Хай буде Світло! Як працює оптопар

Сем Саттель

Потрібно захистити чутливі низьковольтні компоненти та ізолювати схеми на друкованій платі? Оптрон може виконати цю роботу. Хай буде світло! Цей пристрій дозволяє передавати електричний сигнал між двома ізольованими схемами з двох частин: світлодіода, що випромінює інфрачервоне світло, та світлочутливого пристрою, який виявляє світло від світлодіода. Обидві ці частини містяться в традиційній чорній коробці з парою штифтів для підключення. З одного погляду легко змішати оптрони з інтегральною схемою (ІС) .

eagle

Цей оптопар Triac схожий на мікросхему. (Джерело зображення)

Як це працює

Спочатку до оптрона подається струм, завдяки якому інфрачервоний світлодіод випромінює світло, пропорційне струму. Коли світло потрапляє на світлочутливий пристрій, він включається і починає проводити струм, як будь-який звичайний транзистор.

Фоточутливий пристрій за замовчуванням зазвичай не підключається, щоб забезпечити найвищу чутливість до інфрачервоного світла. Він також може бути підключений до землі за допомогою зовнішнього резистора для більш високого ступеня контролю над чутливістю перемикання.

Оптопар ефективно ізолює вихідну та вхідну схему. (Джерело зображення)

Цей пристрій в основному працює як перемикач, підключаючи дві ізольовані схеми на друкованій платі. Коли струм перестає протікати через світлодіод, світлочутливий пристрій також перестає проводити і вимикається. Все це перемикання відбувається через порожнечу скла, пластику або повітря без електричних частин між світлодіодом або світлочутливим пристроєм. Вся справа у світлі.

Переваги та типи

Якщо ви проектуєте електронний пристрій, який буде сприйнятливий до стрибків напруги, ударів блискавки, стрибків живлення тощо, то вам знадобиться спосіб захисту низьковольтних пристроїв. При правильному використанні оптопар може ефективно:

  • Видаліть електричний шум із сигналів
  • Ізолюйте низьковольтні пристрої від високовольтних ланцюгів
  • Дозволяє використовувати маленькі цифрові сигнали для управління більшими напругами змінного струму

Оптрони бувають чотирьох конфігурацій. Кожна конфігурація використовує один і той же інфрачервоний світлодіод з різним світлочутливим пристроєм. До них належать:

Фото-транзистор і Фото-Дарлінгтон, які зазвичай використовуються в ланцюгах постійного струму, і Photo-SCR і Фото-ТРІАК які використовуються для управління ланцюгами змінного струму.

Чотири типи оптронів. (Джерело зображення)

Якщо ви відчуваєте авантюру, ви навіть можете зробити саморобний оптронер з деякими запасними частинами. Просто поєднайте світлодіод і фототранзистор разом у відбивній пластиковій трубці.

Саморобний оптронер лише з трьох простих деталей. (Джерело зображення)

Типові програми

Оптрони можна використовувати як самостійно як комутаційний пристрій, так і використовувати з іншими електронними пристроями для забезпечення ізоляції між ланцюгами низької та високої напруги. Зазвичай ці пристрої використовуються для:

  • Мікропроцесорне перемикання вводу/виводу
  • Контроль потужності постійного та змінного струму
  • Захист обладнання зв'язку
  • Регулювання електропостачання

У цих програмах ви зустрінете різні конфігурації. Деякі приклади включають:

Перемикач постійного струму Opto Transistor

Ця конфігурація визначає сигнали постійного струму, а також дозволяє керувати обладнанням, що живиться змінного струму. MOC3020 ідеально підходить для управління мережевим підключенням або подачі імпульсу затвора до іншого Photo-Triac за допомогою резистора, що обмежує струм.

Оптопар симістора

Ця конфігурація дозволить вам контролювати навантаження, що працює від змінного струму, наприклад, двигуни та лампи. Він також здатний проводити в обох половинах циклу змінного струму з виявленням перетину нуля. Це дозволяє навантаженню отримувати повну потужність без значних стрибків струму при перемиканні індуктивних навантажень.

Рекомендації щодо розміщення друкованих плат

Перш ніж додавати оптопару до макета друкованої плати, враховуйте ці три рекомендації:

  • Тримайте роз'єднання заземлення оптронів окремо

Стандартний оптопар включає два штирі заземлення, один для світлодіода, а інший для фоточутливого пристрою. З’єднавши обидві ці основи разом, ваша чутлива схема відкриється до будь-якого шуму із зовнішнього заземлення. Щоб цього уникнути, завжди створюйте дві точки з'єднання, одну для зовнішніх контактів заземлення, а іншу для вхідних проводів заземлення.

  • Виберіть правильне значення струму, що обмежує струм

Вибір обмежувача струму, який працює з мінімальним значенням оптрона, призведе до нестабільної поведінки. Також можна вибрати резистор, який подає занадто багато струму, який висвітлює світлодіод. Вибираючи значення для вашого резистора, обов’язково знайдіть значення мінімального прямого струму з діаграми коефіцієнта передачі струму у таблиці даних вашого оптопари. Vishay має чудовий посібник з читання таблиці опису оптопар тут .

  • Знайте, який саме оптопар вам потрібен

Не кожен оптопар створений рівним, і вам потрібно буде вибрати правильний тип для вашої програми. Наприклад, Opto-Triac використовується, якщо вам потрібно контролювати навантаження змінного струму. Опто-Дарлінгтон призначені лише для малих вхідних струмів. Якщо вам потрібна лише стандартна вхідна ізоляція, тоді загальний оптопар PC817 виконає роботу. Цю статтю з "Гайок і вольт", безумовно, варто прочитати, щоб зрозуміти типи та відмінності оптронів.

Бібліотеки оптопар в EAGLE

Інтернет-бібліотеки, керовані Autodesk EAGLE, включають цілу категорію оптронів для використання у вашому наступному проекті. Це перевершує необхідність створювати власні пакунки та символи з нуля! Щоб користуватися цією бібліотекою, переконайтеся, що optocoupler.lbr активовано на панелі керування Autodesk EAGLE, як показано нижче. Якщо це так, тоді ви матимете доступ до всіх цих пристроїв наступного разу, коли вам потрібно буде додати компонент.

Готові розпочати ізоляцію ланцюгів та захист низьковольтних пристроїв? Завантажте Autodesk EAGLE безкоштовно сьогодні, щоб розпочати користуватися включеними бібліотеками Optocoupler!