Что такое оптопара: ее типы и применение в схемах


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

Внешний вид оптопары и способ ее включения в схему

Часто в цепях, особенно в цепях низкого напряжения или с высокой чувствительностью к шуму, оптопара используется для изоляции цепей, чтобы предотвратить вероятность электрического контакта между ними или исключить нежелательные шумы. На современном коммерческом рынке мы можем купить оптопару с входным и выходным выдерживаемым напряжением от 10 кВ до 20 кВ , со характеристиками переходных процессов напряжения 25 кВ/мкс.

Внутренняя структура оптрона

Показана на следующем рисунке

Внутренняя структура оптрона

С левой стороны открыты контакты 1 и контакт 2, это светодиод (светоизлучающий диод), который излучает инфракрасный свет на светочувствительный транзистор с правой стороны. Фототранзистор переключает выходную схему с помощью коллектора и эмиттера, как и типичные биполярные транзисторы.  Между фототранзистором и инфракрасным светодиодом имеется пространство из прозрачного и непроводящего материала; он электрически изолирует две разные цепи. Полое пространство между светодиодом и фототранзистором может быть выполнено из стекла, воздуха или прозрачного пластика, электрическая изоляция намного выше, обычно 10 кВ или выше.

Типы оптопар

В продаже имеется множество различных типов оптопар, в зависимости от их коммутационных возможностей. В зависимости от вида использования выделяют четыре типа оптопар:

  1. Оптопара, использующая фототранзистор.
  2. Оптопара, в которой используется фототранзистор Дарлингтона.
  3. Оптопара, в которой используется фотосимистор.
  4. Оптопара, использующая фототиристор.

Фототранзисторная оптопара

Внутренняя конструкция фототранзисторной оптопары

На представленном рисунке показана внутренняя конструкция фототранзисторной оптопары. Тип транзистора может быть PNP или NPN .

Фототранзистор может быть еще двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. На втором изображении справа есть дополнительный вывод, который внутренне связан с базой транзистора. Этот вывод 6 используется для управления чувствительностью фототранзистора . Часто контакт используется для подключения к земле или минусу с помощью резистора высокого номинала. В этой конфигурации можно эффективно контролировать ложные срабатывания из-за шума или электрических переходных процессов.

Кроме того, перед использованием оптопары на основе фототранзистора пользователь должен знать максимальный номинал транзистора. PC816, PC817, LTV817, K847PH — несколько широко используемых оптронов на основе фототранзисторов. Оптопара на основе транзистора используется для изоляции цепей постоянного тока.

Оптопара на фототранзисторе Дарлингтона

Внутреннее устройство оптопары на фототранзисторе Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона представляет собой пару транзисторов, в которой один транзистор управляет базой другого транзистора. В этой конфигурации транзистор Дарлингтона обеспечивает высокий коэффициент усиления. Как обычно, светодиод излучает инфракрасный светодиод и управляет базой пары транзисторов.

Этот тип оптрона также используется в областях, связанных с цепями постоянного тока, для их изоляции друг от друга. Шестой вывод, который внутренне подключен к базе транзистора, используется для управления чувствительностью транзистора, как обсуждалось ранее в описании фототранзисторной оптопары. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 — это несколько примеров оптронов на основе транзисторов Дарлингтона.

Фотосимисторная оптопара

Внутреннее устройство фотосимисторной оптопары

На представленном рисунке показана внутренняя конструкция оптопары на основе симистора (триака).

Симистор в основном используется там, где необходимо управление или переключение цепей переменного тока. Светодиодом можно управлять с помощью постоянного тока, а симистор использовать для управления переменным током. Оптопара и в этом случае обеспечивает отличную изоляцию. Примерами оптронов на основе фотосимистора являются IL420 , 4N35 и т. д.

Оптопара на основе фототиристора​ (Photo-SCR)

Внутреннее устройство оптопары на основе фототиристора​

SCR означает выпрямитель с кремниевым управлением, SCR также называется тиристором. На представленном рисунке показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-SCR. Как и в случае с другими оптронами, светодиод излучает инфракрасное излучение. SCR контролируется яркостью светодиода. Оптопара на основе фототиристора, используемая в схемах переменного тока. Более подробно о тиристорах вы можете прочитать в этой статье.

Несколько примеров оптронов на основе фототиристоров: MOC3071, IL400, MOC3072 и т. д.

Применение оптопары

Как обсуждалось ранее, некоторые типы оптопар используется в цепях постоянного тока, а другие типы оптопар используется в операциях, связанных с переменным током . Поскольку оптопара не обеспечивает прямого электрического соединения между цепями, основное применение оптопары — это изоляция двух цепей .

Также, как и обычный транзистор, оптопару можно использовать для переключения цепей. Ее можно использовать в различных операциях, связанных с микроконтроллером, где цифровые импульсы или аналоговая информация поступает из схемы высокого напряжения. Оптопара может использоваться для изоляции между ними.

Оптопара может использоваться для обнаружения переменного тока и операций, связанных с управлением постоянным током. Давайте более подробно рассмотрим несколько наиболее популярных применений оптопары.

Оптопара для переключения цепи постоянного тока

Применение оптопары для переключения цепи постоянного тока

В приведенной на рисунке схеме используется оптронная схема на основе фототранзистора. Он будет действовать как типичный транзисторный переключатель. В схеме использована недорогая оптопара PC817 на основе фототранзистора . Инфракрасный светодиод будет управляться переключателем S1 . Когда переключатель включен, источник питания 9 В подает ток на светодиод через токоограничивающий резистор 10 кОм. Интенсивность свечения контролируется резистором R1. Если мы изменим значение и уменьшим его сопротивление, интенсивность свечения светодиода будет высокой, что приведет к высокому коэффициенту усиления транзистора.

С другой стороны, транзистор представляет собой фототранзистор, управляемый внутренним инфракрасным светодиодом. Когда светодиод излучает инфракрасный свет, фототранзистор вступает в контакт, и VOUT становится равным 0, отключая подключенную к нему нагрузку. Необходимо помнить, что согласно даташиту ток коллектора транзистора составляет 50мА. R2 обеспечивает VOUT 5 В. R2 — подтягивающий резистор.

Также применение оптопары для переключения цепи постоянного тока можно наглядно посмотреть в следующем видео.

В приведенной в видео схеме оптопара на основе фототранзистора может использоваться с микроконтроллером для обнаружения импульсов или прерываний.

Оптопара для определения напряжения переменного тока

Применение оптопары для определения напряжения переменного тока

Инфракрасный светодиод в приведенной схеме управляется с помощью двух резисторов номиналом 100 кОм. Два резистора номиналом 100 кОм, используемые вместо одного резистора номиналом 200 кОм, предназначены для дополнительной безопасности в условиях короткого замыкания. Светодиод подключается к сетевой розетке (L) и нейтральной линии (N). При нажатии S1 светодиод начинает излучать инфракрасный свет. Фототранзистор реагирует и преобразует напряжение VOUT из 5 В в 0 В.

В этой конфигурации оптопара может быть подключена к цепи низкого напряжения, например к блоку микроконтроллера, где требуется обнаружение переменного напряжения. На выходе будет выдаваться прямоугольный импульс с перепадом от высокого к низкому уровню.

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

Оптопара для управления цепью переменного тока с использованием напряжения постоянного тока

Применение оптопары для управления цепью переменного тока с использованием напряжения постоянного тока

В приведенной схеме светодиод снова управляется батареей 9В через резистор 10к и состоянием переключателя. С другой стороны используется оптопара IL420 на основе фотосимистора, которая управляет лампой переменного тока от розетки переменного тока 220 В. Резистор 68R используется для управления триаком (симистором) BT136, который управляется фототриаком внутри блока оптопары.

Этот тип конфигурации используется для управления электроприборами, использующими схемы низкого напряжения.

Помимо этого типа схемы, в импульсных источниках питания SMPS можно использовать оптопару для отправки информации о коротком замыкании или перегрузке по току на вторичной стороне на первичную сторону.

Применение оптопары можно посмотреть в следующих проектах на нашем сайте:

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
448 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *