Как работает оптрон: Оптопара: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

Оптопара: описание, подключение, схема, характеристики

Содержание
  • Принцип работы
  • Разновидности
  • Примеры
  • Вывод
  • FAQ

Принцип работы

Как нетрудно догадаться из названия, устройство состоит из пары элементов, как-то связанных с оптикой. Так и есть, первый — излучатель света, второй — приемник. В качестве излучателя может быть использован любой источник из видимого или невидимого спектра: светодиод, лазер, восковая свеча, да хоть лампочка Ильича. В качестве приемника: фототранзистор, фотодиод, реже камера. Оптопара может быть выполнена в качестве цельного, готового к применению устройства, содержащего в одном корпусе оба элемента, в таком случае оно еще известно под общим названием “оптрон”. Реже оптопара может представлять собой два отдельных устройства, которые взаимодействуют между собой на расстоянии без физического контакта. Несмотря на разницу в исполнениях, принцип работы у них одинаков — излучатель передает сигнал, приемник принимает. Для чего это нужно и как это использовать на практике, рассмотрим далее.

Разновидности

Назначений такому дуэту можно придумать массу, и эта масса разделяется, по принципу работы, на три вида. В первом случае Приемник фиксирует сам факт наличия сигнала на излучателе. Светит ему что-то или нет?

Данная схема используется, например, для передачи какой-либо информации между двумя независимыми и гальванически не связанными электрическими схемами. При этом оптопара так и называется: гальваническая развязка. В качестве сигнала может быть, например, источник напряжения 12В или 220В, а принимающая сторона работает на логике 3,3В, чтобы не сжечь первым второе, используем оптопару. Дешево, надежно и безопасно.

Во втором случае излучатель светит всегда, но мы контролируем наличие или отсутствие препятствий между источником и приемником.

Такого рода устройства применяются в качестве более точной и долговечной альтернативы концевым переключателям. Хороший пример — 3D принтеры. В более дорогих моделях в качестве датчиков крайних положений печатающего узла и столика используются именно оптопары. Остальные им завидуют и стремятся побыстрее проапгрейдить свои капризные механические концевики.

Третий тип консольный. Излучатель не светит непосредственно на приемник, но приемник все равно в состоянии уловить этот свет, если тот удачно отразится от какой-либо поверхности.

Применяется для определения наличия поверхности в принципе или ее отдельных свойств, например цвета. Подобного типа датчики широко используются для создания всем надоевших машин, ездящих вдоль черной линии, что уже является неким “Hello World!” в мире начинающих любителей робототехники.


Примеры

Оптроны конструктивно подразделяются на те же три вида, в зависимости от описанных выше принципов: закрытый, щелевой и открытый.

Закрытый оптрон полностью соответствует своему названию и представляет собой “черный ящик” со входом и выходом.

Устройство его очень простое, на входе светодиод, на выходе фототранзистор. Подаем напряжение на вход (не забывая про токоограничивающий резистор!), на выходе получаем либо открытый либо закрытый транзистор, что легко перевести в логический ноль или единицу.

В упрощенном виде схема подключения закрытого оптрона можно изобразить так:

В данном примере, пока кнопка разомкнута, на выходе будет считываться уверенная единица, но замыкая кнопку, транзистор закрывается и, как следствие, на выходе образуется не менее уверенный в себе ноль.

Показательным примером использования закрытого оптрона является управление реле. Каким бы ни было напряжение на силовой части, на сигнальную сторону никаких вредных воздействий не будет, даже если само реле сгорит от перегрузки или короткого замыкания.

В продаже имеются многокатальные оптроны, то есть имеющие несколько независимых входов и выходов, иногда это удобно для экономии места, а также (при некоторой сноровке и наличии дополнительных нехитрых электронных компонентов) позволяет конструировать логические схемы, избавляя контроллер от некоторых операций или вовсе обходясь без него. Кроме того, существуют оптроны симметричные, когда одновременно открывается несколько транзисторов, или асимметричные, когда одни открываются, а другие закрываются при одном и том же сигнале. Хватило бы фантазии как использовать все эти комбинации.

Более совершенным подвидом закрытых оптронов являются их цифровые братья. Они сразу предоставляют готовый сигнал на выходе, толерантны к большим диапазонам напряжений, уже имеют на борту элементы бинарной логики и намного быстрее реагируют. Время срабатывания исчисляется наносекундам, в отличие от микросекунд у традиционных вариантов. Иногда это преимущество очень существенно, особенно если речь идет скоростной передачи данных.

Щелевой оптрон может иметь любой размер и форму — от банального куба до самой непредсказуемой, в зависимости от технических нужд и фантазии изготовителя, но на нем обязательно должна присутствовать так называемая “оптическая щель”, разделяющая источник и приемник. Именно через нее проходит луч света, который может быть перекрыт объектом из внешнего мира.

Как уже упоминалось выше, подобные оптроны заменяют концевые переключатели, а также используются в оптических энкодерах, частным случаем которых является морально устаревшая шариковая мышь.

Частным случаем щелевого оптрона является оптопара из двух отдельных устройств. По сути, отличие лишь в отсутствии единого корпуса и наличии огромной “щели”, размер которой ограничивается мощностью излучателя и прозрачностью рабочей среды. В качестве излучателя для такого рода устройств чаще всего используется лазер, потому что его луч способен сохранять форму, размер и яркость на гораздо больших расстояниях, чем любые другие источники света. Применяется для контролирования перемещений больших объектов на производстве и в охранных системах. Часто сетки из таких оптронов можно видеть в квестах и голливудских фильмах, потому что они очень эффектно выглядят, правда только в дымке.

Ради любви к истине следует отметить, что движущиеся охранные лучи работают, вероятно, по другому принципу, так как перемещать приемники вслед за лучами технически очень сложно. Но киноделы этим не заморачиваются и, судя по всему, приемники им вовсе не нужны.

Еще одно интересное применение открытой оптопары. Если “растянуть” лазерный луч над водной гладью заполненной емкости и правильно соединить контакты с фотовспышкой, то удастся поймать в любом количестве нужное и красивое мгновение входа предмета в воду без использования дорогой скоростной камеры.

 

Открытый оптрон, более известный в народе как “датчик препятствий” и “датчик черной линии”, представляет собой излучатель и приемник, направленные в одну сторону.

 

Как правило, для таких датчиков используется инфракрасный спектр излучателя, чтобы минимизировать нежелательное влияние внешней засветки.

Кроме этого, важным отличием открытых оптронов от предыдущих видов является возможность регулировки чувствительности приемника. Если у закрытых и щелевых все просто: свет либо есть, либо его нет, то для открытых его может быть много или мало, а условную границу того, что считать “белым”, а что “черным”, можно слегка подкручивать вручную. Причем делать это в прямом смысле, вращая потенциометр отверткой. Для датчика препятствий физически это означает расстояние до поверхности (чем выше чувствительность, тем дальше заметит), а для датчика линии — контрастность этой самой линии на остальном фоне поля.

Широко применяются в автоматизации, охране, робототехнике, аттракционах и так далее.


Выводы

Оптопара — яркий, удачный и классический пример симбиоза двух элементарных компонентов электроники. Простое сочетание позволило получить надежное устройство с широким спектром применения:
  • датчики движения,
  • датчики препятствия,
  • датчики положения,
  • энкодеры,
  • гальваническая развязка в массе устройств,
  • многое другое.
Знать возможности оптопар, уметь пользоваться и правильно применять должен каждый уважающий себя DIY-мастер.

FAQ

Зачем нужен резистор на входе оптрона?
В качестве излучателя используется обычный по своим свойствам светодиод. Внутреннее сопротивление его стремится к нулю, а поэтому без резистора, ограничивающего ток, он очень быстро перегорит.

Каким образом считывать показание с выхода оптрона?
Так же как с обычной кнопки — или периодическим опросом, или через аппаратное прерывание.

Есть ли “дребезг” на выходе с оптрона?


Теоретически нет, обычный оптрон просто не успеет его передать, а цифровой обеспечен встроенным гистерезисом. Однако на практике такое возможно, например, когда край отслеживаемого щелевым оптроном объекта неровный и движется достаточно медленно. В этом случае в переходный период может произойти некоторое “мерцание”, когда светодиод будет то включаться, то выключаться. Подавлять нежелательный эффект можно так же, как “дребезг” кнопки, проще всего программно, при помощи подобранных — в зависимости от ситуации — пауз между опросами.

Можно ли обмануть датчик движения на оптопаре при помощи зеркала, как это показывают в некоторых фильмах?
Теоретически можно, но при помощи системы из четырех как минимум зеркал, которые “поднимут” луч, образуя арку для злоумышленника. Практически же воспользоваться такой системой почти невозможно, малейшее колебание — и луч собьется. Однако можно временно засветить приемник другим лазером, если устройство не оборудовано способом борьбы с такого рода обманом.

Можно ли при помощи датчика препятствий узнать расстояние до преграды?
Нет, датчик возвращает бинарный сигнал — либо “есть препятствие”, либо “нет препятствий”. Однако можно использовать несколько заранее отрегулированных на разное расстояние датчиков и получать примерную информацию о положении препятствия. Иногда это удобно, например, чтобы предварительно сбросить скорость робота, манипулятора, конвейера перед окончательной точной остановкой.

Сколько нужно датчиков черной линии для робота?
Достаточно одного, но двигаться робот будет медленно, регулярно теряя и ища линию. Два обеспечат довольно устойчивое распознавание линии и более-менее уверенное движение. Четыре и более обеспечат навигацию робота гоночными возможностями, если для этого есть остальные возможности.

Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Оптроны (оптопары) — электронные приборы, служащие для преобразования сигнала электрического тока в световой поток. Их световой сигнал передается через каналы оптики, а также происходит обратная передача и преобразование света в электрический сигнал.

Устройство оптрона состоит из излучателя света и преобразователя светового луча (фотоприемника). В качестве излучателя в современных приборах используют светодиоды. В старых моделях применялись маленькие лампочки накаливания. Две составные части оптопары объединены общим корпусом и оптическим каналом.

Виды и устройство оптронов

Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать оптроны по группам. При разделении на классы оптронных изделий необходимо учитывать два фактора: тип фотоприемника и особенности общей конструкции прибора.

Первый признак классификации оптронов обуславливается тем, что у всех оптопар на входе расположен светодиод, поэтому возможности функционирования определяются свойствами устройства фотоприемника. Вторым признаком является исполнение конструкции, определяющее особенности использования оптрона.

Применяя такой смешанный принцип разделения, можно выделить три группы оптронных устройств:
  • Элементарные оптопары.
  • Оптоэлектронные микросхемы.
  • Специальные оптопары.
Группы содержат в себе множество видов приборов. Для популярных оптопар применяются некоторые обозначения:
  • Д – диодная.
  • Т – транзисторная.
  • R – резисторная.
  • У – тиристорная.
  • Т2– со сложным фототранзистором.
  • ДТ – диодно-транзисторная.
  • 2Д (2Т) – диодная дифференциальная, либо транзисторная.
Система свойств оптронных устройств основывается на системе свойств оптопар. Эта система создается из четырех групп свойств и режимов:
  • Характеризует цепь входа оптопары.
  • Характеризует выходные параметры.
  • Объединяет степень действия излучателя на приемник света, и особенности прохода сигнала по оптопаре в качестве компонента связи.
  • Объединяет свойства гальванической развязки.

Основными оптронными параметрами считаются свойства передачи и гальванической развязки. Важной величиной транзисторных и диодных оптронов считается коэффициент передачи тока.

Показателями гальванической развязки оптронов являются:
  • Допустимое пиковое напряжение выхода и входа.
  • Допустимое наибольшее напряжение выхода и входа.
  • Сопротивление развязки.
  • Проходная емкость.
  • Допустимая наибольшая скорость изменения напряжения выхода и входа.

Первый параметр является наиболее важным. По нему определяют электрическую прочность оптрона, а также его способности применения в качестве гальванической развязки.

Эти параметры оптронов применимы и для интегральных микросхем на основе оптопар.

Обозначения оптопар на
схемах
 
Диодные оптопары

Оптроны на диодах (рис. а) больше других устройств показывают уровень развития оптронной технологии. По значению коэффициента передачи определяют полезное действие преобразования энергии в оптопаре. Величины временных значений свойств дают возможность определить наибольшие скорости передачи информации. Соединение с диодным оптроном усилителей позволяет создать эффективные устройства передачи информации.

Транзисторные оптроны

Эти приборы (рис. с) отличаются некоторыми свойствами от других видов оптопар. Одним из таких свойств является возможность оптического управления по цепи светодиода, и по основной электрической цепи. Цепь выхода может также действовать в режиме ключа и линейном режиме.

Принцип внутреннего усиления дает возможность получения больших величин коэффициента передачи тока. Поэтому дополнительные усилители не всегда нужны. Важным моментом является небольшая инерционность оптопары, что допускается для многих режимов. Фототранзисторы имеют выходные токи намного больше, чем фотодиоды. Поэтому они применяются для коммутации различных электрических цепей. Все это достигается простой технологией транзисторных оптронов.

Тиристорные оптроны

Такие оптопары (рис. b) имеют большую перспективу для коммутации мощных силовых цепей высокого напряжения: по мощности, нагрузке, скорости они более подходящие, чем Т2 оптопары. Оптроны марки АОУ 103 служат для применения в качестве бесконтактных выключателей в разных электронных схемах: усилителях, управляющих цепях, источниках импульсов и т.д.

Резисторные оптроны

Такие устройства (рис. d) называют фоторезисторами. Они значительно различаются от других типов оптронов своими особенностями конструкции и технологией изготовления. Основным принципом работы фоторезистора является эффект фотопроводности, то есть, изменения величины сопротивления при воздействии светового потока.

Дифференциальные

Рассмотренные выше оптопары способны передавать цифровые данные по гальванической развязке цепи. Важной проблемой является передача аналогового сигнала при помощи оптронов, то есть, создание линейности свойств передачи «вход-выход». Только при наличии таких свойств оптопар можно передавать аналоговые данные по гальванической развязке цепи без цифрового вида и импульсной передачи.

Такая задача решается диодными оптопарами, имеющими качественные шумовые и частотные характеристики. Трудность в решении этой задачи заключается в узком интервале линейности передающей характеристики и линейности диодных оптопар. Такие приборы только начинают прогрессировать в развитии, но за ними большое будущее.

Оптронные микросхемы

Эти микросхемы являются наиболее популярными классами моделей оптронных устройств, благодаря конструктивной и электрической совместимости оптронных микросхем с простыми видами, а также намного большей функциональности. Широкое применение получили коммутационные оптронные микросхемы.

Специальные оптроны

Такие образцы имеют значительные отличия от стандартных моделей приборов. Они выполнены в виде оптопар с оптическим каналом открытого вида. В устройстве таких моделей между фотоприемником и излучателем находится воздушный промежуток. Поэтому, при размещении в нем механических препятствий можно управлять светом и сигналом выхода. Оптроны с открытым каналом оптики используются вместо оптических датчиков, которые фиксируют наличие предметов, их поверхность, поворот, перемещение и т.д.

Применение оптронных устройств
  • Подобные устройства используются для передачи данных между устройствами, которые не соединены электрическими проводами.
  • Также оптопары используются для отображения и получения информации в технике. Отдельно необходимо отметить оптронные датчики, служащие для контроля объектов и процессов, отличающихся по назначению и природе.
  • Заметен прогресс оптронной функциональной микросхемотехники, которая ориентирована на решение различных задач по преобразованию и накоплению данных.
  • Полезной эффективностью стала замена больших недолговечных устройств электромеханического типа приборами оптоэлектронного принципа действия.
  • Иногда оптронные компоненты применяются в энергетике, хотя это довольно специфические решения.
Контроль электрических процессов

Мощность светового потока от светодиода и величина фототока, который образуется в линейных цепях фотоприемников, напрямую зависит от тока проводимости излучателя. Поэтому по бесконтактным оптическим каналам можно передать информацию о процессах в цепях электрического тока, связанных проводами с излучателем. Наиболее эффективным стало применение излучателей света оптопар в датчиках, электрических изменений в силовых цепях высокого напряжения. Точная информация об аналогичных изменениях имеет важность для своевременной защиты источников и потребителей электроэнергии от чрезмерных нагрузок.

Стабилизатор с контрольным оптроном

Оптроны эффективно работают в стабилизаторах высокого напряжения. В них они образуют оптические каналы обратных связей отрицательной величины. Стабилизатор, изображенный на схеме, является прибором последовательного вида. При этом элемент регулировки выполнен на биполярном транзисторе, а стабилитрон на основе кремния работает в качестве источника эталонного опорного напряжения. Компонентом сравнения является светодиод.

При возрастании выходного напряжения, повышается и проводимость светодиода. На транзистор оптрона оказывает действие фототранзистор, при этом стабилизирует напряжение на выходе.

Достоинства оптронов
  • Бесконтактное управление объектами, гибкость и разнообразие видов управления.
  • Устойчивость каналов связи к электромагнитным полям, что позволяет создать защиту от помех и взаимных наводок.
  • Создание микроэлектронных устройств с приемниками света, свойства которых могут изменяться по определенным сложным законам.
  • Увеличение перечня функций управления сигналом выхода оптронов с помощью воздействия на материал канала оптики, создание приборов и датчиков для передачи данных.
Недостатки оптронов
  • Малый КПД, вследствие двойного преобразования энергии, большой расход электроэнергии.
  • Значительная зависимость работы от температуры.
  • Большой собственный шумовой уровень.
  • Технология и конструкция недостаточно совершенны, так как применяется гибридная технология.

Такие отрицательные моменты оптронов постепенно устраняются по мере развития технологии схемотехники и создания материалов. Большая популярность оптронов вызвана, прежде всего, уникальными свойствами этих устройств.

Похожие темы:

Оптрон — это… Что такое Оптрон?

Различные виды оптронов

Оптопара (оптрон)

— электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно — светодиод, в ранних изделиях — миниатюрная лампа накаливания) и фотоприёмника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных оптическим каналом и как правило объединённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

Классификация

По степени интеграции

  • оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
  • оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала

  • с открытым оптическим каналом
  • с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника

Оптроны с полевым транзистором или фотосимистором иногда именуют оптореле или твердотельным реле.

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

  1. Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренним фотоэффектом и электролюминесценцией.
  2. Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.

Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:

  • Оптроны
  • Квантооптические элементы.

Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем — оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.

Использование

Оптроны имеют несколько областей применения, использующих их различные свойства:

Механическое воздействие

Оптронный координатный счётчик в механической мыши

Оптроны с открытым оптическим каналом, доступным для механического воздействия (перекрытия) используются как датчики во всевозможных детекторах наличия (например, детектор бумаги в принтере), датчиках конца (или начала), счётчиках и дискретных спидометрах на их базе (например, координатные счётчики в механической мыши, анемометры).

Гальваническая развязка

Оптроны используются для гальванической развязки цепей — передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты. Некоторые стандартные электрические интерфейсы, например, MIDI, предписывают обязательную оптронную развязку. Различают два основных типа оптронов, предназначенных для использования в цепях гальванической развязки: оптопары и оптореле. Основное отличие между ними в том, что оптопары, как правило, используются для передачи информации, а оптореле используется для коммутации сигнальных или силовых цепей.

Оптопары

Транзисторные или интегральные оптопары, как правило, применяются для гальванической развязки сигнальных цепей или цепей с малым током коммутации. В качестве коммутирующего элемента используются биполярные транзисторы, цепи управления цифровыми входами, специализированные цепи (например, для управления силовым MOSFET или IGBT).

Свойства и характеристики оптопар

Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора. Оптопары гальванической развязки выпускаются в корпусах DIP, SOP, SSOP, Mini flat-lead. Для каждого типа корпусов характерны свои напряжения изоляции. Для того, чтобы обеспечить большие пробивные напряжения, необходимо, чтобы конструкция оптопары имела как можно большие расстояния не только между светодиодом и фотоприемником, но так же как можно большие расстояния по внутренней и по внешней стороне корпуса. Иногда производители выпускают специализированные семейства оптопар, соответствющие международным стандартам безопасности. Эти оптопары характеризуются повышенной электрической прочностью.

Одним из основных параметров, характеризующих транзисторную оптопару, является коэффициент передачи тока. Производители оптопар выполняют сортировку, присваивая в зависимости от коэффициента передачи тот или иной ренкинг, который указывается в наименовании.

Нижняя рабочая частота оптрона не ограничена: оптроны могут работать в цепях постоянного тока. Верхняя рабочая частота оптронов, оптимизированных под высокочастотную передачу цифровых сигналов, достигает сотен МГц. Верхние рабочие частоты линейных оптронов существенно ниже (единицы—сотни кГц). Наиболее медленные оптроны, использующие лампы накаливания, фактически являются эффективными фильтрами нижних частот с граничной полосой порядка единиц Гц.

Шумы транзисторной оптопары

Для транзисторных оптопар характерным является появление шума, связанного с одной стороны наличием проходной емкости между светодиодом и базой транзистора, с другой стороны наличием паразитной емкости между коллектором и базой фототранзистора. Для борьбы с первым типом шумов в конструкцию оптопары вносят специальный экран. Второго типа шумов удается избежать правильно подобрав режимы работы оптопары.

Типы оптопар для гальванической развязки
  • Стандартные со входом по постоянному току
  • Стандартные со входом по переменному току
  • С малыми входными токами
  • С высоким напряжением коллектор-эмиттер
  • Высокоскоростные оптопары
  • Оптопары с изолирующим усилителем
  • Драйверы двигателей и IGBT
Примеры применения оптопар
  • В телекоммуникационном оборудовании
  • В цепях сопряжения с исполнительными устройствами
  • В импульсных источниках питания.
  • В высоковольтных цепях
  • В системах управления двигателями
  • В системах вентиляции и кондиционирования
  • В системах освещения
  • В электросчетчиках
Оптореле

Оптореле (Твердотельные Реле) как правило применяются для коммутации цепей с большим током коммутации. В качестве коммутирующего элемента используется как правило пара встречно включенных MOSFET транзисторов, благодаря чему оптореле способно работать в цепях переменного тока.

Свойства и характеристики оптореле

Оптореле имеют три топологии. Нормально разомкнутые — топология А, нормально замкнутые — топология Б и переключающая — топология С. Нормально разомкнутая топология предполагает замыкание коммутирующей цепи только при подаче управляющего напряжение на светодиод. Нормально замкнутая топология предполагает размыкание коммутирующей цепи при подаче управляющего напряжения на светодиод. Переключающая топология, как следует из названия имеет комбинацию внутри оптореле нормально замкнутых и нормально разомкнутых каналов. Стандартными корпусами для оптореле являются DIP8, DIP6, SOP8, SOP4, Mini flat-lead 4. Аналогично оптопарам оптореле также характеризуются электрической прочностью.

Типы оптореле
  • Стандартные оптореле
  • Оптореле с малым сопротивлением
  • Оптореле с малым СxR
  • Оптореле с малым напряжением смещения
  • Оптореле с высоким напряжением изоляции
Примеры применения оптореле
  • В модемах
  • В измерительных устройствах, IC тестеры
  • Для сопряжения с исполнительными устройствами
  • В автоматических телефонных станциях
  • Счетчики электричества, тепла, газа
  • Коммутаторы сигналов

Неэлектрическая передача

На принципе оптрона построены такие приспособления как:

  • беспроводные пульты и оптические устройства ввода
  • беспроводные (атмосферно-оптические) и волоконно-оптические устройства передачи аналоговых и цифровых сигналов

Также используются в неразрушающем контроле как датчики аварийных ситуаций. GaP-диоды начинают излучать свет при воздействии на них радиации, а фотоприёмник фиксирует возникшее свечение и сообщает о тревоге.

Литература

  • Гребнев, А. К. Гридин В. Н., Дмитриев В. П. Оптоэлектронные элементы и устройства / Под. ред. Ю. В. Гуляева. — М.: Радио и связь, 1998. — 336 с. — ISBN 5-256-01385-8
  • Розеншер, Э., Винтер, Б. Оптоэлектроника = Optoélectronique / Пер. с фр.. — М.: Техносфера, 2004. — 592 с. — ISBN 5-94836-031-8

Ссылки

Оптроны | Основы электроакустики

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

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

Рассмотрим различные типы оптронов, отличающиеся друг от друга фотоприемниками.

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

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

Рис.6.15. Схема включения резисторной оптопары 

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

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

Рис.6.16. Резисторный оптрон VTL5C3 

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

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

Рис.6.17. Различные виды оптопар 

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

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

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

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

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

Рис.6.18. Счетверенный транзисторный оптрон РС847 

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

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

Рис.6.19. Фотосимистор IL 420

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

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

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

Рис.6.20. Оптоэлектронная интегральная микросхема HSPL2400

 

Оптопары — работа, характеристики, интерфейс, схемы применения

ОПТОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ ИЛИ ОПТОИЗОЛЯТОРЫ — это устройства, которые обеспечивают эффективную передачу сигнала постоянного тока и других данных по двум ступеням цепи, а также одновременно поддерживают отличный уровень гальванической развязки между ними.


Оптопары особенно полезны там, где электрический сигнал должен быть передан через два этапа цепи, но с крайней степенью гальванической развязки между этапами.

Устройства оптопары работают как переключатели логического уровня между двумя цепями. Они способны блокировать передачу шума через интегральные схемы, изолировать логические уровни от высоковольтной линии переменного тока и устранять контуры заземления.


Оптопары становятся эффективной заменой для реле , и для трансформаторов для сопряжения каскадов цифровых схем.

Кроме того, частотная характеристика оптопары оказывается несравнимой в аналоговых схемах.



Внутренняя конструкция оптопары

Внутри оптопара находится светодиодный инфракрасный или инфракрасный излучатель (обычно изготовленный из арсенида галлия). Этот ИК-светодиод оптически связан с соседним кремниевым фотодетекторным устройством, которое обычно представляет собой фототранзистор, фотодиод или любой аналогичный светочувствительный элемент. Эти два взаимодополняющих устройства герметично заключены в непрозрачный светонепроницаемый корпус.

На приведенном выше рисунке показан вид в разрезе типичной шестиконтактной микросхемы оптопары с двойным входом (DIP). Когда на клеммы, подключенные к ИК-светодиоду, подается соответствующее прямое смещенное напряжение, он изнутри излучает инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 900 до 940 нанометров.

Этот ИК-сигнал попадает на соседний фотодетектор, который обычно представляет собой фототранзистор NPN (с чувствительностью, установленной на идентичной длине волны), и он мгновенно проходит, создавая непрерывность через его выводы коллектора / эмиттера.

Как видно на изображении, ИК-светодиод и фототранзистор установлены на соседних плечах рамки с выводами.

Выводная рамка выполнена в виде штамповки, вырезанной из тонкого токопроводящего листового металла, имеющего несколько ответвлений отделки. Изолированные подложки, которые используются для усиления устройства, создаются с помощью внутренних ветвей. Соответствующие цоколевки DIP соответственно развиваются из внешних ветвей.

После установления проводящих соединений между корпусом кристалла и соответствующими выводами выводной рамки пространство вокруг ИК-светодиода и фототранзистора герметизируется прозрачной смолой с ИК-поддержкой, которая ведет себя как « световод » или оптический волновод между два ИК-устройства.

Окончательно вся сборка формуется из светонепроницаемой эпоксидной смолы, образующей DIP-пакет. В конце выводы выводной рамки аккуратно загнуты вниз.

Распиновка оптопары

На приведенной выше схеме показана распиновка типичного оптрона в DIP корпусе. Устройство также известно как оптоизолятор, поскольку между двумя микросхемами отсутствует ток, а только световые сигналы, а также потому, что ИК-излучатель и ИК-детектор имеют 100% электрическую изоляцию и изоляцию.

Другие популярные названия, связанные с этим устройством, — это оптические изоляторы или изоляторы с фотонной связью.

Мы видим, что база внутреннего ИК-транзистора оканчивается выводом 6 микросхемы. Эта база обычно остается неподключенной, поскольку основное назначение устройств — соединить две цепи через изолированный внутренний ИК-световой сигнал.

Точно так же контакт 3 имеет разомкнутую или неподключенную распиновку и не имеет значения. Внутренний ИК-фототранзистор можно преобразовать в фотодиод, просто закоротив и соединив базовый вывод 6 с эмиттерным выводом 4.

Однако указанная выше функция может быть недоступна в 4-контактных оптопарах или многоканальных оптопарах.

Характеристики оптопары

Оптопара демонстрирует одну очень полезную характеристику, а именно ее эффективность связи света, называемую текущий коэффициент передачи, или CTR.

Это соотношение улучшается за счет идеально согласованного спектра сигнала ИК-светодиода со спектром обнаружения соседнего фототранзистора.

Таким образом, CTR определяется как отношение выходного тока к входному при номинальном уровне смещения определенного устройства оптопары. Он представлен в процентах:

CTR = Iced/ Iжх 100%

Когда в спецификации предлагается CTR равный 100%, это относится к передаче выходного тока 1 мА на каждый мА тока на ИК-светодиод. Минимальные значения CTR могут отличаться от 20 до 100% для разных оптопар.

Факторы, которые могут изменять CTR, зависят от мгновенных характеристик входного и выходного напряжения питания и тока устройства.

На рисунке выше показан график выходного тока внутреннего фототранзистора оптопары (ICB) от входного тока (IF), когда на его выводы коллектора / базы подается напряжение VCB 10 В.

Важные технические характеристики оптопары

Некоторые из основных параметров спецификации оптопары можно изучить на основе данных, представленных ниже:

Напряжение изоляции (Viso) : Он определяется как абсолютное максимальное напряжение переменного тока, которое может существовать на ступенях входной и выходной цепи оптопары, не причиняя никакого вреда устройству. Стандартные значения этого параметра могут находиться в диапазоне от 500 В до 5 кВ RMS.

ВЫ: его можно понимать как максимальное напряжение постоянного тока, которое может быть приложено к распиновке фототранзистора устройства. Обычно это может составлять от 30 до 70 вольт.

Если : Это максимальный постоянный прямой ток, который может протекать в ИК-светодиод или IСЕТЬ . Это стандартные значения допустимой токовой нагрузки, указанные для выхода фототранзистора оптопары, которая может находиться в диапазоне от 40 до 100 мА.

Время подъема / спада : Этот параметр определяет логическую скорость отклика оптопары через внутренний ИК-светодиод и фототранзистор. Обычно это может составлять от 2 до 5 микросекунд как для подъема, так и для спада. Это также говорит нам о пропускной способности устройства оптрона.

Базовая конфигурация оптопары

На рисунке выше показана базовая схема оптопары. Величина тока, который может пройти через фототранзистор, определяется приложенным током прямого смещения ИК-светодиода или IСЕТЬ, несмотря на то, что они полностью разделены.

Пока переключатель S1 удерживается разомкнутым, ток течет через IСЕТЬзапрещен, что означает, что на фототранзистор не поступает ИК-энергия.

Это делает устройство полностью неактивным, в результате чего на выходном резисторе R2 возникает нулевое напряжение.

Когда S1 закрыт, ток может течь через IСЕТЬи R1.

Это активирует ИК-светодиод, который начинает излучать ИК-сигналы на фототранзистор, позволяя ему включиться, и это, в свою очередь, вызывает развитие выходного напряжения на R2.

Эта базовая схема оптопары будет особенно хорошо реагировать на входные сигналы переключения ВКЛ / ВЫКЛ.

Однако при необходимости схема может быть модифицирована для работы с аналоговыми входными сигналами и генерирования соответствующих аналоговых выходных сигналов.

Типы оптопар

Фототранзистор любой оптопары может иметь множество различных выходных коэффициентов усиления и рабочих характеристик. Схема, поясняемая ниже, изображает шесть других форм вариантов оптопар, которые имеют свои собственные специфические комбинации IRED и выходного фотодетектора.

Первый вариант, приведенный выше, указывает на схему оптопары с двунаправленным входом и выходом на фототранзисторе с парой последовательно соединенных IRED на арсениде галлия для связи входных сигналов переменного тока, а также для защиты от обратной полярности на входе.

Обычно этот вариант может иметь минимальный CTR 20%.

Следующий тип, приведенный выше, иллюстрирует оптрон, выходной сигнал которого усилен кремниевым усилителем фотодарлингтона. Это позволяет ему производить более высокий выходной ток по сравнению с другими обычными оптопарами.

Благодаря элементу Дарлингтона на выходе оптопары этого типа способны производить не менее 500% CTR при напряжении между коллектором и эмиттером от 30 до 35 вольт. Эта величина примерно в десять раз выше, чем у обычной оптопары.

Однако они могут быть не такими быстрыми, как другие обычные устройства, и это может быть существенным компромиссом при работе с соединителем фотодарлингтона.

Кроме того, эффективная полоса пропускания может быть уменьшена примерно в десять раз. Стандартные промышленные версии оптопар PhotoDarlington: от 4N29 до 4N33 и 6N138 и 6N139.

Вы также можете приобрести их в виде двух- и четырехканальных соединителей фотодарлингтона.

На третьей схеме выше показана оптопара с IRED и фотодатчиком MOSFET с двунаправленным линейным выходом. Диапазон напряжения изоляции этого варианта может достигать 2500 вольт RMS. Диапазон напряжения пробоя может составлять от 15 до 30 вольт, а время нарастания и спада составляет около 15 микросекунд каждое.

Следующий вариант выше демонстрирует базовый SCR или тиристор на базе опто-фотосенсора. Здесь выход управляется через SCR. Напряжение изоляции соединителей типа OptoSCR обычно составляет от 1000 до 4000 вольт RMS. Он имеет минимальное напряжение блокировки от 200 до 400 В. Наибольшие токи включения (Ifr) может составлять около 10 мА.

На изображении выше показана оптопара с выходом фототриака. Такие выходные ответвители на основе тиристоров обычно имеют прямое запирающее напряжение (VDRM) 400 В.

Также доступны оптопары со свойством триггера Шмитта. Этот тип оптопары показан выше, который включает в себя оптосенсор на основе ИС с ИС триггера Шмитта, которая преобразует синусоидальную волну или любую форму импульсного входного сигнала в прямоугольное выходное напряжение.

Эти устройства на основе ИС-фотоприемников на самом деле предназначены для работы по схеме мультивибратора. Напряжение изоляции может составлять от 2500 до 4000 вольт.

Ток включения обычно составляет от 1 до 10 мА. Минимальный и максимальный рабочий уровни напряжения составляют от 3 до 26 вольт, а максимальная скорость передачи данных (NRZ) составляет 1 МГц.

Цепи применения

Внутреннее функционирование оптопар в точности аналогично работе дискретно настроенного узла ИК-передатчика и приемника.

Контроль входного тока

Как и любой другой светодиод, ИК-светодиоду оптопары также требуется резистор для регулирования входного тока до безопасных пределов. Этот резистор можно подключить к светодиоду оптрона двумя основными способами, как показано ниже:

Резистор можно добавить последовательно либо с выводом анода (a), либо с выводом катода (b) IRED.

Оптопара переменного тока

В наших предыдущих обсуждениях мы узнали, что для входа переменного тока рекомендуется использовать оптопары переменного тока. Однако любую стандартную оптопару можно безопасно настроить с входом переменного тока, добавив внешний диод к входным контактам IRED, как показано на следующей схеме.

Эта конструкция также обеспечивает безопасность устройства от случайных условий обратного входного напряжения.

Цифровое или аналоговое преобразование

Чтобы получить цифровое или аналоговое преобразование на выходе оптопары, резистор можно добавить последовательно с выводом коллектора оптотранзистора или выводом эмиттера соответственно, как показано ниже:

Преобразование в фототранзистор или фотодиод

Как указано ниже, выходной фототранзистор обычного 6-контактного DIP-оптопары можно преобразовать в выход фотодиода, соединив контакт 6 базы транзистора его фототранзистора с землей и оставив эмиттер неподключенным или закоротив его с контактом 6. .

Эта конфигурация вызывает значительное увеличение времени нарастания входного сигнала, но также приводит к резкому снижению значения CTR до 0,2%.

Цифровой интерфейс оптопары

Оптопары могут быть превосходными, когда дело доходит до интерфейса цифрового сигнала, работая с различными уровнями питания.

Оптопары могут использоваться для сопряжения цифровых ИС в идентичных семействах TTL, ECL или CMOS, а также в этих семействах микросхем.

Оптопары также являются фаворитами, когда речь идет о взаимодействии персональных компьютеров или микроконтроллеров с другими мэйнфреймами или нагрузками, такими как двигатели, реле , соленоид, лампы и т. д. На приведенной ниже диаграмме показана схема сопряжения оптрона с цепями TTL.

Сопряжение ИС TTL с оптопарой

Здесь мы видим, что IRED оптопары подключен к + 5V и выходу затвора TTL, вместо обычного способа, который проходит между выходом TTL и землей.

Это связано с тем, что затворы TTL рассчитаны на очень низкие выходные токи (около 400 мкА), но предназначены для потребления тока с довольно высокой скоростью (16 мА). Таким образом, указанное выше соединение обеспечивает оптимальный ток активации для IRED, когда TTL низкий. Однако это также означает, что выходной отклик будет инвертирован.

Другой недостаток, который существует с выходом затвора TTL, заключается в том, что, когда его выход ВЫСОКИЙ или логическая 1, может генерировать уровень около 2,5 В, чего может быть недостаточно для полного выключения IRED. Оно должно быть не менее 4,5 В или 5 В для полного выключения IRED.

Чтобы исправить эту проблему, включен R3, который гарантирует полное отключение IRED всякий раз, когда выход затвора TTL становится ВЫСОКИМ, даже при 2,5 В.

Видно, что выходной контакт коллектора оптопары подключен между входом и землей ИС TTL. Это важно, потому что вход затвора TTL должен быть надлежащим образом заземлен как минимум ниже 0,8 В при 1,6 мА, чтобы обеспечить правильный логический 0 на выходе затвора. Следует отметить, что установка, показанная на рисунке выше, допускает неинвертирующий отклик на выходе.

Сопряжение CMOS IC с оптопарой

В отличие от TTL-аналогов, выходы CMOS IC могут без проблем передавать и потреблять токи достаточной величины до многих мАс.

Следовательно, эти ИС могут быть легко связаны с оптопарой IRED либо в режиме приемника, либо в режиме источника, как показано ниже.

Независимо от того, какая конфигурация выбрана на входе, R2 на выходе должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить полный размах выходного напряжения между состояниями логического 0 и 1 на выходе затвора CMOS.

Взаимодействие микроконтроллера Arduino и BJT с оптопарой

На рисунке выше показано как подключить микроконтроллер или Arduino выходной сигнал (5 В, 5 мА) при относительно большой токовой нагрузке через оптрон и каскады BJT.

При логике ВЫСОКОГО + 5В от Arduino оптопара IRED и фототранзистор остаются выключенными, и это позволяет Q1, Q2 и двигателю нагрузки оставаться включенными.

Теперь, как только выход Arduino становится низким, оптопара IRED активируется и включает фототранзистор. Это мгновенно заземляет базовое смещение Q1, отключая Q1, Q2 и двигатель.

Сопряжение аналоговых сигналов с оптопарой

Оптопара также может эффективно использоваться для сопряжения аналоговых сигналов на двух каскадах схемы путем определения порогового тока через IRED и последующей модуляции его прикладываемым аналоговым сигналом.

На следующем рисунке показано, как этот метод может быть применен для объединения аналогового аудиосигнала.

ОУ IC2 сконфигурирован как схема повторителя напряжения с единичным усилением. IRED оптопары можно увидеть подключенным к цепи отрицательной обратной связи.

Этот цикл заставляет напряжение на R3 (и, следовательно, ток через IRED) точно следовать или отслеживать напряжение, которое прикладывается к контакту № 3 операционного усилителя, который является неинвертирующим входным контактом.

Этот вывод 3 операционного усилителя настроен на половину напряжения питания через цепь делителя потенциала R1, R2. Это позволяет модулировать контакт 3 с помощью сигналов переменного тока, которые могут быть аудиосигналом, и заставляет подсветку IRED изменяться в соответствии с этим аудиосигналом или модулирующим аналоговым сигналом.

Ток покоя или ток покоя, потребляемый для тока IRED, достигается на уровне от 1 до 2 мА через R3.

На выходной стороне оптопары ток покоя определяется фототранзистором. Этот ток развивает напряжение на потенциометре R4, значение которого необходимо отрегулировать таким образом, чтобы он генерировал выходной сигнал покоя, который также был бы равен половине напряжения питания.

Эквивалент трекинг-модулированного выходного аудиосигнала извлекается через потенциометр R4 и отделяется через C2 для дальнейшей обработки.

Сопряжение симистора с оптопарой

Оптопары можно идеально использовать для создания идеально изолированной связи между цепью управления с низким постоянным током и цепью управления симистором с высоким переменным током.

Рекомендуется, чтобы сторона заземления входа постоянного тока была подключена к надлежащей линии заземления.

Полную установку можно увидеть на следующей диаграмме:

Вышеуказанная конструкция может использоваться для изолированного управление сетевыми лампами переменного тока , нагреватели, двигатели и другие подобные нагрузки. Эта схема не является управляемой установкой перехода через нуль, что означает, что триггер входа заставит симистор переключаться в любой точке формы сигнала переменного тока.

Здесь сеть, образованная R2, ​​D1, D2 и C1, создает разность потенциалов 10 В, полученную на входе линии переменного тока. Это напряжение используется для запуск симистора через Q1 всякий раз, когда сторона входа включается путем замыкания переключателя S1. Это означает, что пока S1 открыт, оптопара выключена из-за нулевого смещения базы Q1, которое удерживает симистор в выключенном состоянии.

В момент замыкания S1 активируется IRED, который включает Q1. Q1 впоследствии подключает 10 В постоянного тока к затвору симистора, который включает симистор, и в конечном итоге также включает подключенную нагрузку.

Следующая схема, представленная выше, разработана на основе кремниевого монолитного переключателя нулевого напряжения CA3059 / CA3079. Эта схема позволяет симистору запускаться синхронно, то есть только во время переход через нулевое напряжение формы сигнала цикла переменного тока.

При нажатии кнопки S1 операционный усилитель реагирует на это, только если цикл входного переменного тока симистора составляет около нескольких мВ около линии пересечения нуля. Если входной триггер срабатывает, когда переменный ток не находится рядом с линией пересечения нуля, то операционный усилитель ждет, пока форма волны не достигнет точки пересечения нуля, и только после этого запускает симистор через положительную логику со своего вывода 4.

Эта функция переключения при переходе через нуль защищает подключенное устройство от внезапного сильного скачка и всплеска тока, поскольку включение выполняется на уровне перехода через нуль, а не когда переменный ток находится на более высоких пиках.

Это также устраняет ненужные радиочастотные шумы и помехи в линии электропередачи. Этот переключатель перехода через нуль на основе симистора с оптопарой может эффективно использоваться для создания SSR или твердотельные реле .

Применение оптопары PhotoSCR и PhotoTriacs

Оптопары с фотодетектором в виде фотоскр и выходом фото-симистора обычно рассчитаны на более низкий выходной ток.

Однако, в отличие от других оптопар, optoTriac или optoSCR обладают довольно высокой способностью выдерживать импульсный ток (импульсный), который может быть намного выше, чем их номинальные значения RMS.

Для оптопар SCR спецификация импульсного тока может достигать 5 ампер, но это может быть в форме импульса шириной 100 микросекунд и скважности не более 1%.

С симисторными оптопарами спецификация перенапряжения может составлять 1,2 ампера, что должно длиться только 10 микросекундных импульсов с максимальным рабочим циклом 10%.

На следующих изображениях показано несколько схем применения с симисторными оптронами.

На первой диаграмме можно увидеть photoTriac, настроенный для включения лампы непосредственно от линии переменного тока. Здесь лампа должна быть рассчитана на среднеквадратичное значение менее 100 мА и пиковое значение пускового тока менее 1,2 А для безопасной работы оптопары.

Вторая конструкция показывает, как можно настроить оптрон photoTriac для запуска ведомого симистора и последующего включения нагрузки в соответствии с любой предпочтительной номинальной мощностью. Эту схему рекомендуется использовать только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания или нагревательные элементы.

На третьем рисунке выше показано, как две верхние схемы могут быть изменены для обработка индуктивных нагрузок как моторы. Схема состоит из R2, C1 и R3, которые генерируют фазовый сдвиг в цепи управления затвором симистора.

Это позволяет симистору выполнить правильное срабатывание. Резисторы R4 и C2 используются в качестве демпфирующей цепи для подавления и контроля всплесков напряжения из-за индуктивных обратных ЭДС.

Во всех вышеупомянутых приложениях размер R1 должен быть таким, чтобы на IRED подавался прямой ток не менее 20 мА для правильного срабатывания симисторного фотодетектора.

Приложение счетчика скорости или детектора оборотов

На приведенных выше рисунках поясняется пара уникальных настраиваемых модулей оптопар, которые можно использовать для счетчиков скорости или измерения частоты вращения.

Первая концепция представляет собой индивидуальную сборку соединителя-прерывателя с прорезями. Мы можем видеть прорезь в виде воздушного зазора между IRED и фототранзистором, которые установлены на отдельных коробках, обращенных друг к другу через прорезь воздушного зазора.

Обычно инфракрасный сигнал может проходить через слот без каких-либо блокировок, пока на модуль подается питание. Мы знаем, что инфракрасные сигналы можно полностью заблокировать, поместив на их пути непрозрачный объект. В обсуждаемом приложении, когда препятствие, такое как спицы колеса, может пройти через прорезь, это вызывает прерывание прохождения ИК-сигналов.

Затем они преобразуются в тактовую частоту на выходе клемм фототранзистора. Эта выходная тактовая частота будет меняться в зависимости от скорости колеса и может быть обработана для необходимых измерений. .

Указанный паз может иметь ширину 3 мм (0,12 дюйма). Фототранзистор, используемый внутри модуля, имеет фототранзистор, который должен иметь минимальный CTR около 10% в «открытом» состоянии.

Модуль на самом деле является копией стандартный оптопара Имея встроенный ИК-датчик и фототранзистор, единственное отличие состоит в том, что здесь они дискретно собраны внутри отдельных коробок с разделяющей их щелью с воздушным зазором.

Первый модуль выше может использоваться для измерения оборотов или как счетчик оборотов. Каждый раз, когда язычок колеса пересекает прорезь оптопары, фототранзистор выключается, генерируя единичный счет.

Прилагаемый второй дизайн показывает модуль оптопары, предназначенный для реагирования на отраженные ИК-сигналы.

IRED и фототранзистор установлены в отдельных отсеках модуля, поэтому обычно они не могут «видеть» друг друга. Однако два устройства установлены таким образом, что оба имеют общий угол фокусировки, который находится на расстоянии 5 мм (0,2 дюйма).

Это позволяет модулю прерывателя обнаруживать близлежащие движущиеся объекты, которые нельзя вставить в тонкий паз. Этот тип оптического модуля с отражателем может использоваться для подсчета прохождения крупных объектов по ленточным конвейерам или объектов, скользящих по подающей трубе.

На втором рисунке выше мы можем видеть модуль, применяемый в качестве счетчика оборотов, который обнаруживает отраженные ИК-сигналы между IRED и фототранзистором через зеркальные отражатели, установленные на противоположной поверхности вращающегося диска.

Расстояние между модулем оптопары и вращающимся диском равно фокусному расстоянию 5 мм пары эмиттерных детекторов.

Отражающие поверхности на колесе могут быть выполнены с использованием металлической краски, ленты или стекла. Эти индивидуализированные модули дискретных оптопар могут также эффективно применяться для подсчет оборотов вала двигателя и измерение оборотов вала двигателя или вращения в минуту и ​​т. д. Вышеупомянутая концепция фото-прерывателей и фоторефлекторов может быть построена с использованием любого опто-детекторного устройства, такого как устройства фотодарлингтона, photoSCR и photoTriac, в соответствии со спецификациями конфигурации выходной цепи.

Сигнализация проникновения в дверь / окно

Вышеупомянутый модуль прерывателя оптоизолятора может также эффективно использоваться в качестве сигнализации вторжения двери или окна, как показано ниже:

Эта схема более эффективна и проста в установке, чем обычная охранная сигнализация с герконовым реле .

Здесь в схеме используются таймеры IC 555 в качестве однократного таймера для подачи сигнала тревоги.

Прорезь воздушного зазора оптоизолятора блокируется рычажным креплением, которое также встроено в окно или дверь.

В случае открытия двери или окна, блокировка в слоте удаляется, и светодиодный ИК-индикатор достигает фототранзисторов и активирует однократный выстрел. моностабильная ступень IC 555 .

IC 555 мгновенно включает пьезозуммер, предупреждающий о вторжении.

Предыдущая статья: Схемы LDR и принцип работы Следующая статья: Схема предупреждения обледенения автомобилей

Транзисторная оптопара — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Транзисторная оптопара

Cтраница 1

Транзисторные оптопары применяются в оптоэлектронных реле, в схемах гальванической развязки, ключевых коммутаторах и схемах согласования. На рис. 72 показаны схемы нормально открытого и нормально закрытого полупроводниковых реле с транзисторной оп-топарой в цепи управления, обеспечивающих гальваническую развязку управляющих схем от выходной цепи. В нормально открытом реле ( рис. 72, а) сигнал включает транзисторную оптопару, что вызывает последовательное включение транзисторов Tl, T2 и коммутацию рабочей нагрузки. В нормально закрытом реле ( рис. 72 6) на-грузка выключается при поступлении управляющего сигнала.  [1]

Характеристики транзисторной оптопары существенно отличаются от аналогичных характеристик диодной.  [3]

Для транзисторных оптопар, работающих в ключевом режиме, параметр kj определяет нагрузочную способность прибора: если подключенная к выходу оптопары нагрузка такова, что выходной ток / Вых не превышает значения &. При значении / Вых & / / вх условие насыщения не выполняется и работа транзисторного ключа нарушается.  [4]

Характеристики транзисторной оптопары существенно отличаются от аналогичных характеристик диодной. Передаточная характеристика по току отклоняется от линейной зависимости, причем тем больше, чем выше усилительные свойства самого транзистора и чем больше входной ток. Температурная зависимость коэффициента передачи по току иллюстрируется рис. 3.9. При больших входных токах ( кривая 2) эта зависимость такая же, как и у диодной оптопары, при малых ( кривая J) существенно отличается. Характер рассмотренных зависимостей объясняется видом зависимости излучательной способности излучателя и коэффициента передачи фототранзистора от температуры и тока.  [6]

Основной режим эксплуатации транзисторных оптопар — ключевой.  [8]

Прибор К249КШ состоит из двух транзисторных оптопар. В приборе К249КП2 работоспособность второй оптопары не гарантируется или она отсутствует.  [9]

Прибор К249КП1 состоит из двух транзисторных оптопар. В приборе К249КП2 работоспособность второй оптопары не гарантируется или она отсутствует.  [10]

Прибор К249КП1 состоит из двух транзисторных оптопар. В приборе К249КП2 работоспособность второй оптоцары не гарантируется или она отсутствует.  [11]

Прибор К249КШ состоит из двух транзисторных оптопар. В приборе К249КП2 работоспособность второй оптопары не гарантируется или она отсутствует.  [12]

Входной узел драйвера выполнен в виде транзисторной оптопары, осуществляющей развязку с информационным каналом. Чтобы не увеличивать задержку передачи сигнала, транзистор оптрона работает в линейном режиме за счет включенного в цепь коллектора конденсатора.  [13]

Вследствие, прежде всего, высокой нелинейности передаточной характеристики транзисторных оптопар, а также сильной температурной зависимости параметров, высокого уровня шумов и узкой полосы рабочих частот транзисторные оптопары относительно редко применяются для передачи аналогового сигнала.  [14]

Страницы:      1    2

Как проверить оптопару в блоке питания. Оптопара PC817 принцип работы и очень простая проверка

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

Схема оптопары

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

Распиновка оптопары

Ниже приведена информация из даташита, в более полном варианте:

Корпус оптопары

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

Оптопара на фото

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

Проверка оптрона

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

Схема проверки оптрона

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

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

Устройство для проверки оптопары с интернета

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

Звуковой пробник — схема

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

Простой звуковой пробник

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

Внутренности и детали

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

Контактные пластины из текстолита

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

Прищепка от гарнитуры

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

Пинцет для измерения самодельный

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

Окончательный вид пробника оптронов

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

Схема 2 — звуковой пробник

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

Печатная плата на звуковой пробник

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

Обсудить статью ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ ОПТОПАР

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry»s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

Устройство проверки оптореле своими руками

На днях мне понадобилось проверить оптореле в больших количествах. Собрав данный тестер твердотельных реле за пол часа, из минимума деталей, я сэкономил большое количество времени на проверке оптопар.

Многих начинающих радиолюбителей интересует как проверить оптопару. Такой вопрос может возникнуть от незнания устройства данной радиодетали. Если рассматривать поверхносто, то твердотельное оптоэлектронное реле состоит из входного элемента – светодиода и оптической развязки, которая переключает цепь.

Данная схема для проверки оптопары до элементарного проста. Она состоит из двух светодиодов и источника питания 3в – батарея CR2025. Красный светодиод выполняет роль ограничителя напряжения и, одновременно, является индикатором работы светодиода оптопары. Зеленый светодиод служит для индикации срабатывания выходного элемента оптопары. Т.е. если оба светодиода светятся, то проверка оптопары прошла успешна.

Процесс проверки оптореле сводится к установке его в соответствующей части панельке. В данном тестере твердотельных реле можно проверять оптопары в корпусе DIP-4, DIP-6 и сдвоенные реле в корпусе DIP-8.
Ниже привожу места положения оптореле в панельках тестера и свечение светодиодов соответствующие их работоспособности.

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.

Тестер для проверки оптопар

Выход из строя оптопары — ситуация хоть и редкая, но случающаяся. Поэтому, распаивая на запчасти телевизор, не будет лишним проверить PC817 на исправность, чтобы не искать потом причину, по которой свежеспаянный блок питания не работает. Можно также проверить пришедшие с Aliexpress оптроны, причём не только на брак, но и на соответствие параметрам. Помимо пустышек, могут встретиться экземпляры с перевёрнутой маркировкой, а более быстрые оптопары на деле могут оказаться медленными.

Описываемое здесь устройство поможет определить как исправность распространённых оптронов PC817, 4N3x, 6N135-6N137, так и их скорость. Оно выполнено на микроконтроллере ATMEGA48, который может быть заменён на ATMEGA88. Проверяемые детали можно подключать и отключать прямо во включенный тестер. Результат проверки отображается светодиодами. Светодиод ERROR светится при отсутствии подключенных оптронов или их неисправности. Если оптрон, будучи установленным в своё гнездо, окажется исправным, то загорится соответствующий ему светодиод OK. Одновременно с этим загорится один или несколько светодиодов TIME, соответствующих скорости. Так, для самого медленного, PC817, будет гореть только один светодиод — TIME PC817, соответствующий его скорости. Для быстрых 6N137 будут светиться все 4 светодиода скорости. Если это не так, то оптрон не соответствует данному параметру. Значения шкалы скорости PC817 — 4N3x — 6N135 — 6N137 соотносятся как 1:10:100:900.

Схема тестера для проверки оптопар очень простая:


нажми для увеличения
Мы развели печатную плату под питание через micro-USB разъём. Для проверяемых деталей можно установить цанговые или обычные DIP-панельки. За неимением таковых мы установили просто цанги.


Фьюзы микроконтроллера для прошивки: EXT =$FF, HIGH=$CD, LOW =$E2.

Печатная плата (Eagle) + прошивка (hex).

Многим из нас часто приходилось сталкиваться с тем, что из-за одной, вышедшей из строя, детальки перестаёт работать целое устройство. Что бы избежать недоразумений, следует уметь быстро и правильно проверять детали. Этому я и собираюсь Вас научить. Для начала, нам потребуется мультиметр

Транзисторы биполярные

Чаще всего, сгорают в схемах транзисторы. По крайней мере у меня. Проверить их на работоспособность очень просто. Для начала, стоит прозвонить переходы База-Эмиттер и База-Коллектор. Они должны проводить ток в одном направлении, но не пускать в обратном. В зависимости от того, ПНП это транзистор или НПН, ток они будут проводить к Базе или от Базы. Для удобства, можем представить его в виде двух диодов

Так же стоит прозвонить переход Эмиттер-Коллектор. Точнее это 2 перехода. . . Ну в прочем не суть. В любом транзисторе, ток не должен проходить через них в любом направлении, пока транзистор закрыт. Если же на Базу подали напряжение, то ток протекая через переход База-Эмиттер откроет транзистор, и сопротивление перехода Эмиттер-Коллектор резко упадёт, почти до нуля. Учтите, что падение напряжения на переходах транзистора обычно не ниже 0,6В. А у сборных транзисторов (Дарлингтонов) более 1,2В. По этому некоторые «китайские» мультиметры с батарейкой в 1,5В просто не смогут их открыть. Не поленитесь/поскупитесь достать себе мультиметр с «Кроной»!

Учтите, что в некоторых современных транзисторах параллельно с цепью Коллектор-Эмиттер встроен диод. Так что стоит изучить даташит на Ваш транзистор, если Коллектор-Эмиттер звонится в одну сторону!

Если хотя бы одно из утверждений не подтверждается, то транзистор нерабочий. Но прежде чем заменить его, проверьте оставшиеся детали. Возможно причина в них!

Транзисторы униполярные (полевые)

У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от прикладываемого тестового напряжения. Следует заметить, что имеются некоторые исключения.

Если при проверке приложить положительный щуп тестового прибора к затвору транзистора n-типа, а отрицательный — к истоку, зарядится емкость затвора и транзистор откроется. При замере сопротивления между стоком и истоком прибор покажет некоторое сопротивление. Неопытные ремонтники могут принять такое поведение транзистора за его неисправность. Поэтому перед «прозвонкой» канала «сток-исток» замкните накоротко все ножки транзистора, чтобы разрядить емкость затвора. После этого сопротивление сток-исток должно стать бесконечным. В противном случае транзистор признается неисправным.

Учтите ещё, что в современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Для того чтобы избежать досадных ошибок, помните о наличии такого диода и не примите это за неисправность транзистора. Проверить это легко, пролистав даташит на Ваш экземпляр.

Конденсаторы – ещё одна разновидность радиодеталей. Они тоже довольно часто выходят из строя. Чаще всего умирают электролитические, плёнки и керамика портятся несколько реже. . .

Для начала, платы стоит обследовать визуально. Обычно мёртвые электролиты надуваются, а многие даже взрываются. Присмотритесь! Керамические конденсаторы не надуваются, но могут взорваться, что тоже заметно! Их, как и электролиты надо прозванивать. Ток они проводить не должны.

Перед началом электронной проверки конденсатора необходимо провести механическую проверку целостности внутреннего контакта его выводов.

Для этого достаточно поочерёдно согнуть выводы конденсатора под небольшим углом, и аккуратно поворачивая их в разные стороны, а также слегка потягивая на себя, убедиться в их неподвижности. В случае, если хотя бы один вывод конденсатора свободно вращается вокруг своей оси, или свободно вынимается из корпуса, то такой конденсатор считается не пригодным и дальнейшей проверке не подлежит.

Ещё один интересный факт – заряд/разряд конденсаторов. Это можно заметить, если мерять сопротивление конденсаторов, ёмкостью более 10мкФ. Оно есть и у меньших емкостей, но не так заметно выражен! Как только мы подключим щупы, сопротивление будет единицы Ом, но в течении секунды вырастет до бесконечности! Если мы поменяем щупы местами, эффект повторится.

Соответственно, если конденсатор проводит ток, или не заряжается, то он уже ушёл в мир иной.

Резисторы – их больше всего на платах, хотя они не так то уж и часто выходят из строя. Проверить их просто, достаточно сделать одно измерение – проверить сопротивление.

Если оно меньше бесконечности и не равно нулю, то резистор скорее всего пригоден к использованию. Обычно, мёртвые резисторы чёрные – перегретые! Но чёрные бывают и живыми, хотя их тоже стоит заменить. После нагрева, их сопротивление могло измениться от номинального, что плохо повлияет на работу устройства! Вообще стоит прозвонить все резисторы, и если их сопротивление отличается от номинального, то лучше заменить. Заметьте, что отличие от номинала на ± 5% считается допустимым. . .

Проверить диоды по моему проще всего. Померили сопротивление, с плюсом на аноде, показывать должно несколько десятков/сотен Ом. Померили с плюсом на катоде – бесконечность. Если не так, то диод стоит заменить. . .

Индуктивность

Редко, но всё же из строя выходят индуктивности. Причины тому две. Первая – КЗ витков, а вторая – обрыв. Обрыв вычислить легко – достаточно проверить сопротивление катушки. Если оно меньше бесконечности, то всё ОК. Сопротивление индуктивностей обычно не более сотен Ом. Чаще всего несколько десятков. . .

КЗ между витков вычислить несколько труднее. Надо проверить напряжение самоиндукции. Это работает только на дросселях/трансформаторах, с обмотками в хотя бы 1000 витков. Надо подать импульс низковольтный на обмотку, А после, замкнуть эту обмотку лампочкой газоразрядной. Фактически, любя ИН-ка. Импульс обычно подают, слегка касаясь контактов КРОНЫ. Если ИН-ка в итоге мигнёт, то всё норм. Если нет, то либо КЗ витков, либо очень мало витков. . .

Как видите, способ не очень точный, и не очень удобный. Так что сначала проверьте все детали, и лишь потом грешите на КЗ витков!

Оптопары

Оптопара фактически состоит из двух устройств, поэтому проверять её немного сложнее. Сначала, надо прозвонить излучающий диод. Он должен как и обычный диод прозваниваться в одну сторону и служить диэлектриком в другую. Затем надо подав питание на излучающий диод померить сопротивление фотоприёмника. Это может быть диод, транзистор, тиристор или симистор, в зависимости от типа оптопары. Его сопротивление должно быть близким к нулю.

Затем убираем питание с излучающего диода. Если сопротивление фотоприёмника выросло до бесконечности, то оптопара целая. Если что-то не так, то её стоит заменить!

Тиристоры

Ещё один важный ключевой элемент – тиристор. Так же любит выходить из строя. Тиристоры так же бывают симметричные. Называются симисторы! Проверить и те и другие просто.

Берём омметр, плюсовой щуп подключаем к аноду, минусовой к катоду. Сопротивление равно бесконечности. Затем управляющий электрод (УЭ) подсоединяем к аноду. Сопротивление падает до где-то сотни Ом. Затем УЭ отсоединяем от анода. По идее, сопротивление тиристора должно остаться низким – ток удержания.

Но учтите, что некоторые «китайские» мультиметры могут выдавать слишком маленький ток, так что если тиристор закрылся, ничего страшного! Если он всё же открыт, то убираем щуп от катода, а через пару секунд присоединяем обратно. Теперь тиристор/симистор точно должен закрыться. Сопротивление равно бесконечности!

Если некоторые тезисы не совпадают с действительностью, то Ваш тиристор/симистор нерабочий.

Стабилитрон – фактически один из видов диода. По этому проверяется он так же. Заметим, что падение напряжения на стабилитроне, с плюсом на катоде равно напряжению его стабилизации – он проводит в обратную сторону, но с бОльшим падением. Чтоб это проверить, мы берём блок питания, стабилитрон и резистор на 300…500Ом. Включаем их как на картинке ниже и меряем напряжение на стабилитроне.

Мы плавно подымаем напряжение блока питания, и в какой-то момент, на стабилитроне напряжение перестаёт расти. Мы достигли его напряжения стабилизации. Если этого не случилось, то либо стабилитрон нерабочий, либо надо ещё повысить напряжение. Если Вы знаете его напряжение стабилизации, то прибавьте к нему 3 вольта и подайте. Затем повышайте и если стабилитрон не начал стабилизировать, то можете быть уверены, что он неисправен!

Стабисторы

Стабисторы – одна из разновидностей стабилитронов. Единственное их отличие в том, что при прямом включении – с плюсом на аноде, падение напряжения на стабисторе равно напряжению его стабилизации, а в другую сторону, с плюсом на катоде, ток они не проводят вообще. Достигается это включением нескольких кристаллов-диодов последовательно.

Учтите, что мультиметр с напряжением питания в 1,5В чисто физически не сможет вызвонить стабистор скажем на 1,9В. По этому включаем наш стабистор как на картинке ниже и меряем напряжение на нём. Подать надо напряжение около 5В. Резистор взять сопротивлением в 200…500Ом. Повышаем напряжение, меряя напряжение на стабисторе.

Если на какой то точке оно перестало расти, или стало расти очень медленно, то это и есть его напряжение стабилизации. Он рабочий! Если же он проводит ток в обе стороны, или имеет крайне низкое падение напряжения в прямом включении, то его стоит заменить. По видимому, он сгорел!

Проверить различного рода шлейфы, переходники, разъёмы и др. довольно просто. Для этого надо прозвонить контакты. В шлейфе каждый контакт должен звониться с одним контактом на другой стороне. Если контакт не звонится ни с каким другим, то в шлейфе обрыв. Если же он звонится с несколькими, то скорее всего в шлейфе КЗ. Тоже самое с переходниками и разъёмами. Те из них, которые с обрывом или КЗ считаются бракованными и использованию не подлежат!

Микросхемы/ИМС

Их великое множество, они имеют много выводов и выполняют разные функции. Поэтому проверка микросхемы должна учитывать её функциональное назначение. Точно убедиться в целости микросхем довольно трудно. Внутри каждая представляет десятки-сотни транзисторов, диодов, резисторов и др. Есть такие гибриды, в которых одних только транзисторов более 2000000000 штук.

Одно можно сказать точно – если Вы видите внешние повреждения корпуса, пятна от перегрева, раковины и трещины на корпусе, отставшие выводы, то микросхему стоит заменить – она скорее всего с повреждением кристалла. Греющаяся микросхема, назначение которой не предусматривает её нагрева, должна быть так же заменена.

Полная проверка микросхем может осуществляться только в устройстве, где она подключена так, как ей полагается. Этим устройством может быть либо ремонтируемая аппаратура, либо специальная, проверочная плата. При проверке микросхем используются данные типового включения, имеющиеся в спецификации на конкретную микросхему.

Ну всё, ни пуха Вам, и поменьше горелых деталек!

Как это работает и многое другое

Что такое оптопара,Как разработчик печатных плат, инженер или любитель, у вас есть широкий выбор переключателей, реле и соединителей для настройки вашей печатной платы. Со всеми компонентами и опциями печатных плат, доступными на рынке, трудно решить, какой из них лучше всего подойдет для вашего проекта.

Например, вам может быть интересно, что делает оптрон и чем он отличается от любого другого реле. Это то, что следующее руководство надеется прояснить.В нем мы рассмотрим оптопару, ее различные типы и то, какую пользу она может принести вам и вашему проекту.

Что такое оптопара

Оптопары имеют много названий. Вы можете называть его оптоизолятором, оптроном, оптроном, оптоизолятором или просто оптроном. Некоторые люди могут даже называть их опциями. Тем не менее, оптопары являются встроенными электронными компонентами. Как правило, самые основные типы состоят из прямоугольного корпуса с четырьмя штифтами.Каждый вывод является подкомпонентом. Первый вывод анод , второй катод , третий коллектор, и четвертый эмиттер .

LTV-816 1-канальный оптоизолятор

Источник: Wikimedia Commons

Кроме того, на углу основного корпуса рядом с первым штифтом имеется круглая выемка. Это позволяет нам идентифицировать различные контакты. Корпус также содержит текст с номером детали оптопары.Соответственно, по нему мы идентифицируем тип оптопары, а также находим техпаспорт производителя.

Тем не менее, оптопара по сути представляет собой твердотельное реле, которое соединяет между собой две отдельные электронные схемы. Первая схема подключается к первым двум контактам (контакты 1 и 2), а вторая схема подключается к последним двум контактам (контакты 3 и 4). Это позволяет первой схеме управлять второй схемой.

Легко спутать оптопару с интегральной схемой/микрочипом (ИС) из-за того, как она выглядит.Особенно это касается симисторных оптронов.

Электронные микросхемы на белом фоне

Как работает оптопара?

Мы можем использовать оптопару для передачи электронных сигналов между двумя изолированными цепями. Это одно из наиболее важных его свойств. Иногда в одной цепи могут возникать скачки напряжения и шумы. Без оптопары, изолирующей цепи, эти нарушения могут распространиться на вторую цепь и вызвать ее разрушение.Оптопара предотвращает возникновение этого повреждения в обеих цепях.

Кроме того, оптрон позволяет электронам течь только в одном направлении из-за его полупроводниковых материалов. Следовательно, это позволяет двум взаимосвязанным цепям использовать разные напряжения и токи.

Кроме того, он позволяет расширить возможности вашего устройства. Во многом это связано с тем, как он облегчает гальваническую развязку между двумя отдельными цепями. Например, мы можем добавить транзистор во вторую схему, не мешая работе первой в двухконтурной конфигурации.Это позволит вам контролировать еще большее количество напряжения и тока. Более того, это потенциально может позволить вам автоматизировать управление схемой, добавляя электронные компоненты.

Структура оптопары Оптопары

бывают самых разных типов и конфигураций. Однако, чтобы упростить понимание, мы сосредоточимся в основном на версии с фототранзисторами.

Схема оптрона фототранзистора   

Источник: Wikimedia Commons

На приведенной выше схеме показан фототранзистор, соединяющий две цепи.Если вы внимательно посмотрите на часть схемы, посвященную фототранзистору, то заметите, что слева есть символ светодиода:

.

Изображение светодиодного символа

Источник: Wikimedia Commons

Напротив, справа есть символ транзистора:

.

Изображение символа транзистора

Источник: Wikimedia Commons

По приведенным выше цифрам легко заметить, что фототранзистор представляет собой модифицированную версию обычного транзистора.Более того, вы можете понять, почему мы называем (третью и четвертую) выводы на стороне транзистора коллекторами и эмиттерами . Кроме того, вы также можете понять, почему мы называем первую и вторую клеммы анодом и катодами .

Транзисторы обычно имеют три вывода. Однако здесь есть небольшая разница. Базовый контакт в обычной схеме транзистора отсутствует в схеме фототранзистора. Это связано с тем, что транзистор в оптроне работает немного по-другому.Вместо использования электронных сигналов от базового вывода транзистор в оптроне использует свет от светодиода.

Свет исходит от светодиода и попадает на транзистор, включая его и позволяя току течь в основной электрической цепи. Они реагируют на оптический вход, а не только на электрический входной ток. Оптопары бывают двух распространенных топологий. Внутренние компоненты могут располагаться друг над другом или рядом друг с другом.

Топологии оптопары

Источник: Wikimedia Commons

Хотя мы не можем видеть внутреннюю работу фототранзистора (если только он не полупрозрачный), мы можем создать свой собственный, используя простую схему.Мы рассмотрим это далее в этом руководстве. Но сначала давайте рассмотрим другие типы оптронов.

Типы оптронов

Оптопара удерживается пинцетом.

Существует шесть наиболее распространенных типов транзисторов. Они:

  • Резистивная оптопара: Это были самые ранние оптопары. В качестве источников света они используют лампы накаливания, неоновые лампы и инфракрасные светодиоды GaAs. Кроме того, они используют сульфид кадмия в качестве материала для транзисторов.Люди также называют эти типы оптронов вактролами.
    Поскольку это более старые светочувствительные устройства, они немного медленнее, чем более современные формы оптронов. Следовательно, именно поэтому они почти устарели.
  •   Диодная оптопара: Диодные оптопары используют инфракрасные светодиоды на основе арсенида галлия в качестве источников света и кремниевые фотодиоды в качестве рецепторов. Это делает их самым быстрым типом оптронов, особенно когда они используют PIN-диоды.
  • Транзисторная оптопара: Так же, как и диодные оптопары, они также используют инфракрасные светодиоды GaAs в качестве источников света.Однако в качестве датчиков они используют либо биполярные кремниевые фототранзисторы, либо фототранзисторы Дарлингтона. Это делает их скорость передачи и время отклика выше, чем у резистивных оптронов, но ниже, чем у диодных оптронов.
  • Оптоизолированный SRC: Оптоизолированные SRC используют инфракрасные светодиоды вместе с кремниевыми выпрямителями. Их скорости передачи могут различаться. Однако они не так быстры, как оптопары на основе диодов в любой конфигурации. Тем не менее, они по-прежнему имеют приличное время отклика и скорость передачи.
  • Оптоизолированный симистор: Эти типы оптронов используют триод для переменного тока (тиристор) в качестве типа датчика. Это в дополнение к их инфракрасному светодиоду GaAs в качестве источника света. Хотя у них нет высоких скоростей передачи, у них очень высокие текущие коэффициенты передачи.
  • Твердотельное реле: Твердотельные реле используют набор инфракрасных светодиодов GaAs в качестве источников света. Кроме того, они используют набор фотодиодов, которые управляют парой полевых МОП-транзисторов или одним IGBT в качестве датчиков.Они могут иметь очень высокие скорости передачи и неограниченные текущие коэффициенты передачи.

Как создать простую схему оптрона

Оптопара, удерживаемая парой пинцетов перед печатной платой

Список деталей:
  • 50-100K Ом Ом-зависимый резистор (LDR)
  • 3V 0,02А белый светоизлучающий диод (LED)
  • 2V 0,02А красный светильник излучающий диод (LED)
  • 9V аккумулятор X 2
  • Switch
  • 300 Ом резистор
  • Резистор 150 Ом x 2 (или резистор 300 Ом)

Пояснения и инструкции:

Красный светодиод и оптопара

В этой простой оптопаре используется простой светочувствительный резистор (LDR) и белый светодиод.LDR изменяет сопротивление нагрузки в зависимости от освещенности. Таким образом, в темноте он имеет очень высокое сопротивление. И наоборот, когда мы подвергаем его воздействию яркого света, он оказывает незначительное сопротивление. В этом контексте он будет функционировать как наш фотодиод.

В первичной цепи нам понадобится белый светодиод, который имеет падение напряжения 3 вольта и потребляет 0,02 ампера. Далее мы будем использовать 9-вольтовую батарею в качестве источника питания и управлять цепью с помощью переключателя. Поскольку для белого светодиода требуется ток 3 вольта, нам понадобится резистор с падением напряжения 6 вольт.Таким образом, резистор должен иметь сопротивление 300 Ом ((9В – 3В) ÷ 0,02А).

Таким образом, ваша первичная цепь будет состоять из батареи, которая положительно соединяется с выключателем, резистором и белым светодиодом. Для соединения компонентов можно использовать макетную плату или провод. В целом, это будет действовать как наша схема управления.

У нас будет красный светодиод с падением напряжения 2 Вольта и силой тока 0,02 Ампера на вторичной цепи.

Мы будем использовать его как индикатор, показывающий, когда схема работает.Дополнительно к этой схеме подключим LDR. Очевидно, что LDR должен располагаться рядом с белым светодиодом.

LDR обеспечивает сопротивление примерно 70 Ом, когда мы подвергаем его воздействию света от светодиода. Вам нужно будет подключить LDR к красному светодиоду. Для питания вторичной цепи воспользуемся еще одной 9-вольтовой батареей. Опять же, нам понадобится резистор для снижения напряжения, чтобы светодиод мог работать эффективно. Мы предлагаем использовать два резистора по 150 Ом. Впрочем, подойдет и один резистор на 300 Ом.

Тем не менее, когда вы закончите сборку схемы, вам нужно будет обмотать черной лентой LDR и белый светодиод. Вы должны убедиться, что вы соединили их. Это заблокирует окружающий свет в комнате. В качестве альтернативы вы можете протестировать схему в полностью темной комнате.

При нажатии кнопки первичной цепи (входной цепи) загорается белый светодиод. Затем он направит свет на LDR, который включит красный светодиод в выходной цепи. Свет от белого светодиода действует как электрический сигнал в переключателе.Этот проект достаточно прост, чтобы проиллюстрировать внутреннюю работу оптопары. Однако вы можете улучшить его, внедрив инфракрасный излучатель вместе с приемником. Вместо видимого света в этом проекте будет использоваться инфракрасный свет.

Применение оптопары

Небольшая печатная плата с ИС, конденсатором, оптроном и другими полупроводниками

Теперь, когда мы поняли, как работают оптопары, теперь мы можем изучить, где мы можем их применить.Мы можем использовать оптопары в качестве простых переключателей, активируемых светом. Однако какое электронное оборудование и устройства подошли бы им лучше всего? Вот список мест, где мы могли бы использовать оптопары:

  • Соленоидные элементы управления
  • Моторные элементы управления
  • Накаливая лампа Dimmers
  • Микропроцессоры
  • Лампы балласты
  • AC обнаружение
  • Изоляция напряжения
  • Электромагнитный выключатель
  • Микроконтроллеры

Оптопедер

Набор оптронов

Почему вы хотите использовать оптопары вместо электромеханических реле или переключателей? Вот лишь некоторые из преимуществ: 

  • Они облегчают одностороннюю передачу электрических сигналов
  • Оптопары делают ваши проекты более надежными, делая их устойчивыми к помехам
  • Они могут облегчить электрическую изоляцию между несколькими цепями таким образом упрощается устранение неполадок
  • Они уменьшают внешние выходные сигналы на входной части вашей цепи
  • Оптопары позволяют управлять большими цепями переменного тока с помощью небольших цифровых сигналов
  • Позволяет передавать аналоговый сигнал между двумя отдельными цепями
  • Они позволяют соединять высоковольтные компоненты с низковольтными устройствами
  • Оптопары помогают уменьшить или полностью устранить электрические помехи в сигналах
  • удары молнии   

Заключение

В приведенном выше тексте мы предоставили простое для понимания и подробное руководство по оптронам.Если вы дошли до этого раздела руководства, значит, у вас есть более глубокое понимание оптронов. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство оказалось для вас полезным. Как всегда, спасибо за чтение.

Как протестировать оптопару — AntiMath

Оптопара или оптоизолятор — это устройство, содержащее светоизлучающий диод ( LED ) и фотодатчик (фотодетектор, такой как фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и т. д.).Назначение оптопары — передавать сигналы от одной цепи к другой, сохраняя при этом их гальваническую развязку.

Здесь я хочу показать вам, как проверить, работает ли оптопара. Поэтому для демонстрации я выбрал один из наиболее часто используемых оптронов (PC123 — 4 контакта), но вы можете использовать тот же принцип для всех оптронов (примечание: сначала проверьте техническое описание).

Этап 1

Используя схему справа, определите контакты; сначала анод и катод светодиода (в данном случае контакты 1 и 2 ), а затем с помощью омметра, настроенного на область «X1 Ом», измерьте между контактами 1 и 2, и вы должны получить одно показание измерения в одну сторону и без чтения в другую сторону (точно так же, как вы проверяете диод).Если вы получаете значение в любом случае или вообще не получаете значения, то, безусловно, проблема со светодиодом, и вам следует найти другую оптопару.

Этап 2

Если светодиод исправен, то мы должны проверить фототранзистор, вы можете измерить его с помощью омметра так же, как светодиод между контактами 3 и 4 (эмиттер и коллектор), и вы должны получить высокое значение сопротивления в обоих направлениях, если фототранзистор хорошо. Если вы вообще не получите показаний, вероятно, потому, что большинство фототранзисторов имеют такое высокое сопротивление между эмиттером и коллектором, что омметр не может его измерить; в этом случае вы можете соединить два омметра последовательно, тем самым увеличив область измерения; … хотя я думаю, что у большинства нет двухметров, поэтому я рекомендую «эмпирический» метод, предполагая, что у вас есть регулируемый источник питания постоянного тока.

«Эмпирический» метод

Подключите омметр (X1 кОм или X10 кОм) между эмиттером и коллектором (3 и 4) следующим образом: красный щуп к коллектору, а черный щуп к эмиттеру. Теперь подключите резистор в несколько сотен Ом (~300 Ом) последовательно с анодом светодиода, после этого включите блок питания и начните увеличивать напряжение от 0 до 2…3 вольт, и вы должны увидеть на омметром, как уменьшается выходное сопротивление при увеличении входного напряжения и наоборот.

Оптопары – работа, характеристики, сопряжение, схемы применения

ОПТОПАРЫ ИЛИ ОПТОИЗОЛЯТОРЫ — это устройства, которые обеспечивают эффективную передачу сигнала постоянного тока и других данных по двум каскадам цепи, а также одновременно поддерживают превосходный уровень электрической изоляции между ними.

Оптопары становятся особенно полезными, когда электрический сигнал должен передаваться по двум каскадам цепи, но с чрезвычайной степенью электрической изоляции между каскадами.

Оптопары работают как переключатели логического уровня между двумя цепями. Они способны блокировать передачу помех через интегральные схемы, изолировать логические уровни от высоковольтной линии переменного тока и устранять контуры заземления.

Оптопары становятся эффективной заменой реле и трансформаторов для сопряжения каскадов цифровых схем.

Кроме того, частотная характеристика оптопары не имеет себе равных в аналоговых схемах.

Внутренняя конструкция оптопары

Внутри оптрон содержит инфракрасный или ИК-излучатель светодиода (обычно изготавливается из арсенида галлия).Этот ИК-светодиод оптически связан с соседним кремниевым фотодетектором, который обычно представляет собой фототранзистор, фотодиод или любой аналогичный фоточувствительный элемент). Эти два взаимодополняющих устройства герметично заключены в непрозрачный светонепроницаемый корпус.

На приведенном выше рисунке показан вид в разрезе типичной шестиконтактной микросхемы оптопары с двойной линией (DIP). Когда на клеммы, соединенные с ИК-светодиодом, подается соответствующее напряжение прямого смещения, он внутренне излучает инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 900 до 940 нанометров.

Этот ИК-сигнал попадает на соседний фотодетектор, который обычно представляет собой фототранзистор NPN (с чувствительностью, установленной на той же длине волны), и мгновенно проводит, создавая непрерывность между выводами коллектора/эмиттера.

Как видно на изображении, ИК-светодиод и фототранзистор установлены на соседних плечах выводной рамки.

Выводная рамка в виде штамповки выточена из тонкого токопроводящего листового металла, имеющего несколько ответвлений отделки.Изолированные подложки, которые включены для усиления устройства, создаются с помощью внутренних ответвлений. Соответствующая цоколевка DIP соответственно вырабатывается из внешних ветвей.

После того, как между корпусом кристалла и соответствующими штырями выводной рамки установлены проводящие соединения, пространство вокруг ИК-светодиода и фототранзистора герметизируется прозрачной смолой, поддерживающей ИК-излучение, которая ведет себя как «световод» или оптический волновод. между двумя ИК-устройствами.

В завершение весь узел заливают светонепроницаемой эпоксидной смолой, образуя DIP-корпус. В конце штыревые клеммы выводной рамки аккуратно загибаются вниз.

Распиновка оптопары

На приведенной выше схеме показана схема распиновки типичной оптопары в корпусе DIP. Устройство также известно как оптоизолятор, поскольку между двумя чипами не протекает ток, а только световые сигналы, а также потому, что ИК-излучатель и ИК-детектор имеют 100% электрическую изоляцию и изоляцию.

Другими популярными названиями, связанными с этим устройством, являются фотопара или изоляторы с фотопарой.

Мы видим, что база внутреннего ИК-транзистора подключена к выводу 6 микросхемы. Эта база обычно остается неподключенной, поскольку основная цель устройств состоит в том, чтобы соединить две цепи через изолированный внутренний ИК-световой сигнал.

Аналогично, контакт 3 имеет открытую или неподключенную распиновку и не имеет значения. Внутренний ИК-фототранзистор можно преобразовать в фотодиод, просто закоротив и соединив базовый вывод 6 с эмиттерным выводом 4.

Однако указанная выше функция может быть недоступна в 4-контактной оптопаре или многоканальных оптронах.

Характеристики оптопары

Оптопара обладает одной очень полезной характеристикой, а именно эффективностью световой связи, называемой коэффициентом передачи тока или CTR.

Это соотношение улучшается благодаря идеальному согласованию спектра сигнала ИК-светодиода со спектром обнаружения соседнего фототранзистора. Таким образом,

CTR определяется как отношение выходного тока к входному току при номинальном уровне смещения определенного оптронного устройства.Он представлен в процентах:

CTR = I ced / I f x 100%

ток на ИК-светодиод. Минимальные значения CTR могут отличаться от 20 до 100 % для различных оптронов.

Факторы, которые могут изменить CTR, зависят от мгновенных характеристик входного и выходного напряжения питания и тока устройства.

На приведенном выше рисунке показан характеристический график зависимости выходного тока внутреннего фототранзистора оптопары (I CB ) от входного тока (I F ), когда на его выводы коллектора/базы подается напряжение VCB 10 В.

Важные технические характеристики оптопары

Некоторые из основных параметров спецификации оптопары можно изучить из приведенных ниже данных:

Напряжение изоляции (Viso) выходные каскады оптопары, не причиняя вреда устройству.Стандартные значения этого параметра могут находиться в диапазоне от 500 В до 5 кВ (среднеквадратичное значение).

VCE: можно понимать как максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к выводам фототранзистора устройства. Обычно это может варьироваться от 30 до 70 вольт.

Если : это максимальный непрерывный прямой ток постоянного тока , который может протекать через ИК — светодиод или I КРАСНЫЙ . Это стандартные значения пропускной способности по току, указанные для выхода фототранзистора оптопары, которые могут находиться в диапазоне от 40 до 100 мА.

Время нарастания/спада : Этот параметр определяет логическую скорость отклика оптопары на внутреннем ИК-светодиоде и фототранзисторе. Обычно это может быть от 2 до 5 микросекунд как для нарастания, так и для спада. Это также говорит нам о пропускной способности устройства оптопары.

Базовая конфигурация оптопары

На приведенном выше рисунке показана базовая схема оптопары. Величина тока, который может проходить через фототранзистор, определяется приложенным током прямого смещения ИК-светодиода или I RED , несмотря на то, что они полностью разделены.

Пока переключатель S1 удерживается разомкнутым, ток через I RED блокируется, что означает, что фототранзистор не получает ИК-энергию.

Это делает устройство полностью неактивным, вызывая нулевое напряжение на выходном резисторе R2.

Когда S1 замкнут, ток может течь через I RED и R1.

Это активирует ИК-светодиод, который начинает излучать ИК-сигналы на фототранзистор, позволяя ему включиться, что, в свою очередь, приводит к возникновению выходного напряжения на резисторе R2.

Эта базовая схема оптрона особенно хорошо реагирует на входные сигналы переключения ВКЛ/ВЫКЛ.

Однако при необходимости схема может быть модифицирована для работы с аналоговыми входными сигналами и генерации соответствующих аналоговых выходных сигналов.

Типы оптронов

Фототранзистор любого оптрона может поставляться с различными выходными коэффициентами усиления и рабочими характеристиками. Схема, описанная ниже, изображает шесть других форм вариантов оптронов, которые имеют свои собственные комбинации IRED и выходного фотодетектора.

В первом варианте выше показана схема оптрона с двунаправленным входом и выходом фототранзистора с парой встречно-соединенных IRED на арсениде галлия для соединения входных сигналов переменного тока, а также для защиты от обратной полярности на входе.

Обычно минимальный CTR этого варианта составляет 20%.

Следующий тип иллюстрирует оптопару, выходной сигнал которой усилен усилителем фотодарлингтона на основе кремния. Это позволяет ему производить более высокий выходной ток по сравнению с другими обычными оптронами.

Благодаря элементу Дарлингтона на выходе оптопары этого типа способны обеспечить не менее 500% CTR при напряжении между коллектором и эмиттером от 30 до 35 вольт. Эта величина оказывается примерно в десять раз выше, чем у обычной оптопары.

Однако они могут быть не такими быстрыми, как другие обычные устройства, и это может быть существенным компромиссом при работе с соединителем фотодарлингтона.

Кроме того, эффективная полоса пропускания может быть уменьшена примерно в десять раз.Стандартные отраслевые версии оптронов photoDarlington: от 4N29 до 4N33, а также 6N138 и 6N139.

Вы также можете приобрести их как двухканальные и четырехканальные ответвители фотодарлингтона.

На третьей приведенной выше схеме показана оптопара с фотодатчиком IRED и MOSFET с двунаправленным линейным выходом. Диапазон напряжения изоляции этого варианта может достигать 2500 вольт RMS. Диапазон напряжения пробоя может находиться в пределах от 15 до 30 вольт, а время нарастания и спада составляет около 15 микросекунд каждое.

Следующий вышеприведенный вариант демонстрирует базовый оптофотодатчик на основе тринистора или тиристора. Здесь выход управляется через SCR. Напряжение изоляции ответвителей типа OptoSCR обычно составляет от 1000 до 4000 вольт (среднеквадратичное значение). Он имеет минимальное напряжение блокировки от 200 до 400 В. Наибольшие токи включения (I vr ) могут составлять около 10 мА.

На изображении выше показана оптопара с фотосимисторным выходом. Выходные ответвители на основе тиристоров такого типа обычно имеют прямое напряжение блокировки (VDRM) 400 В.

Также доступны оптопары со свойством триггера Шмитта. Этот тип оптопары показан выше и включает в себя оптодатчик на основе ИС с триггером Шмитта ИС, который преобразует синусоидальный сигнал или любую форму импульсного входного сигнала в прямоугольное выходное напряжение.

Эти устройства на основе фотодетекторов ИС на самом деле предназначены для работы в качестве схемы мультивибратора. Напряжение изоляции может находиться в диапазоне от 2500 до 4000 вольт.

Ток включения обычно указывается в пределах от 1 до 10 мА.Минимальный и максимальный рабочие уровни питания составляют от 3 до 26 вольт, а максимальная скорость передачи данных (NRZ) составляет 1 МГц.

Прикладные схемы

Внутреннее функционирование оптронов точно такое же, как у дискретно настроенного узла ИК-передатчика и приемника.

Контроль входного тока

Как и любой другой светодиод, ИК-светодиод оптрона также нуждается в резисторе для управления входным током в безопасных пределах. Этот резистор можно подключить к светодиоду оптопары двумя основными способами, как показано ниже:

Резистор можно добавить последовательно либо с анодной клеммой (a), либо с катодной клеммой (b) IRED.

Оптопара переменного тока

В наших предыдущих обсуждениях мы узнали, что для ввода переменного тока рекомендуются оптопары переменного тока. Однако любую стандартную оптопару также можно безопасно настроить на вход переменного тока, добавив внешний диод к входным контактам IRED, как показано на следующей схеме.

Эта конструкция также обеспечивает защиту устройства от случайного обратного входного напряжения.

Цифровое или аналоговое преобразование

Чтобы получить цифровое или аналоговое преобразование на выходе оптопары, последовательно с выводом коллектора оптотранзистора или выводом эмиттера можно добавить резистор, как показано ниже:

Преобразование в Фототранзистор или фотодиод

Как указано ниже, выходной фототранзистор обычной 6-контактной DIP-оптопары можно преобразовать в выходной фотодиод, соединив базовый контакт 6 фототранзистора с землей и оставить эмиттер неподключенным или закоротить его контактом 6.

Эта конфигурация приводит к значительному увеличению времени нарастания входного сигнала, но также приводит к резкому снижению значения CTR до 0,2%.

Оптопара Цифровой интерфейс

Оптопары могут быть превосходны, когда речь идет о интерфейсе цифровых сигналов, работающих при различных уровнях питания.

Оптопары могут использоваться для сопряжения цифровых ИС в идентичных семействах TTL, ECL или CMOS, а также между этими семействами микросхем.

Оптопары также являются фаворитами, когда речь идет о взаимодействии персональных компьютеров или микроконтроллеров с другими мейнфреймами или нагрузками, такими как двигатели, реле, соленоиды, лампы и т. д.На приведенной ниже схеме показана схема сопряжения оптопары со схемами ТТЛ.

Взаимодействие микросхемы ТТЛ с оптопарой

Здесь мы видим, что IRED оптрона подключен через +5В и выход затвора ТТЛ, вместо обычного пути между выходом ТТЛ и землей.

Это связано с тем, что ТТЛ-затворы рассчитаны на очень низкий выходной ток (около 400 мкА), но рассчитаны на достаточно высокий ток потребления (16 мА). Таким образом, указанное выше подключение обеспечивает оптимальный ток активации для IRED при низком значении TTL.Однако это также означает, что выходной отклик будет инвертирован.

Другим недостатком, существующим с выходом TTL-затвора, является то, что, когда его выход имеет ВЫСОКИЙ уровень или логическую 1, может создаваться уровень около 2,5 В, которого может быть недостаточно для полного отключения IRED. Оно должно быть не менее 4,5 В или 5 В, чтобы можно было полностью отключить IRED.

Чтобы исправить эту проблему, включен резистор R3, который обеспечивает полное отключение IRED всякий раз, когда выход затвора TTL становится ВЫСОКИМ даже при напряжении 2,5 В. ИС ТТЛ.Это важно, потому что вход затвора TTL должен быть надлежащим образом заземлен, по крайней мере, ниже 0,8 В при 1,6 мА, чтобы обеспечить правильный логический 0 на выходе затвора. Следует отметить, что установка, показанная на рисунке выше, допускает неинвертирующую характеристику на выходе.

Интерфейс CMOS IC с оптопарой

В отличие от аналога TTL, выходы CMOS IC могут без проблем подавать и потреблять достаточные токи величиной до многих мАс.

Следовательно, эти ИС можно легко соединить с оптопарой IRED либо в режиме приемника, либо в режиме истока, как показано ниже.

Независимо от того, какая конфигурация выбрана на входе, сопротивление R2 на выходе должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить полный размах выходного напряжения между состояниями логического 0 и 1 на выходе вентиля CMOS.

Взаимодействие микроконтроллера Arduino и BJT с оптопарой

На приведенном выше рисунке показано, как связать выходной сигнал микроконтроллера или Arduino (5 В, 5 мА) с относительно высокой токовой нагрузкой через оптопару и каскады BJT.

При HIGH логике +5 В от Arduino оптопара IRED и фототранзистор остаются выключенными, что позволяет Q1, Q2 и двигателю нагрузки оставаться включенными.

Теперь, как только выход Arduino становится низким, оптопара IRED активируется и включает фототранзистор. Это мгновенно заземляет базовое смещение Q1, отключая Q1, Q2 и двигатель.

Интерфейс аналоговых сигналов с оптопарой

Оптопара также может эффективно использоваться для сопряжения аналоговых сигналов между двумя каскадами цепи путем определения порогового тока через IRED и последующей его модуляции приложенным аналоговым сигналом.

На следующем рисунке показано, как этот метод можно применить для соединения аналогового аудиосигнала.

Операционный усилитель IC2 сконфигурирован как схема повторителя напряжения с единичным коэффициентом усиления. Можно увидеть, что IRED оптопары подключен к контуру отрицательной обратной связи.

Эта петля заставляет напряжение на R3 (и, следовательно, ток через IRED) точно следовать или отслеживать напряжение, которое подается на контакт № 3 операционного усилителя, который является неинвертирующим входным контактом.

Этот контакт 3 операционного усилителя настроен на половину напряжения питания через цепь делителя потенциала R1, R2. Это позволяет модулировать контакт 3 сигналами переменного тока, которые могут быть аудиосигналами, и вызывает изменение освещения IRED в зависимости от этого аудиосигнала или модулирующего аналогового сигнала.

Ток покоя или потребляемый ток холостого хода для тока IRED достигается при 1–2 мА через резистор R3.

На выходе оптрона ток покоя определяется фототранзистором. Этот ток создает напряжение на потенциометре R4, значение которого необходимо отрегулировать таким образом, чтобы он генерировал выходной сигнал покоя, который также равен половине напряжения питания.

Эквивалент модулированного выходного аудиосигнала слежения извлекается через потенциометр R4 и развязывается через C2 для дальнейшей обработки.

Взаимодействие симистора с оптопарой

Оптопары идеально подходят для создания идеально изолированной связи между цепью управления с низким постоянным током и цепью управления симистором с высоким переменным током.

Рекомендуется, чтобы сторона заземления входа постоянного тока была подключена к соответствующей линии заземления.

Полный комплект показан на следующей диаграмме:

Приведенная выше конструкция может использоваться для изолированного управления сетевыми лампами переменного тока, нагревателями, двигателями и другими подобными нагрузками.Эта схема не управляется пересечением нуля, что означает, что входной триггер вызовет переключение симистора в любой точке сигнала переменного тока.

Здесь цепь, образованная резисторами R2, D1, D2 и C1, создает разность потенциалов 10 В, полученную от сетевого входа переменного тока. Это напряжение используется для срабатывания симистора через Q1 всякий раз, когда входная сторона включается путем замыкания переключателя S1. Это означает, что пока S1 открыт, оптопара выключена из-за нулевого смещения базы для Q1, которое удерживает симистор в выключенном состоянии.

В момент замыкания S1 активируется IRED, который включает Q1. Затем Q1 подключает 10 В постоянного тока к затвору симистора, который включает симистор и, в конечном итоге, также включает подключенную нагрузку.

Следующая выше схема разработана с кремниевым монолитным переключателем нулевого напряжения CA3059/CA3079. Эта схема позволяет симистору запускаться синхронно, то есть только во время пересечения нулевого напряжения формы волны цикла переменного тока.

При нажатии S1 операционный усилитель реагирует на него только в том случае, если цикл переменного тока на входе симистора составляет около нескольких мВ вблизи линии пересечения нуля.Если входной триггер выполняется, когда переменный ток не находится вблизи линии пересечения нуля, то операционный усилитель ждет, пока сигнал не достигнет точки пересечения нуля, и только затем запускает симистор с помощью положительной логики с его вывода 4.

Эта функция переключения при переходе через нуль защищает подключенное устройство от внезапных скачков и скачков тока, поскольку включение происходит при переходе через ноль, а не при пиковых значениях переменного тока.

Это также устраняет ненужные радиопомехи и помехи в линии электропередачи.Этот переключатель перехода через нуль на основе симистора оптопары может эффективно использоваться для создания твердотельных реле или твердотельных реле.

PhotoSCR и PhotoTriacs Optocouple Application

Оптопары, имеющие фотодетектор в виде photoSCR и фото-триак-выход, обычно рассчитаны на меньший выходной ток.

Однако, в отличие от других оптопарных устройств, optoTriac или optoSCR обладают достаточно высокой пропускной способностью (импульсным) импульсного тока, которая может быть намного выше их номинальных среднеквадратичных значений.

Для оптронов SCR спецификация импульсного тока может достигать 5 ампер, но это может быть форма импульса длительностью 100 мкс и коэффициент заполнения не более 1%.

Для симисторных оптронов пиковое значение может составлять 1,2 А, которое должно длиться только в течение 10 микросекундного импульса с максимальным рабочим циклом 10 %.

На следующих изображениях показаны несколько прикладных схем, использующих симисторные оптопары.

На первой диаграмме видно, что фототриак настроен на включение лампы напрямую от сети переменного тока.Здесь лампа должна быть рассчитана на среднеквадратичное значение менее 100 мА и коэффициент пикового пускового тока ниже 1,2 А для безопасной работы оптопары.

Второй вариант показывает, как оптопара фототриака может быть сконфигурирована для запуска подчиненного симистора и последующей активации нагрузки в соответствии с любой предпочтительной номинальной мощностью. Данную схему рекомендуется использовать только с резистивными нагрузками, такими как лампы накаливания или нагревательные элементы.

На третьем рисунке выше показано, как можно модифицировать две верхние цепи для работы с индуктивными нагрузками, такими как двигатели.Схема состоит из резисторов R2, C1 и R3, которые генерируют фазовый сдвиг в цепи привода затвора симистора.

Это позволяет симистору выполнить правильное действие запуска. Резистор R4 и C2 вводятся в качестве демпферной цепи для подавления и контроля всплесков перенапряжения из-за индуктивных обратных ЭДС. срабатывание симисторного фотоприемника.

Применение счетчика скорости или датчика оборотов

На приведенных выше рисунках поясняется пара уникальных специализированных модулей оптопар, которые можно использовать для приложений измерения скорости или измерения оборотов.

Первый концепт представляет собой изготовленный по индивидуальному заказу узел муфты-прерывателя с прорезями. Мы видим прорезь в виде воздушного зазора между ИКЭ и фототранзистором, которые установлены на отдельных коробках друг напротив друга поперек прорези воздушного зазора.

Обычно инфракрасный сигнал может проходить через слот без какой-либо блокировки, пока на модуль подается питание. Мы знаем, что инфракрасные сигналы можно полностью заблокировать, поместив на их пути непрозрачный объект. В обсуждаемом применении, когда препятствие, такое как спицы колеса, может перемещаться через прорезь, это вызывает прерывание прохождения ИК-сигналов.

Затем они преобразуются в тактовую частоту на выходе клемм фототранзистора. Эта выходная тактовая частота будет варьироваться в зависимости от скорости колеса и может быть обработана для необходимых измерений. .

Указанный слот может иметь ширину 3 мм (0,12 дюйма). Фототранзистор, используемый внутри модуля, должен иметь фототранзистор с минимальным CTR около 10% в «открытом» состоянии.

Модуль фактически представляет собой реплику стандартной оптопары со встроенным ИК и фоторезистором, с той лишь разницей, что здесь они дискретно собраны в отдельных коробках с разделяющим их прорезью воздушного зазора.

Первый модуль выше может использоваться для измерения оборотов или как счетчик оборотов. Каждый раз, когда язычок колеса пересекает прорезь оптопары, фототранзистор выключается, производя один отсчет.

На прилагаемом втором рисунке показан модуль оптопары, предназначенный для реагирования на отраженные ИК-сигналы.

ИКЭ и фототранзистор установлены в отдельных отсеках модуля таким образом, что обычно они не могут «видеть» друг друга. Однако два устройства установлены таким образом, что оба имеют общий угол фокусировки, равный 5 мм (0,2 дюйма) прочь.

Это позволяет модулю прерывателя обнаруживать близлежащие движущиеся объекты, которые не могут быть вставлены в тонкий слот. Этот тип оптомодуля отражателя можно использовать для подсчета прохождения крупных объектов по конвейерным лентам или объектов, скользящих по подающей трубе.

На втором рисунке выше мы видим модуль, применяемый в качестве счетчика оборотов, который обнаруживает отраженные ИК-сигналы между ИКЭ и фототранзистором через зеркальные отражатели, установленные на противоположной поверхности вращающегося диска.

Расстояние между модулем оптопары и вращающимся диском равно 5 мм фокусного расстояния пары излучающих детекторов.

Отражающие поверхности на колесе могут быть изготовлены с использованием металлизированной краски, ленты или стекла. Эти специализированные модули дискретных оптопар также можно эффективно применять для подсчета скорости вращения вала двигателя, измерения числа оборотов вала двигателя или числа оборотов в минуту и ​​т. д. Объясненная выше концепция фотопрерывателей и фоторефлекторов может быть построена с использованием любого оптодетекторного устройства, такого как фотодарлингтон, photoSCR, и устройства photoTriac в соответствии со спецификациями конфигурации выходной цепи.

Сигнализация вторжения в дверь/окно

Описанный выше модуль прерывателя оптоизолятора может быть также эффективно использован в качестве сигнализации вторжения в дверь или окно, как показано ниже: тревога.

Здесь схема использует таймеры IC 555 в качестве однократного таймера для подачи сигнала тревоги.

Щель воздушного зазора оптоизолятора перекрывается рычажным креплением, которое также интегрируется в окно или дверь.

В случае открытия двери или окна блокировка в щели устраняется, а ИК-светодиод достигает фототранзисторов и активирует однократный моностабильный каскад IC 555.

IC 555 мгновенно включает пьезозуммер, предупреждающий о вторжении.

Оптопары, часть 1: Принципы и полезность Часто задаваемые вопросы

Оптопара, также называемая оптоизолятором, является одним из наиболее полезных, универсальных компонентов для решения проблем, доступных инженеру-конструктору.Это маленькое немонолитное устройство делает одно дело и делает это хорошо, в большинстве случаев с минимальными сложностями и без программного обеспечения. В этом FAQ будут рассмотрены принципы его работы, ключевые параметры и области применения этого широко используемого компонента.

В: Проще говоря, что такое оптопара?

A: Это электрооптический компонент (обычно всего с четырьмя клеммами) и концептуально простой принцип работы, Рисунок 1 . Два контакта подключаются к инфракрасному (ИК) светодиоду и управляют им, а два других являются выходом фототранзистора (размещенного в том же корпусе), который воспринимает свет, излучаемый светодиодом.(Специальный оптопровод встроен в оптопару между светоизлучающим светодиодом и фототранзисторным приемником).

Рис. 1. Функциональная схема оптопары проста: управляемый током светодиод со стороны входа (с анодом и катодом) подает ИК-фотоны на фототранзистор, который переходит от отсечки к проводимости по мере увеличения интенсивности падающих фотонов (Источник изображения: BrainKart, LLC)

Таким образом, связь между входным светодиодом и выходным фототранзистором является оптической, а не электрической.Светодиод можно расположить над фототранзистором или рядом с ним, Рисунок 2 . Размер корпуса обычно составляет всего несколько мм с каждой стороны, что-то вроде 4-контактной DIP-ИС.

Рис. 2: Оптопара не является монолитным устройством, хотя выглядит и упакована как единое целое; вместо этого фототранзистор (красный) размещается над фототранзистором (зеленый) или рядом с ним с промежуточным оптическим путем, который обеспечивает как канал для фотонов, так и физическое разделение входа и выхода. (Источник изображения: Википедия)

В: Что тогда происходит?

А: Чем больше тока подается на светодиод, тем больше выходная мощность светодиода.Когда ток равен нулю или близок к нему, светодиод не производит фотонов или производит мало фотонов. Таким образом, фототранзистор «выключен», и никакой ток (за исключением небольшого тока утечки) не течет от его коллектора к эмиттеру. По мере увеличения тока светодиода фототранзистор проводит больший ток, пока он не станет полностью включенным (насыщенным), и не будет проводить максимальный ток с небольшим падением напряжения на его выходе.

В: Каковы последствия этой связи с использованием оптического пути?

A: В результате отсутствует гальванический (омический) путь между входом и выходом.Информация, переносимая электрическим сигналом со стороны входа, становится электрическим сигналом со стороны вывода, но без какого-либо промежуточного электрического пути.

В: Зачем это нужно?

A: Существует множество ситуаций, когда две части системы или цепи должны быть электрически изолированы. Среди множества ситуаций следующие:

— одна сторона схемы заземлена, а другая — нет («плавающая»), как при управлении верхним МОП-транзистором в топологии привода Н-моста;

— когда безопасность и возможные режимы отказа диктуют необходимость разделения высоковольтной цепи и низковольтной цепи для пользователя и системы, а также для решения проблем с электрическим интерфейсом, Рисунок 3 ;

Рис. 3. Изоляция часто требуется в обычных приложениях, например, в случае электрического сбоя в компоненте или кабеле; здесь изоляция предотвращает попадание более высоких напряжений немедицинского устройства с питанием от переменного тока, такого как дисплей ПК, на медицинское оборудование и пациента.(Источник изображения: Ankrit Technologies GmbH)

— даже в низковольтных цепях, таких как автомобили, они гарантируют, что сбой в одной функции цепи не «распространится» на другие и не вызовет дополнительных сбоев;

— когда система должна измерять напряжение на отдельной батарее в последовательно соединенной цепочке батарей;

— когда подцепи имеют разный потенциал земли;

— при наличии общего кода напряжения или шума между двумя подсхемами, которые необходимо инвертировать или подавить, чтобы остался только желаемый дифференциальный сигнал;

— где регулятор мощности должен иметь изоляцию первичной и вторичной сторон (обеспечиваемую силовым трансформатором), но первичная сторона также нуждается в обратной связи от выхода для управления функцией регулирования, и этот сигнал обратной связи должен быть изолирован для обеспечения общей изоляции регулятора;

Это лишь некоторые из многих ситуаций, которые либо выигрывают, либо требуют использования электрической изоляции.Во второй части этого FAQ мы рассмотрим некоторые из них более подробно.

В: Существуют ли альтернативы оптрону?

A: Да, существуют и другие методы гальванической развязки: магнитная с использованием трансформаторов или связанных катушек (может использоваться для постоянного тока и низких частот путем модуляции высокочастотной несущей), емкостная с использованием параллельных мест, изготовленных на ИС, и даже РФ. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки (здесь не обсуждаются), но решение на основе оптики является одним из наиболее широко используемых.

В: Можно ли использовать оптоизолятор для аналоговых и цифровых сигналов?

А: Да, абсолютно. Некоторые из них оптимизированы для цифровых сигналов (вкл./выкл.), где вход фототранзистора используется для полного разрешения или блокировки протекания тока. В этой ситуации оптопара используется в качестве твердотельного реле для замены электромеханического реле. В других случаях, таких как сигнал обратной связи регулятора мощности, оптопара работает в аналоговом режиме, и выходной сигнал достаточно линейный по отношению к входному.

В: Каковы возможные недостатки оптопары?

A: Во-первых, это активное устройство, и светодиод должен питаться подходящим током, который может варьироваться от 20 мА до примерно 50 мА. Кроме того, существует явление, называемое старением светодиодов, при котором выходная мощность светодиодов со временем ухудшается и обычно достигает половинной мощности примерно через 20 лет. Это означает, что срок службы оптопары может быть меньше, чем допустимо для приложения. Однако усовершенствования технологии процесса значительно сократили это старение, и некоторые поставщики гарантируют, что их устройства будут соответствовать спецификациям в течение 20 лет.

В: Это все?

A: Нет, это больше, особенно в качестве SSR, заменяющего электромеханическое реле. Оптопара должна иметь ток на своем выходе, и она не может обеспечить то, что называется простым замыканием контактов «сухой цепи», которое предлагает электромеханическое реле. Кроме того, электромеханическое реле поддерживает широкий спектр входных типов и диапазонов (ток и напряжение) как для катушки, так и для контактов, и они не должны быть одинаковыми; Например.Реле может использовать сигнал постоянного тока 5 В для прямого управления линией переменного тока 120 В.

Также, в отличие от электромеханических реле, оптопары представляют собой ТТР с одним входом, одним выходом, нормально разомкнутыми (хотя есть и специализированные с несколькими параллельными выходами через сдвоенные фототранзисторы. Ни одно ТТР не может эмулировать одиночное электромеханическое реле с несколькими одновременными нормально разомкнутыми и нормально замкнутые контакты Наконец, размеры контактов реле могут быть рассчитаны на прямое переключение высоких напряжений и токов, в то время как возможности оптопары гораздо более ограничены, но во многих приложениях это не проблема.

Часть 2 этого часто задаваемых вопросов более подробно рассматривает параметры и приложения.

Ссылки

  1. EEWorldonline.com, Power Electronic Tips, «Соленоиды и реле, часть 1»
  2. EEWorldonline.com, Советы по силовой электронике, «Соленоиды и реле, часть 2»
  3. EEWorldonline.com «Гальваническая развязка систем электромобилей»
  4. EEWorldonline.com, «Технология электрической изоляции в Silicon Labs»
  5. EEWorldонлайн.com, «Почему изолированные цифровые входы заменяют оптопары в системах до 300 В»
  6. EEWorldonline.com, «Выбор оптопары для изоляции ШИМ»
  7. EEWorldonline.com, «Как земли и места общего пользования должны быть связаны друг с другом?»
  8. EEWorldonline.com, «Прогары и зазоры в электронном оборудовании»
  9. Renesas Electronics Corp., «Коэффициент передачи тока (CTR) и время отклика оптопар/оптопары»
  10. Fairchild/ON Semiconductor, Замечания по применению AN-3001, «Схемы управления входными сигналами оптопары»
  11. Vishay Semiconductors, Замечания по применению 01, «Рекомендации по чтению технического описания оптопары»
  12. Vishay Semiconductors, Руководство по применению 02, «Оптопары и твердотельные реле: примеры применения»
  13. Калифорнийские Восточные Лаборатории, «Руководство по проектированию оптронов на основе приложений»
  14. California Eastern Laboratories, «Руководство по выбору продукции для оптопар»
  15. Электронный блог Kynix Semiconductor, «Как работает оптопара и основы оптопары»
  16. Elprocus, «Оптопары — типы и области применения»

 

Выбор и использование оптопары для изоляции широтно-импульсной модуляции

Оптопара (или оптоизолятор) — это устройство, которое гальванически разделяет цепи и не только хорошо изолирует, но и позволяет подключаться к цепям с разными плоскостями заземления или которые работают при другом напряжении уровни.Оптопары являются «отказоустойчивыми» в том смысле, что при воздействии напряжения, превышающего максимальное номинальное значение, известно, что они разрываются как разомкнутая цепь. Оптопара достигает этой изоляции, принимая сигналы, которые он получает на свой вход, и передавая сигналы с помощью света на свой выход. Оптопара преобразует сигнал на своем входе в инфракрасный световой луч с помощью инфракрасного светодиода (LED). Инфракрасный луч проходит через зазор внутри корпуса оптопары к светочувствительному устройству (например,например, фотодиод, фототранзистор и т. д.), который снова превращает свет в сигнал и посылает его из оптопары в качестве выхода. Внутри оптопары имеется воздушный зазор или изолирующее стекло для пересечения луча, поэтому между входной и выходной сторонами оптопары нет электрического соединения. Обычно используется оптопара ON Semiconductor 4N25 (ранее Fairchild), как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. ON Semi 4N25 — хороший базовый пример, но официально он устарел. Тем не менее, доступно множество вариаций оригинального номера детали.(Источник: спецификация ON Semiconductor) Оптопары

обеспечивают полную гальваническую развязку между цепями на входных и выходных клеммах оптопары. Выход оптопары отражает вход, и подключение оптопары похоже на работу со светодиодом, для которого может потребоваться использование токоограничивающего резистора (см. техническое описание оптопары). Хотя оптопары ограничены частотой, на которой они могут работать (что в основном зависит от типа фоторецептора внутри), оптопары обеспечивают защиту от перенапряжения, переходных процессов высокого напряжения и могут использоваться для устранения шума за пределами рабочего диапазона оптопары.Кажется, что оптопары лучше всего использовать в цифровой среде, однако можно использовать оптопары для изоляции сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Однако скорость оптопары является ключевой; минимальная ширина импульса ШИМ должна быть больше, чем скорость переключения оптопары. Но как получить эту информацию из паспорта оптопары?

Проще говоря, частота ШИМ (F ШИМ ) (Гц) связана с максимальным числом шагов, которое должна достичь оптопара.Возможно, было бы лучше просто выполнить некоторые расчеты, чтобы сначала поэкспериментировать с возможностями на бумаге, что более эффективно, чем гадать и покупать оптопары, чтобы увидеть, работают ли они.

Быстрый расчет можно сделать, если известны частота ШИМ (F ШИМ ), время нарастания (t R ) и время спада (t F ) оптрона: F ШИМ = 2 /n(t R + t F ), где n — количество дискретных шагов, которые может разместить оптрон.Решите для n:

n=2/[F ШИМ (t R +t F )]

, и у вас есть количество ступеней, которое оптрон должен быть в состоянии разместить, исходя из данных времени нарастания и спада в техническом описании оптрона.

Пример 1: 4N25

В списках 4N25 указано только время включения и выключения при 2 мкс и 10 мкс (макс.). Решив n, находим, что при частоте ШИМ 2кГц оптрон 4N25 может видеть максимум 83 ступени. Если вы не готовы перейти на гораздо более низкую частоту от вашего ШИМ, количество шагов, которое оптрон 4N25 сможет разрешить, будет недостаточным.Однако 4-битный ШИМ дает 16 шагов (2 4 = 16), а поскольку 4N25 может достигать 83 шагов, эти параметры могут работать вместе. Но если вы хотите работать на более высокой частоте или разрешении, лучше использовать высокоскоростную оптопару.

Пример 2: FOD8012A

Давайте посмотрим на более дорогой оптрон, такой как ON Semi FOD8012A, который имеет t R и t F 13 нс вместе с той же частотой ШИМ 2 кГц. Решение для n дает нам 7692 шага.Следовательно, эта оптопара может разрешать 7692 шага ШИМ, работающего на частоте 2 кГц. Если у вас есть 10-битный ШИМ, который имеет 1024 шага (2 10 = 1024), эта высокоскоростная оптопара будет излишней, поскольку оптрон может обрабатывать более 7000 шагов при этой частоте ШИМ 2 кГц. Дело в том, что следующим шагом будет поиск оптрона с более низкой стоимостью и повторный расчет до тех пор, пока вы не найдете оптопару с наименьшей стоимостью, но все еще значительно превышающую разрешение ШИМ на вашей конкретной частоте. (Я всегда считал, что «цена» — это «спецификация», но производители не любят так думать.) Кроме того, вы можете видеть, что если увеличить частоту ШИМ до 20 кГц, вы получите 769 шагов от Fairchild FOD8012A. После нескольких итераций вычислений вы начинаете понимать, что может сработать.

Имейте в виду, что оптопары сильно различаются по многим параметрам, в том числе по характеристикам устройств от производителя к производителю. Выше приведен эскиз того, как сузить выбор перед тестированием оптопары в вашей схеме.

Приложения

Оптопары

используются в регуляторах электропитания, для защиты входов в микропроцессоры и другие чувствительные устройства, а также во многих других приложениях.Оптопары также интегрируются в другие устройства, такие как переключатели и реле (и продаются как изолированные переключатели и изолированные реле) для использования в измерениях, контрольно-измерительных приборах, промышленных элементах управления и испытательном оборудовании.

Рис. 2. Vishay VOR2142 представляет собой оптически изолированное твердотельное реле с пиковым напряжением нагрузки 400 В. Корпус оптопары выглядит как типичная интегральная микросхема (слева). (Источник: vishay.com.)

Основные преимущества оптопары

Оптопара

(opticalcoupler, английская аббревиатура — OC) также известна как оптический изолятор или оптопара, и ее кратко называют оптопара.Это устройство, которое передает электрические сигналы через свет. Обычно люминесцентное устройство (инфракрасный светоизлучающий диод) и фоторецептор (светочувствительная полупроводниковая трубка) заключены в одну оболочку. Когда входной конец добавляет электрический сигнал, светоизлучающий диод излучает свет. После получения света фототранзистор генерирует фототок, который вытекает из выходного конца, таким образом реализуя «электро-опто-электрическое» преобразование. Оптоэлектронный соединитель, который соединяет входной сигнал с выходным сигналом через свет, широко используется в цифровых схемах из-за его небольшого размера, длительного срока службы, отсутствия точки контакта, сильной защиты от помех, изоляции между выходом и входом, и однонаправленная передача сигналов.

 

Основными преимуществами оптопары являются: односторонняя передача сигнала, полная гальваническая развязка между входом и выходом, отсутствие влияния выходного сигнала на вход, сильная помехоустойчивость, стабильная работа, отсутствие контакта, длительный срок службы. и высокая эффективность передачи. Оптопара — это новое устройство, разработанное в 1970-х годах. Он широко используется в электрической изоляции, преобразовании уровня, соединении ступеней, цепи управления, схеме переключения, прерывателе, мульти-резонаторе, изоляции сигнала, разделении ступеней, схеме усиления импульса, цифровом приборе, передаче сигнала на большие расстояния, усилении импульса, твердотельное реле (SSR), контрольно-измерительные приборы, оборудование связи и компьютерный интерфейс.В однокристальном импульсном источнике питания для формирования цепи обратной связи оптопары можно использовать линейную оптопару, а рабочий цикл можно изменить, регулируя ток клеммы управления для достижения цели точной стабилизации напряжения.

 

  

При проектировании схемы оптрона часто пренебрегают двумя параметрами, которые требуют особого внимания.

 

Одно из них — обратное напряжение (Vr), которое представляет собой максимальное обратное напряжение, которое может выдержать исходный светодиод.Если значение превышает это обратное напряжение, это может привести к повреждению светодиода. Для обычного оптического соединителя этот параметр составляет всего около 5 В. При использовании при наличии обратного напряжения или колебаний особое внимание следует уделить тому, чтобы не превысить обратное напряжение. Например, при использовании импульса переменного тока для управления светодиодом необходима дополнительная схема защиты.

 

Другим параметром является коэффициент передачи тока (CTR) оптопары, который относится к соотношению между выходным и входным током оптопары в условиях работы постоянного тока.CTR оптопары аналогичен коэффициенту усиления тока транзистора. Это очень важный параметр оптопары. Он зависит от входных и выходных значений тока оптопары и значений напряжения источника питания оптопары. Эти параметры вместе определяют, работает ли оптопара в состоянии усиления или переключения. Метод расчета аналогичен расчету рабочего состояния транзистора. Если расчет входного тока, выходного тока и коэффициента передачи тока нецелесообразен, схема может не работать в желаемом состоянии.

Введение в их использование с микропроцессорами — ec1optoiso

Оптопары: Введение в их использование с микропроцессорами — ec1optoiso ГЛАВНАЯ > > ЭЛЕКТРОНИКА ГЛАВНАЯ

Оптопары, также известные как оптоизоляторы… использование их с микроконтроллерами

Эта страница знакомит любителей и т. д. с оптопарами. На самом деле не имеет значения, используете ли вы Arduino, Raspberry Pi, PIC… оптопары могут быть вам полезны. На этой странице основное внимание уделяется тому, как оптопары могут помочь в цифровых схемах низкого напряжения.

Оптопары — это элегантные маленькие устройства, в которых мало что может «выйти из строя». И они «отказоустойчивы»: если что-то пойдет не так, ваша система не будет работать, но все должно просто остановиться, а не двигаться в плохом направлении. Рассмотрим свой автомобиль: двигатель «отказоустойчивый». Если он умирает, вы просто съезжаете на обочину и останавливаетесь. Ваши тормоза не являются отказоустойчивыми. Они терпят неудачу, и вы в беде.

На этой странице мы рассмотрим, как оптопары могут быть полезны как на входах, так и на выходах.



Простые оптопары состоят из светодиода и фототранзистора, встроенных в кусочек пластика. Часто этот «кусок пластика» может содержать более одной оптопары. Например, следующий восьмиконтактный корпус DIL будет иметь две независимые оптопары.


Светодиод и фототранзистор не «соединены», но когда светодиод включен, свет от него попадает на фототранзистор внутри небольшого воздушного кармана внутри непрозрачного «кусочка пластика», и фототранзистор проводит.(В причудливых оптронах фототранзистор может быть заменен чем-то другим, что «включается», когда его освещает светодиод.) Далее я нарисовал оптопару черным цветом, а то, что вы можете к нему присоединить, — синим. На зеленом пятне вы получите высокое или низкое напряжение, в зависимости (косвенно) от состояния светодиода, которое само определяется состоянием переключателя.

Вы не увидите свет от светодиода… он будет внутри «кусочка пластмассы».

Вы вполне можете настроить оптопару, как описано выше, с входной линией микропроцессора, например.грамм. Arduino, подключенный к зеленой капле. (О передаче сигнала из микропроцессора через оптопару мы поговорим позже.)

Разделительная плата

Некоторое время назад я создал небольшую печатную плату для «несения» оптронов типа MCT61…

Ссылка приведет вас к деталям, включая цены и способ заказа.

С тех пор я создал «большую, лучшую» четырехканальную плату оптопары с (дополнительными) светодиодами, чтобы пользователь мог сразу увидеть состояние входов и выходов.


Зачем ставить оптопару на вход микропроцессора?

(Я обсуждал размещение оптронов на выходах далее на странице.)

Простая причина? Вы можете использовать оптопару, если не уверены в том, что делаете. Если вы не были уверены, что схемы, которые вы хотите подключить к входу, «безопасны» для вашего относительно дорогого микропроцессора, вы можете подключить микропроцессор к оптрону, как указано выше, и использовать вашу схему для включения и выключения светодиода.Если бы вы это сделали, то многие ошибки, которые вы могли бы сделать, только испортили бы довольно дешевую оптопару. Плохой материал не перепрыгнет через зазор между светодиодом и фототранзистором. Если вы использовали гнездо для чипа оптопары, всегда хорошая идея, то его замена займет всего минуту.

Это одна из простых причин для использования оптопары.

Иногда вещь, которую вы хотите использовать, чтобы сделать ввод высоким или низким, не является «совместным». Возможно, это часть схемы, работающей при каком-то напряжении, которое не устраивает микропроцессор? Без проблем.Напряжение может быть любым удобным… вы соответствующим образом настраиваете резистор. (Подробности см. в моем руководстве по светодиодам.)

Конечно, то, что включает и выключает светодиод, не всегда будет простым переключателем.

Даже когда оно есть, и даже если напряжение могло бы быть 5в, при желании 5в не всегда хороший выбор. Предположим, выключатель будет частью анемометра на крыше здания? Проталкивание 12 В через эти длинные провода может иметь больше смысла. И когда грозы пройдут, эти длинные провода станут антенной…. по ним могут пройти индуцированные скачки напряжения. Вы бы предпочли, чтобы сгорела оптопара или ваш микропроцессор?

Если упоминание об анемометре удовлетворило ваше любопытство, у меня есть для вас страницы о мониторинге погоды.

Подключение к фототранзистору

Рассмотрим правую часть схемы выше. Это не всегда будет так, как показано, с зеленым пятном в качестве точки «подключения к микропроцессору». Но для простой работы, скажем, с Arduino, схема почти такая же, как и вы.Для Arduino все будет очень просто: вы просто подключите «верхнюю часть» транзистора к одному из входов Arduino, а нижнюю — к земле Arduino и включите внутренний подтягивающий резистор на входе Arduino.

N.B.: Чтобы воспользоваться преимуществами соединителя (изолятора), вы не можете использовать питание Arduino для активации светодиода. Вам нужно отдельное питание на той стороне. Кроме того, не думайте: «О, мы всегда подключаем все основания». В этой схеме вы НЕ подключаете заземление.(Их два: по одному с каждой стороны воздушного зазора.)

Отправка выходов через оптопары

(я уже обсуждал размещение оптронов на входах выше на странице.)

Надеюсь, вы знаете, как включать и выключать светодиоды с помощью вашего микропроцессора?

Светодиод внутри оптопары не является чем-то особенным. Не забудьте включить обычный токоограничивающий резистор, и вы сможете включать и выключать светодиод оптопары… и, таким образом, косвенно включать и выключать все остальное.

В первую очередь это будет полезно новичкам, которым нужен дополнительный уровень «безопасности» между их, возможно, плохо спроектированными схемами и их микропроцессорами.

Существуют способы использования транзистора для безопасного «переключения» вещей, которые не могут быть переключены напрямую с выхода микропроцессора. Но если вы не знаете, как это сделать, используйте оптопару.

Фототранзистор в оптопаре — это всего лишь крошечная штучка… и он обычно не может коммутировать большую нагрузку, т.е. яркие огни, моторы.Но вы можете использовать его для управления катушкой небольшого реле, а контакты реле могут, если вы купите правильное реле, переключать большие нагрузки.

Слово о бытовом или «сетевом» электричестве, напр. 110 вольт переменного тока или 230 вольт переменного тока. Держитесь подальше от него, пока не пройдете надлежащую подготовку. Есть способы пойти не так, с которыми вы не хотите столкнуться и, возможно, не предвидите их. А ошибки могут привести к смерти и разрушению… в буквальном смысле.

Специальные оптопары

Вы можете купить у Digikey базовую оптопару с двумя затворами примерно за 1 доллар, но это всего лишь пример.Есть много, много подходящих устройств. Будьте осторожны с распиновкой… есть две широко используемые схемы, каждая из которых имеет свои сильные стороны.

Еще один вариант: есть симпатичная маленькая упаковка с 4 немного причудливыми оптронами. Они «причудливы» только в том, что каждая оптопара имеет два светодиода, один из которых направлен в более простую сторону, так что и сигналы переменного, и постоянного тока будут включать выход. Одним из примеров такой конструкции является красиво названный «PS2505L-4» от NEC.

Небольшая ошибка при обнаружении напряжения переменного тока…

Вы можете подумать, что было бы нормально подключить светодиод оптрона с подходящим резистором к сигналу переменного тока и позволить ему просто «выбрасывать» отрицательную половину каждого цикла.

Светоизлучающий ДИОД действительно блокирует «обратный» ток… до определенного, не всегда очень высокого!! Напряжение.

Если вы подключаете оптопару, предназначенную для сигналов постоянного тока, к сигналу переменного тока, она вполне может работать… но проверьте техническое описание. Вы всегда можете добавить внешний диод, предназначенный для блокировки напряжения, если вы хотите пойти с ответом «достаточно полуволны».Тем не менее, имейте в виду: если вы «наблюдаете» за выводом с помощью микроконтроллера, скажем, Arduino, он проверяет вывод так быстро, что может не увидеть «включенные» части сигнала, даже когда присутствует переменный ток.

Существуют оптопары, специально предназначенные для входов переменного тока. Очень просто… внутри чипа есть два светодиода , так что один светится, когда ток течет в одну сторону, а другой течет, когда ток идет в обратном направлении.

Контроль фототранзистора мультиметром

Если вы хотите увидеть, проводит ли фототранзистор, когда вы пропускаете ток через светодиод, вы можете использовать мультиметр, настроенный на измерение сопротивления или на подачу звукового сигнала, когда выводы мультиметра закорочены.

Безусловно, для теста «бип», а также, я подозреваю, для измерения сопротивления, нужно подключить выводы к фототранзистору «наоборот». Чтобы измерить сопротивление или чтобы прибор издал звуковой сигнал, должен протекать некоторый ток. «Заземляющий» провод мультиметра к штырю стрелки фототранзистора указывает на .

Правильный подбор резисторов….

Я начал страницу о том, как выбрать правильные резисторы для ваших конкретных обстоятельств.Эта страница была довольно «грубой», когда я создал на нее эту ссылку. Если вы обнаружите, что страница НЕ грубая, к тому времени, когда вы туда зайдете, отправьте мне электронное письмо со словами: «Вам необходимо обновить примечания внизу Aru\ec\ec1optoiso.htm о странице о получении прав на резисторы». (Спасибо!)

Итак… иди строй лучшую мышеловку!

Надеюсь помогло? Пожалуйста, напишите и сообщите мне, если биты были неясны, или вам нужна дополнительная помощь с оптопарами



Карта сайта Что нового Поиск

Реклама от редактора страницы: Да.. Мне нравится собирать эти вещи для вас… надеюсь, они будут полезны. Однако… это не оплачивает мои счета!!! Если вы найдете этот материал полезным (и вы используете ПК с MS-DOS или Windows), пожалуйста, посетите мою страницу бесплатного и условно-бесплатного программного обеспечения Sheepdog Software ™, загрузите что-нибудь и распространите его для меня? По крайней мере (пожалуйста) отправьте электронное письмо «Мне понравилась страница использования параллельного порта, и я из (страны/штата)»? (Нет… я не занимаюсь спамом.) Ссылки с вашей страницы на эту страницу также приветствуются!
Нажмите здесь, чтобы посетить страницу бесплатного и условно-бесплатного программного обеспечения редактора.
Не забудьте посмотреть программы для контроля состояния параллельного порта на моем условно-бесплатном сайте. Там есть две бесплатные программы… одна для переключения битов, другая для использования компьютера в качестве таймера через параллельный порт.

Вот как вы можете связаться с редактором этой страницы.
Нажмите здесь, чтобы перейти на главную страницу об электронике от редактора этой страницы.
Нажмите здесь, чтобы перейти на главную страницу об электронных проектах от редактора этой страницы.
Почему на этой странице есть скрипт, который загружает крошечную графику? Мой веб-трафик контролируется трекером eXTReMe. Они предлагают бесплатный трекер. Если вы хотите попробовать, посетите сайт eXTReMe. Панели Google и панель поиска также основаны на скриптах.

Страница была протестирована на соответствие стандартам INDUSTRY (не только для MS) с использованием бесплатного общедоступного валидатора на validator.w3.org. В основном проходит.

И проходит…

……. Страница . . . Э н д с…..

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.