптическом диапазоне. Для получения энергетических параметров необходимо согласовать излучатель и приемник по спектральным характеристикам.

Резисторные оптопары описываются следующими параметрами входной и выходной цепей:

Максимальный входной ток I_{вх. макс} — это максимальное значение среднего входного или постоянного тока.

Входное напряжение U_вх — это прикладываемое ко входным зажимам излучателя постоянное или эффективное напряжение при рабочем входном токе.

Выходной коммутирующий ток I_{вых. ком} — это номинальный выходной ток управляемый нагрузкой.

Максимальный выходной ток — это значение тока при котором резисторный оптрон работает длительное время.

Максимальное выходное коммутируемое напряжение — это максимальное значение напряжения на выходе оптопары.

Максимальная мощность рассеяния на выходе оптопары при которой обеспечивается длительная работоспособность устройства.

Выходное темновое и выходное световое сопротивления.

Проходная емкость С_пр — между входом и выходом оптопары.

Сопротивление изоляции R_из — это сопротивление между входом и выходом оптопары.

Максимальное напряжение изоляции — это максимальное напряжение при котором сохраняется прочность и надежность изделия, прикладываемого между входом и выходом оптотары.

Примерами резисторных оптопар могут быть: ОЭП-16, ОЭП-1, ОЭП-2, ОЭП-9.

Диодные оптопары используются в качестве ключа и могут коммутировать ток с частотой 10 6 …10 7 Гц. Темновое сопротивление достигает 10 8 …10 10 Ом, а при освещении снижается до сотен Ом. Сопротивление между входной и выходной цепями 10 13 …10 15 Ом. В качестве излучателя в диодных оптопарах используется светодиод, работающий в инфракрасной области излучения, и в качестве фотоприемника — кремневый фотодиод. Светодиод имеет максимум спектральной характеристики на длине волны около 1мкм.

Диодные оптопары описываются следующими параметрами входной и выходной цепями:

U_вх — входное напряжение определяется при заданном входном токе, протекающем через светодиод;

I_{вх. макс} — это максимальное значение постоянного тока или импульсного тока, при котором обеспечивается долговременная надежная работа оптопары;

U_{вх. обр. макс} — это максимальное входное обратное напряжение прикладываемое ко входу оптопары, при котором обеспечивается долговременная надежная работа оптопары;

I_т — выходной (тепловой) ток фотодиода при отсутствии входного (фотопотока);

I_{вых. обр} — выходной обратный ток при заданном напряжении на выходе и отсутствие входного тока.

U_{вых. макс. обр} — максимальное обратное напряжение выходной цепи, при котором фотодиод работает надежно и долговременно;

t_нр — время нарастания выходного сигнала, при котором амплитуда выходного напряжения изменяется от 0,1 до 0,5 U_{вых. макс};

t_сп — время спада выходного сигнала. За этот промежуток времени выходное напряжение уменьшается от 0,9 до 0,5 своего максимального значения.

Примерами диодных оптопар являются АОД101А. АОД101Д, АОД107, ЗОД107А и др.

Транзисторные оптопары имеют большую чувствительность, чем диодные. Быстродействие не превышает 10 5 Гц. В транзисторной оптопаре используется светодиод с длиной волны излучения около 1 мк м, а в качестве фотоприемника — кремниевый фототранзистор n-p-n-типа.

Если отсутствует оптическое излучение, то в цепи коллектора фототранзистора всегда протекает небольшой обратный ток (темновой ток), величина которого сильно зависит от температуры. Для снижения величины темнового тока включается внешний резистор между выводами базы и эмиттера величиной порядка 0,1. 1,0 М Ом.

Транзисторная оптопара описывается параметрами входной и выходной цепей. Учитывая что в диодных и транзисторных оптопарах используются практически одинаковые светодиоды, то входные параметры транзисторных оптопар такие же как и у диодных оптопар.

Транзисторный оптрон описывается следующими параметрами выходной цепи:

U_ост — остаточное выходное напряжение на выходе оптопары, когда фототранзистор открыт;

I_ут.вых — ток протекающий в выходной цепи при закрытом фототранзисторе (ток утечки);

P_{ср. макс} — средняя максимальная мощность рассеяния при которой оптопара сохраняет долговременную надежную работу;

I_{вых. макс} — максимальный выходной ток фототранзистора при надежной его работе;

t_нр — время нарастания выходного сигнала, при котором выходное напряжение изменяется от 0,9 до 0,1 своего максимального значения.

t_сп — время спада выходного напряжения, при котором выходное напряжение увеличивается от 0,1 до 0,9 максимального значения.

t_вкл — время включения — это время с момента подачи входного сигнала до момента, когда входной сигнал достигает 0,1 U_{вх. макс.} или это время стада — t_сп выходного напряжения до уровня 0,1 U_{вых. макс.}

t_выкл — время выключения — это время за которое входной сигнал уменьшается до 0,9 U_{вх.макс.} или это t_нр — время нарастания выходного напряжения до 0,9 U_{вых.макс}.

Максимальное напряжение изоляции U_из — напряжение, которое может быть приложено между входом и выходом и при котором сохраняется электрическая прочность оптопары.

Примерами транзисторных оптопар являются: АОТ123А, ЗОТ123Б, АОТ110(А,Б,В), ЗОТ123А, АОТ123Т и др.

Тиристорные оптопары применяются в ключевых режимах, для формирования и коммутации мощных импульсов. Излучателем в тиристорной оптопаре служит светодиод, а приемником — кремневый фототиристор. Фототиристор сохраняет включенное состояние даже при прекращении излучения светодиода. Всвязи с этим управляющий световой сигнал от светодиода может подаваться только на время необходимое для отпирания тиристора. Все это позволяет снизить энергию, необходимую для управления фототиристорной оптопарой. Для запирания фототиристора необходимо снять внешнее напряжение. Все это отличает тиристорную оптопару от транзисторной. Тиристорная оптопара описывается следующими параметрами:

Ток включения I_вкл (входной ток срабатывания I_{вх, сраб}) — постоянный прямой ток оптопары, который переводит оптопару в открытое состояние при заданном режиме на входе;

Импульсный ток включения I_{вкл. им} — амплитуда входного импульса тока заданной длительности, которая включает оптопары в открытое состояние;

U_вх — входное напряжение на входе светодиода при заданном входном токе включения;

I_вх — входной постоянный ток светодиода;

I_{вх. им} — входной импульсный ток оптопары;

I_{вых. закр} — выходной ток в закрытом состоянии, который протекает в выходной цепи при закрытом состоянии фототиристора и заданном режиме;

I_{вых. обр} — выходной обратный ток протекающий при закрытом состоянии фототиристора;

U_ост — выходное напряжение на открытом фототиристоре;

I_{вых. уд} — ток удержания — наименьший ток фототиристора в открытом состоянии;

U_{вых.мин} — минимальное постоянное выходное напряжение на фототиристоре при котором обеспечивается включение оптопары при заданном сигнале на входе;

U_{вых.обр} — максимальное выходное напряжение при котором обеспечивается заданная надежность;

t_вкл — время включения — это интервал времени между входным импульсом тока на уровне 0,5 и выходным током на уровне 0,9 максимального значения;

t_выкл — время выключения — это промежуток времени от момента окончания выходного тока до момента начала следующего выходного тока, под действием которого фототиристор не переключается в открытое состояние.

C_вых — выходная емкость на выходе тиристорной оптопары в закрытом состоянии.

Оптрон (оптопара) PC817: datasheet, характеристики и схема включения

Популярность оптрона на транзисторе pc817 — очень велика. Он входит почти в любой импульсный элемент питания с гальваникой и с обратной связью.

Устройство обладает вполне удобным корпусом. Расстояние между выводами составляет 2,54 мм, ряды находятся на расстоянии друг от друга 7,62 мм.

Основным изготовителем PC817 является фирма Sharp, остальные фабрики электроники производят pc817 аналоги. Кстати, делая ремонт различной электроники, люди часто натыкаются в первую очередь на заменители, например, SFH618 от Сименс или TLP521-1 от Тошиба. Есть также двойной и тройной варианты оригинала: PC827 и PC837.

Но выгоднее применять не многоканальный заменитель, а определенное число PC817.

Схема подключения PC817

Она является обычной, как и для всех транзисторных оптронов. Входной ток должен быть ограничен. Для этого можно использовать резистор. Выходной ток также не должен превышаться.

Pc817 схему включения 372 можно увидеть на рисунке:

Pc817 характеристики на русском

Параметры светового диода PC817:

• Прямонаправленный ток — 50 мА.
• Максимальный ток прямого направления — 1 А. , направленное в обратную сторону — 6 В.
• Рассеянная мощность — 70 МВт.

Параметры фототранзистора PC817

Параметры у него такие:

• Напряжение между коллектором и эмиттером составляет 35 В.
• Эмиттера-коллектора — 6 В.
• Коллекторный ток — 50 мА.
• Рассеянная коллекторная мощность — 150 мВт.

Нужно не забывать об еще одном важном параметре. Он называется коэффициентом передачи тока, CTR. Единицей его измерения являются %. В обозначении оптрона в pc817 datasheet он соответствует букве, идущей за главным кодом, как и в остальных оптронах pc817 и полупроводниках.

Тестер оптронов

Форумы радиолюбителей часто содержат такое мнение, что, раз элемент стоит недорого, то зачем нужна pc817 проверка. Достаточно его просто вовремя менять.

На самом деле все не совсем так. Нужно понимать, сгорел оптрон или нет, чтобы сделать вывод, повредилось ли что-нибудь еще. Бывает так, что и новые оптопары горят, так как у них есть заводской брак.

Как проверить pc817? Для этого проводят прозвон светового диода с помощью тестера. Сначала выясните, есть ли короткое замыкание в транзисторе. После — пропустите ток через световой диод и убедитесь в открытии транзистора.

Создать простой прибор для тестирования оптронов можно в домашних условиях. Для этого вам понадобятся:

1. Светодиоды — 2 штуки.
2. Кнопки — 2 штуки
3. Резисторы — 2 штуки.

Световые диоды должны соответствовать силе тока от 5 до 20 мА и напряжению примерно 2 В. При этом на двух резисторах должно быть сопротивление в районе 300 В.

Источником питания тестера является Usb-порт с напряжением 5 В. Но можно использовать и 3-4 батарейки 2А. Подойдут и батарейки 9-12 В, или источник питания с таким же напряжением. Только здесь придется сделать пересчет сопротивлений двух резисторов.

Теперь рассмотрим, как работает оптопара, основываясь на разных экспериментах.

Исследования работы оптрона

Для проведения эксперимента нам понадобится несколько приборов:

1. Осциллограф.
2. Генератор.
3. Мультиметр (2 штуки).
4. Макетная плата.

К входу оптрона нужно подать сигнал определенного вида. При выходе его необходимо изучать указанными приборами.

Суть первого испытания состоит в том , что нужно подать линейно увеличиваемое напряжение. Его источником является блок питания с шагом 0,1 В. Замер производится с помощью цифровых мультиметров около входа и выхода.

После — такая же процедура проводится с участием осциллографа и генератора. Там формируется сигнал, амплитуда которого равна 5 В.

Что представляет собой оптопара

Перед нами одноканальное устройство, его оптический канал — закрыт. Он состоит из светового диода и фотографического транзистора, которые находятся в корпусе smd. Они, как правило, находятся в большей части импульс-блоков питания в обособленной цепи, где применяется обратная связь. Гальваническая развязка в таких схемах pc817 должна быть идеальной.

Где используется оптопара

Устройство применяется наряду с бюджетными контроллерами наподобие Arduino, Raspberry Pi. С его помощью передают контрольные сигналы (включение и выключение) в системах со слабым токам, по аналогии с электронным реле.

Цоколевка

С распиновкой РС817 все более или менее понятно. Устройство помещается в 4-контактный корпус DIP. Для него применяется и поверхностный, и дырочный монтаж.

В одном из контактов есть вдавленная точка, указывающая на анод светового диода изнутри. Нумерация ножек осуществляется по часовой стрелки. Вторым по счету идет катод. Выводы номер 3 и 4 являются эмиттером и коллектором.

Современные варианты прибора были с хорошим результатом протестированы в соответствии с международными стандартами. Они безопасны в эксплуатации и трудно воспламеняемы, как указано в pc817 даташит.

Как самостоятельно сделать простые устройства на оптроне

Вы можете встретить оптопару pc817 в телефонной зарядке или компьютерном блоке питания, поэтому добыть ее — совсем не трудно. На ее основе собирается простая светодиодная мигалка, имеющая стробоскопический эффект.

Нужно иметь при себе:

1. Деталь для питания с напряжением 4,2 В.
2. Световой диод с любым окрасом.
3. Резисторы с сопротивлениями 5,6 и 1 кОм, соответственно.
4. Оптрон на транзисторе pc817.
5. Конденсатор с емкостью 220 мкФ и напряжением 10 В.

Первым делом нужно рассмотреть саму оптопару. В нее входят 2 детали, которые соединяет оптическая связь. Иными словами, при подаче напряжения на световой диод, происходит открытие внутреннего транзистора.

Используя этот простейший радиоэлемент, создается элементарный генератор с повторяющимися импульсами. Схему не надо настраивать и устанавливать туда полностью исправные элементы. Сборку делают путем навесного монтажа, не используя плату.

1. Зажмите оптрон зажимом и припаяйте 2 резистора.
2. Затем сделайте припайку светового диода. Имейте в виду, он включается полярно.
3. После этого — запаяйте конденсатор.
4. Следующий этап — создание соединительных дорожек из луженых проводов.
5. Припаяйте контакты детали для питания.
6. Если мигалка начала выполнять свою функцию (то есть мигать), значит, она исправна.
7. Емкость конденсатора нужна непосредственно для регулировки частоты мигания.
8. При проблемах с запуском проверьте, соблюдается ли полярность всех деталей. Исключение составляют резисторы.

Применить эту простейшую схему можно в разных областях.

Все мы знаем, что в большинстве промышленных приборов очень важно вовремя обнаружить напряжение сети изолированно. С помощью изоляции здесь нужно предотвратить протекание тока (постоянного или переменного) от 1-й половины конструкции к другой, а также, обеспечить передачу сигнала и мощности.

Благодаря изоляции можно развязать разницу потенциалов, добиться устойчивости устройства к помехам и защитить его от сильных перепадов напряжений. Как правило, чтобы обнаружить напряжение, нужны оптроны с постоянным или переменным током. Их нужно установить на пути, где проходит сигнал.

Ни в коем случае не допускается прикосновение к плате, когда прибор уже включен. Это приводит к ударам током.

Как соорудить детектор сети с переменным током

В оптроне PC817B есть инфракрасный световой диод, который связан оптикой с фотографическим транзистором. Тот, в свою очередь, помещен в дип-корпус с 4 контактами. Стандартное изоляционное напряжение при входе-выходе равно 5 кВ, у коллектора-эмиттера — до 80 В, CTR может составить до 600% при токе входа 5мА.

В схеме не обязателен трансформатор с переменным током. Для снижения напряжения используется последовательный конденсатор, который подключается напрямую к сети с напряжением 220 В. Для выпрямления напряжения переменного тока применяется диод, а итоговое напряжение при постоянном токе — корректируется конденсатором.

Стабилитрон является предварительным стабилизатором, чтобы полностью защитить цепь. При обрыве на конденсаторе, например, при случайном перегорании резистора, напряжение конденсатора не превышает 5 В. Поэтому конденсатор фильтра не может взорваться.

Итоговый вход провоцирует появление низкого выходного сигнала во время подходящего сопряжения с внешней конструкцией, где есть подтягивающий резистор. Если же питание отключается, появляется высокоуровневый выходной сигнал.

Можно создать и улучшенный вариант такого сетевого детектора, который будет подстроен под цифровую технику. Понятно, что самым элементарным и безопасным способом определить электричество в сети, используя микроконтроллер. Здесь не обойтись без оптрона. Для безопасного подключения pc817 такого высокого напряжения (220 в) к оптопаре, нужно ограничение тока. Из-за его величины должна быть учтена номинальная резисторная мощность.

Для плавного стабильного выхода неизменного тока, к примеру, если речь идет о микроконтроллере GPIO, нужна небольшая доработка схемы. Здесь не имеет большого значения емкость конденсатора. Она может находиться в пределах от 2 до 10 мкФ.

Применение 2-направленной оптопары

Есть еще 1 актуальный вариант — применение 2-направленной оптопары. По-другому она называется оптроном переменного тока. Она включает пару внутренних световых диодов. Они направлены противоположно. Одна из таких моделей — H11AA1.

Благодаря конструкции задуманного детектора-универсала мониторить сигнал, идущий под высоким напряжением, становится проще. Она помогает обеспечить формирование цифрового сигнала выхода с гальваникой. В схеме отсутствуют дорогостоящие элементы. Ее можно собрать в течение часа.

В проект входят 2 важных фрагмента. Один из них производит обработку входа высокого напряжения, второй — изолирует низковольтную секцию от высоковольтной. А для усиления защиты цепи — не обойтись без предохранителя и металло оксидного варистора.

В основе вариатора — находится металлооксид. Он является резистором, который зависит от напряжения. Он своеобразен и защищает схемы от превышенного напряжения. Благодаря ему и снижаются колебания этого показателя.

При обычных условиях варистор обладает большим сопротивлением, но при повышении подключенного напряжения, по сравнению с ограничением вариатора, оно сразу уменьшается. Варистор без труда подключается между фазой и нулем, но лишь вслед за предохранителем. Тогда, если произойдет короткое замыкание варистора, за счет предохранителя произойдет отключение устройства от сети.

Возможно использование подтягивающего резистора для микроконтроллеров, где внутри отсутствует данный элемент. Мало того, при помощи двухконтактной перемычки включается или выключается корректирующий конденсатор, если это необходимо.

Итоговый несглаженный сигнал выхода — не идеально ровный, но его колебания — не больше 500 мВ. Вход в этой оптопаре подключается к напряжению сети, которое обрабатывается схемой делителя емкостей потенциала. Наибольшее возможное коммутационное напряжение оптрона равно 30 В, а транзистор, который подключается к выходу оптрона, способен выдержать силу тока до 10 мА.

Один из примеров использования датчика — когда он является цепью сброса в момент включения в сеть. Второй вариант — это аварийная система подачи тока, сигнализация на микроконтроллере или схема идентификатора сбоя/возобновления питания.

Заключение

Оптрон также может использоваться нестандартно, не только в качестве генератора периодичных сигналов, но и как реле триггера RS с возможностью фиксации состояния. Эта деталь не является редкой или дорогой, каждый ходовой импульсный блок питания включает ее. Она отлично справляется со своей задачей — создавать обратную связь, и эффективно функционирует в комплекте с другим распространенным радиоэлементом — TL431.

Оптопара: виды и различные применения в цепях постоянного / переменного тока

Оптопара — это электронный компонент, который передает электрические сигналы между двумя изолированными цепями. Оптопара также называется оптоизолятором, фотоэлементом или оптическим изолятором.

Часто в цепях, особенно в цепях с низким напряжением или очень чувствительных к шуму цепях, оптопара используется для изоляции цепей, чтобы предотвратить вероятность электрического столкновения или исключить нежелательные шумы. На нынешнем коммерческом рынке мы можем купить оптопару с выдерживаемым напряжением от 10 кВ до 20 кВ, с характеристиками переходных напряжений 25 кВ / мкС.

Внутренняя структура оптопары

Это внутренняя структура оптрона. На левой стороне открыты контакты 1 и 2, это светодиод (Light Emitting Diode), светодиод излучает инфракрасный свет на светочувствительный транзистор.на правой стороне. Фототранзистор переключает выходную схему своим коллектором и эмиттером, как и типичные транзисторы BJT. Яркость светодиода напрямую регулирует фототранзистор. Поскольку светодиод может управляться другой схемой, а фототранзистор может управлять другой схемой, то двумя независимыми схемами можно управлять с помощью оптопары. Кроме того, между фототранзистором и инфракрасным светодиодом пространство выполнено из прозрачного непроводящего материала; он электрически изолирует две разные цепи. Полое пространство между светодиодом и фототранзистором может быть выполнено из стекла, воздуха или прозрачного пластика, электрическая изоляция намного выше, обычно 10 кВ или выше.

Типы оптопар

На рынке доступно множество различных типов оптопар в зависимости от их потребностей и коммутационных возможностей. В зависимости от использования в основном доступны четыре типа оптопар.

1. Оптопара, использующая фототранзистор.
2. Оптрон, использующий фото транзистор Дарлингтона.
3. Оптрон, использующий Photo TRIAC.
4. Оптрон, использующий Photo SCR.

Фототранзисторная оптопара

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на фототранзисторе. Тип транзистора может быть любым, будь то PNP или NPN.

Фототранзистор может быть двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. На втором изображении слева есть дополнительный вывод, который внутренне связан с базой транзистора. Этот вывод 6 используется для управления чувствительностью фототранзистора. Часто вывод используется для соединения с землей или минусом с помощью резистора высокого номинала. В этой конфигурации можно эффективно контролировать ложное срабатывание из-за шума или электрических переходных процессов.

Кроме того, прежде чем использовать оптопару на основе фототранзистора, пользователь должен знать максимальный номинал транзистора. PC816, PC817, LTV817, K847PH — несколько широко используемых оптопар на основе фототранзисторов. Фото — Оптрон на основе транзистора используется в изоляции цепей постоянного тока.

Фото-транзисторный оптрон Дарлингтона

На верхнем изображении представлены два типа символа, показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-Darlington.

Транзистор Дарлингтона — это пара из двух транзисторов, в которой один транзистор управляет базой другого транзистора. В этой конфигурации транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления. Как обычно, светодиод излучает инфракрасный светодиод и управляет базой парного транзистора.

Этот тип оптопары также используется для изоляции в цепях постоянного тока. Шестой контакт, который внутренне подключен к базе транзистора, используется для управления чувствительностью транзистора, как обсуждалось ранее в описании фототранзистора. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 — несколько примеров оптопары на основе фотодарлингтона.

Оптопара Photo-TRIAC

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе симистора.

TRIAC в основном используется там, где требуется управление или переключение на основе переменного тока. Светодиод может управляться с помощью постоянного тока, а TRIAC используется для управления переменным током. Оптопара и в этом случае обеспечивает отличную изоляцию. Вот одно приложение симистора. Примеры оптопары на основе фото-TRIAC: IL420 , 4N35 и т. Д. Являются примерами оптопары на основе TRIAC.

Оптопара на основе фото-SCR

SCR — это выпрямитель с кремниевым управлением, SCR также называется тиристором. На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-SCR. Как и другие оптопары, светодиод излучает инфракрасное излучение. SCR регулируется яркостью светодиода. Оптопара на основе Photo-SCR используется в схемах, связанных с переменным током. Узнайте больше о тиристоре здесь.

Несколько примеров оптопар на основе фото-SCR: — MOC3071, IL400, MOC3072 и т. Д.

Применение оптопары

Как обсуждалось ранее, несколько оптопар используются в цепи постоянного тока и несколько оптопар используются в операциях, связанных с переменным током. Поскольку оптопара не допускает прямого электрического соединения между двумя сторонами, основное применение оптопары — изолировать две цепи.

От переключения другого приложения, как и в случае использования транзистора для переключения приложения, можно использовать оптопару. Его можно использовать в различных операциях, связанных с микроконтроллером, где требуются цифровые импульсы или аналоговая информация от схемы высокого напряжения, оптопара может использоваться для превосходной изоляции между этими двумя.

Оптопара может использоваться для обнаружения переменного тока, операций, связанных с управлением постоянным током. Давайте посмотрим несколько применений оптранзисторов.

Оптопара для переключения цепи постоянного тока:

В верхней схеме используется схема оптопары на основе фототранзистора. Он будет действовать как типичный транзисторный переключатель. В схеме использован недорогой оптрон на фототранзисторе PC817. Инфракрасный светодиод будет управляться с помощью переключателя S1. Когда переключатель будет включен, аккумуляторный источник 9 В будет подавать ток на светодиод через токоограничивающий резистор 10 кОм. Интенсивность регулируется резистором R1. Если мы изменим значение и уменьшим сопротивление, интенсивность светодиода будет высокой, что сделает усиление транзистора большим.

С другой стороны, транзистор представляет собой фототранзистор, управляемый внутренним инфракрасным светодиодом, когда светодиод излучает инфракрасный свет, фототранзистор будет контактировать, и VOUT будет равен 0, отключая нагрузку, подключенную к нему. Следует помнить, что по паспорту коллекторный ток транзистора составляет 50 мА. R2 обеспечивает VOUT 5v. R2 — это подтягивающий резистор.

Вы можете увидеть включение светодиода с помощью оптрона в видео ниже…

В этой конфигурации оптопара на основе фототранзистора может использоваться с микроконтроллером для обнаружения импульсов или прерывания.

Оптопара для определения напряжения переменного тока:

Здесь показана другая схема для определения переменного напряжения. Инфракрасный светодиод управляется двумя резисторами 100 кОм. Два резистора 100 кОм, используемые вместо одного резистора 200 кОм, предназначены для дополнительной безопасности в случае короткого замыкания. Светодиод подключается через линию розетки (L) и нейтраль (N). При нажатии кнопки S1 светодиод начинает излучать инфракрасный свет. Фототранзистор реагирует и преобразует VOUT с 5 В в 0 В.

В этой конфигурации оптопара может быть подключена к цепи низкого напряжения, такой как блок микроконтроллера, где требуется определение напряжения переменного тока. На выходе будет прямоугольный импульс от высокого к низкому.

На данный момент первая схема используется для управления или переключения цепи постоянного тока, а вторая — для обнаружения цепи переменного тока и управления или переключения цепи постоянного тока. Далее мы увидим управление цепью переменного тока с помощью цепи постоянного тока.

Оптопара для управления цепью переменного тока с использованием постоянного напряжения:

В верхней цепи светодиод снова управляется батареей 9 В через резистор 10 кОм и состоянием переключателя. С другой стороны, используется оптопара на основе фото-TRIAC, который управляет ЛАМПОЙ переменного тока от розетки переменного тока 220 В. Резистор 68R используется для управления TRIAC BT136, который управляется фото-TRIAC внутри блока оптопары.

Этот тип конфигурации используется для управления электроприборами с использованием схем низкого напряжения. В верхней схеме используется IL420, который представляет собой оптопару на основе фото-TRIAC.

Помимо этого типа схемы, в SMPS можно использовать оптрон для отправки информации о коротком замыкании или перегрузке по току вторичной стороны на первичную сторону.

Если вы хотите увидеть ИС оптопары в действии, проверьте следующие схемы: