Разгоняем оптрон до сотни / Хабр
Если поискать в интернете схемы подключения оптронов, то можно обнаружить, что в подавляющем большинстве случаев предлагается просто добавить резистор. Это самая простая схема, она же и самая медленная. Когда скорость реакции не устраивает, предлагается ставить более быстрый оптрон, но, во-первых, быстрые оптроны – это дорого, и во-вторых, почему бы не разогнать быстрый оптрон до ещё большей скорости?
Итак, в чём основная проблема передачи сигнала через оптопару? Обычно в оптопаре на выходе стоит биполярный транзистор, а все биполярные транзисторы страдают такой проблемой как ёмкость переходов. Основную проблему создаёт ёмкость между коллектором и базой, во время переходных процессов именно она мешает транзистору быстро открываться и закрываться. Это явление называется эффект Миллера. Ещё во времена ламповых приёмников придумали, как с ним бороться. Основная идея в том, чтобы напряжение между базой и коллектором не менялось, в таком случае не придётся тратить время на перезарядку паразитной ёмкости.
Для примера давайте сравним, как ведёт себя оптрон при обычном включении и при включении с постоянным напряжением. В первом случае ёмкость заряжается так медленно, что выходной сигнал болтается где-то возле середины.
А теперь модельное включение, которое должно показать предельно достижимое время реакции.
Такой сигнал (красный график) выглядит намного приятнее, фронты уменьшились до 0.1 мкс. В исходном они были где-то 2-3 мкс, то есть ускорение примерно в 20-30 раз. Теперь возникает вопрос, как этим воспользоваться на практике, снять сигнал с оптрона, не меняя напряжения. И первый способ – это каскодное включение (зелёный график).
Уже неплохо, со 100 кБит/с разогнались до 1 Мбит/с, но всё ещё не идеально. Если добавить ещё один резистор, то можно построить дифференциальный усилитель.
Немного Титце и Шенка, и пожалуйста, графики практически совпали, 3 мкс превратились в 100 нс.
Ура, всё работает, расходимся? Нет, нужно больше золота, так что переходим ко второй части.
Сейчас мы боролись с выходной ёмкостью, но есть ещё входная ёмкость, и для неё так же существуют стандартные схемотехнические методы. Почему бы, например, не включить на вход конденсатор, чтобы он быстрее заряжал ёмкость светодиода.
Как видите, для нарастающего фронта это оказалось серебряной пулей. Теперь надо разогнать спадающий фронт, и здесь возникает проблема. У нас ведь однополярное питание, а для разряда светодиода нужно отрицательное напряжение. Поэтому следующим шагом будет схема со сдвигом уровня (не знаю, есть ли тут общепринятое название). Ставим на выходе компаратор, который сравнивает ток через оптрон. Его можно собрать из пары токовых зеркал, подобный входной каскад повсеместно ставится в ОУ и компараторах.
Пары транзисторов продаются в одном корпусе, так что должно получиться довольно компактно. Вторая серебряная пуля готова, однако можно заметить, что спадающий фронт немного отстаёт. И наконец мы пришли к золоту: вместо самодельного компаратора ставим промышленный.
Вот они, фронты 10 нс.
Можно поднять входную частоту до 100 МГц и посмотреть, что там в итоге получилось.
В принципе неплохо, можно в продакшен, правда здесь возникает другая проблема – такие компараторы дорогие.
P.S.: в последней схеме с трудом подобрал номиналы, так что не надейтесь, что она у вас заработает на заявленной частоте.
Схемы моделировались в LTspice.
Оптопара PC917: Характеристики и схема включения
Технические характеристики оптопары PC817 позволяют использовать его в программных контроллерах, измерительных приборах, телекоммуникационном оборудовании, различной бытовой технике, например в тепловентиляторах. Они часто используются для передачи сигнала между цепями с разными потенциалами и импедансами. Данное устройство состоит из инфракрасных излучающих диодов, оптически связанных с фототранзисторным детектором
Цоколевка
Распиновка PC817 выполнена в 4-контактном DIP-корпусе. Точкой на корпусе отмечен первый вывод, который является анодом светодиода.
Отсчёт ножек ведётся против часовой стрелки. Второй вывод это – катод, третий вывод это эмиттер, а четвёртый – коллектор принимающего транзистора.
Технические характеристики
Рассмотрим основные предельно допустимые характеристики PC917, которые приводят производители. Они были измерены при стандартной температуре окружающего воздуха +25ОС. Приведённые ниже значения не могут быть превышены при эксплуатации прибора.
- Максимальный входной прямой ток 50 мА;
- Предельный пиковый прямой входной ток 1 А;
- Максимально возможное обратное напряжение 6 В;
- Предельно допустимая мощность на входе 70 мВт;
- Наибольшее возможное напряжение между коллектором и эмиттером 35 В;
- Максимальное напряжение между эмиттером и коллектором 6 В;
- Предельно допустимый ток коллектора 50 мА;
- Наибольшая возможная мощность, рассеиваемая на коллекторе 150 мВт;
- Максимальная общая рассеиваемая мощность 200 мВт;
Кроме максимальных следует также рассмотреть и электрические характеристики.
Они, так же как и предыдущие, проверялись при температуре +25
Аналоги
Аналогами оптопары PC917 с идентичными параметрами можно рассмотреть: SFH618, TLP521-1, PC2501-1, LTV817, KP1010. При необходимости можно заменить на такие изделия PC827, PC837 и PC847. Это те же устройства, что и рассматриваемая, но выпускающиеся по две, три или четыре оптопары в одном корпусе.
Схемы включения
Стандартная схема включения PC817, взятая из технической документации приведена на рисунке ниже.
Теперь рассмотрим схему развязки аналогового сигнала. В ней развязка осуществляется с помощью оптоэлекиронной пары О1. Через оптопару О2 осуществляется обратная связь.
Схема развязки блоков часто применяется в электронике. В ней сигнал с выхода первого блока через оптрон U1 подается на вход второго блока.
Часто PC817 используется в схемах управления выходными механизмами.
На рисунке можно усидеть схему полупроводникового разомкнутого реле. Здесь транзистор оптопары получает кправляющий сигнал и открывает транзисторы VT1 и VT2, что приводит к замыканию контактов реле и включению нагрузки.
Проверить PC817 можно при помощи тестера. Для этого сначала позваниваем светодиод (ножки 1 и 2). После этого проверяем транзистор на пробой (ножки 3 и 4). Для окончательной проверки нужно подать на ножки 1 и 2 напряжение и проверить, что транзистор открылся. Если проверять оптроны приходится регулярно то проще спаять схему для проверки приборов.
В ней используются светодиоды, рассчитанные на ток от 5 до 20 мА, и напряжение 2 В. Резисторы R1 и R2 имеют номинал 300 Ом.
Питание осуществляется от USB порта на 5 В. Можно использовать 3 или 4 батарейки на 1,5 В.
Производители
За рубежом выпуск PC817 освоили следующие фирмы: Sharp Electrionic Components, Guangdong Kexin Industrial, Hotchip Technology. На отечественном рынке, чаще всего, можно купить продукцию компании Sharp Electrionic Components.
Скачать на него datasheet можно кликнув по ссылке с названием компании.
Его типы и различные применения в цепях постоянного/переменного тока
Оптопара представляет собой электронный компонент, который передает электрические сигналы между двумя изолированными цепями. Оптопара, также называемая оптоизолятором, фотоэлементом или оптическим изолятором.
Часто в цепях, особенно низковольтных или сильно чувствительных к шуму, оптопары используются для изоляции цепей, чтобы предотвратить вероятность электрических коллизий или исключить нежелательные шумы. На нынешнем коммерческом рынке мы можем купить оптопару с От 10 кВ до 20 кВ Выдерживаемое напряжение от входа до выхода со спецификацией Переходные процессы напряжения 25 кВ / uS.
Внутренняя структура оптопары
Это внутренняя структура оптопары. На левой стороне открыты контакты 1 и 2, это светодиод (светоизлучающий диод), светодиод излучает инфракрасный свет на светочувствительный транзистор с правой стороны.
Фототранзистор переключает выходную схему коллектором и эмиттером, как и типичные биполярные транзисторы. Интенсивность светодиода напрямую контролирует фототранзистор. Поскольку светодиод может управляться другой схемой, а фототранзистор может управлять другой схемой, оптопара может управлять двумя независимыми цепями. Кроме того, пространство между фототранзистором и инфракрасным светодиодом выполнено из прозрачного и 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
В продаже имеется множество различных типов оптопар в зависимости от их потребностей и коммутационных возможностей. В зависимости от использования в основном доступны четыре типа оптронов.
- Оптопара, в которой используется фототранзистор .
- Оптопара, в которой используется фототранзистор Дарлингтона .
- Оптопара, использующая Фото TRIAC .
- Оптопара, в которой используется Фото SCR .
Фототранзисторная оптронная пара
На верхнем рисунке показана внутренняя конструкция фототранзисторной оптронной пары. Тип транзистора может быть любым, будь то PNP или NPN .
Фототранзистор может быть еще двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. На втором изображении слева есть дополнительный вывод, который внутренне соединен с базой транзистора. это контакт 6 используется для управления чувствительностью фототранзистора . Часто контакт используется для соединения с землей или минусом с помощью резистора с высоким сопротивлением. В этой конфигурации можно эффективно контролировать ложные срабатывания из-за шума или электрических переходных процессов.
Кроме того, перед использованием оптопары на основе фототранзистора пользователь должен знать максимальный номинал транзистора. PC816, PC817, LTV817, K847PH – несколько широко используемых оптронов на основе фототранзисторов. Фото – Используется оптопара на основе транзистора в изоляции цепи постоянного тока .
Транзисторный оптрон Photo-Darlington
На верхнем изображении есть два типа символов, внутренняя конструкция Photo-Darlington на основе оптопары.
Транзистор Дарлингтона представляет собой пару транзисторов, где один транзистор управляет базой другого транзистора. В этой конфигурации транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления. Как обычно, светодиод излучает инфракрасный свет и управляет базой пары транзисторов.
Этот тип оптопары также используется в области, связанной с цепями постоянного тока, для изоляции.
6-й контакт, который внутренне соединен с базой транзистора, используется для управления чувствительностью транзистора, как обсуждалось ранее в описании фототранзистора. 4N32, 4N33, h31B1, h31B2, h31B3 – это несколько примеров оптопары на основе фото-Дарлингтона.
Оптрон Photo-TRIAC
На верхнем изображении внутренняя конструкция или Показана оптопара на базе TRIAC .
TRIAC в основном используется там, где требуется управление или переключение на основе переменного тока. Светодиодом можно управлять с помощью постоянного тока, а симистор используется для управления переменным током. Оптопара обеспечивает отличную изоляцию и в этом случае. Вот одно приложение Triac. Примерами оптронов на основе TRIAC являются IL420 , 4N35 и т. д. Примеры оптронов на основе TRIAC.
Оптрон на основе фоторезистора
SCR означает Кремниевый выпрямитель , SCR также упоминается как Тиристор .
На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-SCR. Как и другие оптопары, светодиод излучает инфракрасное излучение. SCR управляется интенсивностью светодиода. Оптопара на основе фототиристорного тиристора, используемая в схемах, связанных с переменным током. Узнайте больше о Тиристор здесь.
Несколько примеров оптопар на основе фототиристоров: MOC3071, IL400, MOC3072 и т. д.
Применение оптопары
Как обсуждалось ранее несколько оптопары используются в цепи постоянного тока и несколько оптопары используются в операциях, связанных с переменным током . Поскольку оптопара не позволяет осуществлять прямое электрическое соединение между двумя сторонами, основное применение оптрона состоит в том, чтобы изолировать две цепи .
При переключении другого приложения, например, когда для переключения приложения можно использовать транзистор, 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 и операций, связанных с управлением постоянным током. Давайте посмотрим несколько приложений оптотранзисторов.
Оптопара для коммутации цепи постоянного тока:
В верхней схеме используется схема на основе фототранзистора . Он будет действовать как обычный транзисторный переключатель. В схеме используется недорогая оптопара на основе фототранзистора PC817 . Инфракрасный светодиод будет управляться переключателем S1 9.0004 . Когда переключатель будет включен, источник питания 9 В подаст ток на светодиод через токоограничивающий резистор 10 кОм. Интенсивность регулируется резистором R1.
Если мы изменим значение и уменьшим сопротивление, яркость светодиода будет высокой, что приведет к высокому коэффициенту усиления транзистора.
С другой стороны, транзистор представляет собой фототранзистор, управляемый внутренним инфракрасным светодиодом . Когда светодиод излучает инфракрасный свет, фототранзистор контактирует, и VOUT становится равным 0, что отключает нагрузку, подключенную к нему. . Нужно помнить, что по даташиту ток коллектора транзистора 50мА. R2 обеспечивает VOUT 5v. R2 — подтягивающий резистор.
Вы можете увидеть переключение светодиода с помощью оптопары 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 еще одна схема для определения напряжения переменного тока .
Инфракрасный светодиод управляется с помощью двух резисторов 100k. Два резистора по 100 кОм, используемые вместо одного резистора по 200 кОм, предназначены для дополнительной безопасности при условиях, связанных с коротким замыканием. Светодиод подключается через линию настенной розетки (L) и нейтральную линию (N). При нажатии S1 светодиод начинает излучать инфракрасный свет. Фототранзистор отвечает и преобразует напряжение VOUT из 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 формироваться прямоугольный импульс от высокого к низкому.
На данный момент первая цепь 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 схеме Светодиод снова управляется батареей 9В через резистор 10к и состоянием переключателя.
Этот тип конфигурации используется для управления электроприборами, использующими схемы низкого напряжения . На верхней схеме используется IL420, представляющий собой оптопару на основе фототриака.
Помимо схемы этого типа, в импульсных источниках питания можно использовать оптопару для отправки информации о состоянии короткого замыкания или перегрузки по току на вторичной стороне на первичную сторону.
Если вы хотите увидеть ИС оптопары в реальном действии , проверьте следующие схемы:
- Введение в октопару и взаимодействие с ATmega8
- Предоплаченный счетчик энергии с использованием GSM и Arduino
- Цепь симисторного диммера с ИК-пультом дистанционного управления
- Аварийное освещение Raspberry Pi с датчиком темноты и отключения питания переменного тока
- Домашняя автоматизация с дистанционным ИК-управлением с использованием микроконтроллера PIC
оптоизолятор — превышение входного напряжения включения_ оптрона
спросил
Изменено 7 лет, 3 месяца назад
Просмотрено 419 раз
\$\начало группы\$
У меня есть плата микроконтроллера со следующим интерфейсом оптопары
, которая, очевидно, предназначена для ввода до 5В.
На основании таблицы данных, которую я нашел, Vf = 1,5 В и If = 15 мА (при этом рекомендуемый диапазон составляет от 0,3 мА до 10 мА). На 10 странице написано что
Включить входное напряжение (не превышать Vcc более чем на 500 мВ): Макс.: Vcc + 0,5 В
Мой вопрос: если я заменю R17 резистором с более высоким сопротивлением (например, 2,4 кОм), мне все равно не разрешат подключить 24 В к OCVCC? С более высоким резистором я могу ограничить ток через оптопару, но не превысит ли он макс. включить входное напряжение? Или такой большой резистор вызовет падение напряжения?
Кстати, я любитель делать микроконтроллер просто для удовольствия. Если задам глупый вопрос, заранее извиняюсь!
Заранее спасибо!
- оптоизолятор
- максимальные рейтинги
\$\конечная группа\$
2
На первой странице таблицы вы можете увидеть следующую диаграмму.
Контакт включения не имеет ничего общего со светодиодом. Вы можете иметь любое напряжение на разъемах, если вы не превышаете максимальный ток светодиода.
При 24 В и резисторе 2,4 кОм у вас будет If = (24-1,5)/2400 = 90,375 мА. Я бы не стал устанавливать его таким высоким в течение длительных периодов времени, но он находится в пределах допустимого.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Не меняйте резистор, добавьте новый последовательно, потому что параллельный сгорит. Резистор 10к называется продувочным резистором, его можно было поставить и параллельно диоду, но так решили, ОК. Грубый расчет дает вам прямой ток (резистор 10 кОм исключен из расчета), как вы сказали, Vf составляет 1,5 В (я вам поверю, но у большинства опто есть 1,2 В), поэтому при подключении 5 В ток равен I = (5V-1,5). В) / 390 Ом = 8,9 мА. Если вам нужен точный ток при 24 В, то R = (24-1,5) / 8,9 мА = всего 2,5 кОм, теперь вычитая существующий 390, получается 2,1 кОм (опять же 10 кОм опущены).
