Оптроните са основни елементи в съвременната електроника, тъй като осигуряват електрическа изолация между веригите, позволявайки предаването на сигнали без директен физически контакт. При избора на идеалния компонент, имена като PC817 и TLP521 Те постоянно се появяват като референции в практическите приложения и електронните сглобки.
Разберете подробно как работят тези устройстваРазбирането на оптроните, техните характеристики и ключовите разлики между модели като PC817 и TLP521 е от решаващо значение както за любители, така и за професионалисти. Тази статия разглежда всички аспекти, необходими за овладяване на използването и избора на оптрони, като интегрира техническа информация и ясни примери за постигане на максимална производителност и безопасност във всяка верига.
Какво е оптрон?
Un оптрон — наричан още оптоизолатор o оптичен изолатор— е електронен компонент, предназначен да позволи предаването на електрически сигнали между две части на верига, които трябва да бъдат електрически изолирани. Той работи, най-общо казано, благодарение на излъчването и приемането на светлина в капсулиране, което държи двете вериги физически разделени. Освен това, в основната си работа, Как работи DC-DC конвертор може да включва компоненти, които се възползват от оптична изолация за подобряване на производителността и безопасността.
Вътре в оптрон има светодиод (LED, обикновено инфрачервен) който при получаване на електрически сигнал излъчва светлина. Тази светлина се улавя от фоточувствителен елемент —обикновено фототранзистор — разположени на няколко милиметра един от друг и запечатани в една и съща капсула, но без директна електрическа връзка между тях. Оптичният сигнал улавя информацията и я предава на вторичната верига чрез фототранзистора, който реагира на светлината чрез включване или изключване.
Тази структура осигурява високо ниво на електрическа изолация, предотвратявайки колебанията или пиковете на напрежението в едната верига да повредят другата страна на системата. Поради тази причина те се използват широко в Индустриални системи за управление, интерфейси с микроконтролери, твърдотелни релета и силови преобразуватели.
Вътрешна структура и работа на оптрон
La типична структура на оптрон Той се формира от:
- Излъчващ светодиодОбикновено инфрачервен, свързан към входната страна на компонента.
- Фоточувствителен елементОбикновено е фототранзистор, въпреки че се срещат и версии с фототриак или фотодиод, в зависимост от приложението.
- Изолационно капсулиранеОбикновено са капсуловани в 4-пинова пластмаса тип DIP (DIP4), което осигурява добра изолация и лесен монтаж върху платката.
El Излъчващ светодиод Той получава електрически ток на входа си и излъчва инфрачервена светлина в зависимост от интензитета на този ток. фототранзистор Приемният елемент се активира въз основа на получената светлина, позволявайки на тока да тече през изходната страна. По този начин, всеки цифров сигнал може да се предава между две отделни части на веригата без реална електрическа връзка!
Най-често използваните модели: PC817 и TLP521
Сред наличните модели два се открояват по-специално: PC817 и TLP521И двата са изключително популярни в аналоговата, цифровата и силовата електроника поради своята здравина, компактен размер, ниска цена и лесна интеграция.
Оптрон PC817
El PC817 Това е 4-пинов DIP-капсулиран оптрон, широко използван в платки за изолиране на данни, микроконтролерни системи и релейни модули. Той включва:
- Инфрачервен светодиод на входа (пинове 1 и 2).
- Фототранзистор на изхода (пинове 3 и 4).
Конфигурация на пинове на PC817:
- Пин 1 (LED анод): където се прилага входният сигнал.
- Пин 2 (LED катод): свързан към земя или връщане на входната верига.
- Пин 3 (колектор на фототранзистор)изход от веригата.
- Пин 4 (емитер на фототранзистор): нормално свързан към земята на приемната верига.
Изпъква за своето изолационен капацитет до 5 kV, ниска консумация на енергия и лекота на използване в приложения, където е необходима защита за микроконтролери, TTL логически устройства, Arduino, Raspberry Pi и други. Освен това, той е изключително надежден и има варианти с различни характеристики, за да се адаптира към различни изисквания за изолация или скорост. Освен това, в конструкции, които използват твърдотелни релета, PC817 може да бъде ключов компонент за осигуряване на защитата и правилното функциониране на вашата система.
Някои от неговите Технически спецификации звук:
- Напрежение на светодиода напред: 1,25 V.
- Максимален колекторен ток: 50 mA.
- Максимално напрежение колектор-емитер: 80 V.
- Работна честота: до 80 kHz.
- Работна температура: -30 до 100 ºC.
- Максимално разсейване: 200 MW.
Важен момент за PC817 Въпреки че е здрав, той винаги трябва да се използва под максималните си граници на напрежение и ток, за да се осигури дълготрайността му. Например, никога не трябва да се подлага на колекторни токове, надвишаващи 50 mA, или на температури извън препоръчителния диапазон.
Оптрон TLP521
El TLP521 Това е друга класика в силовата електроника и импулсните захранвания. Структурата му е много подобна на тази на PC817, но има някои разлики в спецификациите си и често се използва като елемент за обратна връзка в импулсни захранвания. В системите за захранване е препоръчително да се консултирате и с как да изберем подходящи компоненти за да се осигури правилното функциониране.
Включва a силициев фототранзистор, оптично свързан с инфрачервен светодиод от галиев арсенидКорпусът е също 4-пинов DIP и осигурява високо изолационно напрежение, обикновено по-голямо от 5 kV.
Обикновено се комбинира с компоненти като TL431 да се внедрят системи за обратна връзка в регулирани захранвания, тъй като това осигурява сравнително линейна и точна реакция, стига да се спазват работните и температурните условия.
Подобно на PC817, TLP521 се предлага във варианти и може да бъде заменен с модели като NTE3098, PC123 или PC17T1, в зависимост от наличността и изискванията на приложението.
Принцип на действие: как работят във веригата?
El Основният принцип на действие и на двата оптрона е идентичен.Когато излъчващият светодиод се захранва (чрез подаване на сигнал или импулс), той излъчва инфрачервено лъчение. Тази светлина се открива от фототранзистора, който от своя страна превключва между проводимо и непроводящо състояние в зависимост от това дали приема светлина. За да разширите знанията си, можете да се консултирате Как да тестваме оптрон.
Този механизъм позволява:
- Цифров пренос на сигнал оптически
- галванична изолация общо между двете страни на веригата
- Защита от пикове на напрежението, електрически шум или опасни потенциални разлики
Често срещано е да се намерят тези устройства в вход на промишлени системи за управление, в полупроводникови релета и като предпазни бариери в електронното оборудване.
Типични приложения на PC817 и TLP521
Тези оптрони се открояват с употребата си в:
- Схеми за изолиране на сигналаТе поддържат управляващата верига (нискомонтажна електроника) и веригата за натоварване (висока мощност или опасни напрежения) отделно.
- Интерфейси за микроконтролери и цифрови системиТе позволяват свързването на сензори, изпълнителни механизми или релета, които работят с напрежения и токове, по-високи от поддържаните от микроконтролера, без риск от повреда.
- импулсни захранванияTLP521 се използва особено в системи за обратна връзка и управление на напрежението, обикновено комбиниран с интегралната схема за получаване на точно референтно напрежение.
- Изолация при предаване на данни и комуникацииЕлиминирайте шума и проблемите със споделеното заземяване на шините за данни и аналоговите/цифровите сигнали.
Освен това, те могат да бъдат намерени в домакински уреди, промишлени системи за управление, автоматизация, домашна автоматизация, свързване на шумни сигнали и всяка верига, която изисква безопасно разделяне на две части на системата.
Пример за свързване и диаграма на употреба на PC817
Често срещан случай за тези, които прилагат PC817 е да се използва като изолиран сигнален превключвател:
- Във входната част Логически сигнал е свързан чрез ограничаващ резистор към светодиода на оптрона.
- Изходната страна Той има фототранзистор, чийто колектор отива към положителния полюс на захранването (например 5V), а емитерът към земята. Между колектора и Vcc се поставя pull-up резистор. Когато светодиодът свети, фототранзисторът провежда и "издърпва" сигнала към земята, генерирайки ниско ниво на изхода.
Този модул позволява активиране на релета, устройства с висока консумация на енергия или силови вериги от нисковолтови електронни системи, като например микроконтролери, без да ги излага на опасност. За да научите повече за приложението му, моля, консултирайте се твърдотелни релета.
Обратна връзка в импулсни захранвания: използване на TLP521
En импулсни захранвания, изолацията е от съществено значение за разделяне на първичното и вторичното. TLP521, поради своята линейност и отговор, той се комбинира с TL431 (вътрешен усилвател на грешки с 2.5 V референтно напрежение) за изпълнение на изходна обратна връзкаДобър справочник за Как работят редкоземните елементи (REE) може да помогне в компонентите за захранване и управление.
Принципът е следният:
- El TL431 Той следи изходното напрежение; ако засече повишаване, регулира изхода си, за да увеличи тока, преминаващ през оптронния светодиод TLP521.
- В отговор, фототранзисторът от вторичната страна провежда повече ток, намалявайки работния цикъл на захранването и по този начин понижавайки изходното напрежение.
- Ако изходното напрежение падне, процесът е обратен, като по този начин се балансира крайното напрежение.
Тази техника гарантира прецизна и безопасна регулация в захранванията, предотвратявайки предаването на пренапрежения от вторичната намотка към първичната и позволявайки изолирането на двете, като същевременно се поддържа комуникацията на управлението.
Важно е да се обърне внимание Коефициентът на усилване на тока (CTR) на оптроните може да варира в зависимост от температурата, така че в приложения, критични за прецизността, е препоръчително моделите да се избират внимателно и стойностите на съпротивлението да се конфигурират така, че веригата да работи в линейната зона на оптрона, като се избягва насищане или големи отклонения.
Практични съвети за употреба и безопасност
Така че Оптроните PC817 и TLP521 работят правилно и надеждно Препоръчително е:
- Винаги използвайте токоограничаващи резистори на входа за защита на инфрачервения светодиод.
- Не превишавайте максималните стойности на тока и напрежението, посочени в информационния лист. (особено колекторния ток на изхода).
- Поддържайте работния температурен диапазон за да се осигури стабилност на коефициента на оптичен трансфер.
- При прецизни приложения избягвайте работа близо до крайностите на кривата на оптичния трансфер.
Правилният дизайн на платката, разстоянието между релсите и изборът на подходящи корпуси позволяват постигането на максимална електрическа изолация и минимизиране на рисковете от смущения.
Еквивалентности, алтернативи и варианти
На пазара се предлагат еквивалентни модели на тези оптрони. Например, PC817 Има варианти, наречени PC817A, PC817B, PC817C и PC817D, които се различават по коефициент на усилване (CTR), за да отговарят на различните приложения. Освен това има алтернативи, като например 6N136, 4N25, MOC3021, MOC3041, които могат да се използват в подобни конфигурации.
От своя страна, TLP521 може да бъде заменен в специфични случаи с PC123, NTE3098 или PC17T1, но винаги е препоръчително да проверите информационните листове, за да потвърдите съвместимостта по отношение на електрическите и механичните параметри.
Предимства на използването на оптрони
Сред многото предимства на използването на оптрони като PC817 и TLP521 включват:
- Пълна галванична изолация между опасни вериги и чувствителна електроника.
- Защита от пренапрежения, пикове и разряди.
- Намаляване на електрическите смущения и шум което би могло да наруши функционирането на цифровите системи.
- Малък размер и лесна интеграция на всяка електронна платка.
Практически примери и реални приложения
Някои приложения, при които използването на тези устройства е от съществено значение, включват:
- Управление на домакински уреди или променливотокови товари с помощта на малки импулси от микроконтролериОптронът позволява активиране на реле или триак, без да се компрометира микроконтролерът.
- Разделяне на шумни сигнали в комуникациите между управителните съвети, елиминирайки проблемите със споделената земя.
- Регулиране на мощността в промишлени източници, чрез оптична обратна връзка, използваща TLP521 и .
- Защита на цифровите входове и изходи в PLC, автоматизация, роботи и системи за домашна автоматизация.
Освен това, съществуват различни модули от 1 до 8 канала, базирани на тези оптрони, за изолиране на множество управляващи сигнали.
