Что такое оптопара: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 вариантами 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 контакт — это анод. , второй — катод , третий — сборщик, а четвертый — эмитент .

LTV-816 1-канальный оптоизолятор

Источник:Викисклад

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. Это особенно верно для 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, это 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. Кроме того, потенциально это может позволить вам автоматизировать управление цепями, 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:Викисклад

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:Викисклад

Напротив, справа есть символ транзистора:

Изображение символа транзистора

Источник:Викисклад

По приведенным выше цифрам легко заметить, что фототранзистор является модифицированной версией обычного транзистора. Кроме того, вы можете понять, почему мы называем (третью и четвертую) клеммы на стороне транзистора коллекторами. и эмитенты . Кроме того, вы также можете понять, почему мы называем первую и вторую клеммы анодом . и катоды .

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:Викисклад

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. Это:

• 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: В диодных оптопарах используются 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 в них используются PIN-диоды.
• Транзисторная оптопара: Так же, как 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: В оптоизолированных SRC используются 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.
• Симистор с оптоизоляцией: Эти типы оптронов используют триод для переменного тока (TRIAC) 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: В твердотельных реле в качестве источников света используется набор инфракрасных светодиодов GaAs. 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 удерживается между парой пинцетов перед печатной платой

Список деталей:

• Светозависимый резистор 50–100 Ом (LDR)
• 3 В, 0,02 А, белый светодиод (LED)
• 2 В, 0,02 А, красный светодиод (LED)
• Батареи 9 В – 2 шт.
• Переключиться
• Резистор 300 Ом
• Резистор 150 Ом x 2 (или резистор 300 Ом)

Пояснение и инструкции:

Красный светодиод и оптопара

В этой простой оптопаре используется простой светозависимый 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, имеющий падение напряжения 3 вольта и потребляющий ток 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 электрическим током 0,02 Ампера во 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 будет обеспечивать 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.

Применения оптопары

Небольшая печатная плата с микросхемой, конденсатором, оптопарой и другими полупроводниками

Теперь, когда мы понимаем, 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 того, где мы могли бы использовать оптопары:

• Соленоид управления
• Управление двигателем
• Диммеры для ламп накаливания
• Микропроцессоры
• Ламповые балласты
• Обнаружение переменного тока
• Развязка по напряжению
• Электромагнитный переключатель
• Микроконтроллеры

Преимущества оптопары

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.
• Оптопары могут разделять входную и выходную секции вашего проекта, что упрощает устранение неполадок.
• Они уменьшают внешние выходные сигналы на входной части вашей схемы.
• 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.
• Позволяет проектировать и создавать электронные устройства, более устойчивые к скачкам электропитания, скачкам напряжения и ударам 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.