Оптопара: виды и различные применения в цепях постоянного / переменного тока

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

Часто в цепях, особенно в цепях с низким напряжением или очень чувствительных к шуму цепях, оптопара используется для изоляции цепей, чтобы предотвратить вероятность электрического столкновения или исключить нежелательные шумы. На нынешнем коммерческом рынке мы можем купить оптопару с выдерживаемым напряжением от 10 кВ до 20 кВ, с характеристиками переходных напряжений 25 кВ / мкС.

Внутренняя структура оптопары

Это внутренняя структура оптрона. На левой стороне открыты контакты 1 и 2, это светодиод (Light Emitting Diode), светодиод излучает инфракрасный свет на светочувствительный транзистор.на правой стороне. Фототранзистор переключает выходную схему своим коллектором и эмиттером, как и типичные транзисторы BJT. Яркость светодиода напрямую регулирует фототранзистор. Поскольку светодиод может управляться другой схемой, а фототранзистор может управлять другой схемой, то двумя независимыми схемами можно управлять с помощью оптопары. Кроме того, между фототранзистором и инфракрасным светодиодом пространство выполнено из прозрачного 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

На рынке доступно множество различных типов оптопар в зависимости от их потребностей и коммутационных возможностей. В зависимости от использования в основном доступны четыре типа оптопар.

Оптопара, использующая фототранзистор.
Оптрон, использующий фото транзистор Дарлингтона.
Оптрон, использующий Photo TRIAC.
Оптрон, использующий Photo SCR.

Фототранзисторная оптопара

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на фототранзисторе. Тип транзистора может быть любым, будь то PNP или NPN.

Фототранзистор может быть двух типов в зависимости от наличия выходного контакта. На втором изображении слева есть дополнительный вывод, который внутренне связан с базой транзистора. Этот вывод 6 используется для управления чувствительностью фототранзистора. Часто вывод используется для соединения с землей или минусом с помощью резистора высокого номинала. В этой конфигурации можно эффективно контролировать ложное срабатывание из-за шума или электрических переходных процессов.

Кроме того, прежде чем использовать оптопару на основе фототранзистора, пользователь должен знать максимальный номинал транзистора. PC816, PC817, LTV817, K847PH - несколько широко используемых оптопар на основе фототранзисторов. Фото - Оптрон на основе транзистора используется в изоляции цепей постоянного тока.

Фото-транзисторный оптрон Дарлингтона

На верхнем изображении представлены два типа символа, показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-Darlington.

Транзистор Дарлингтона - это пара из двух 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 парного транзистора.

Этот тип оптопары также используется для изоляции в цепях постоянного тока. Шестой контакт, который внутренне подключен к базе транзистора, используется для управления чувствительностью транзистора, как обсуждалось ранее в описании фототранзистора. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 - несколько примеров оптопары на основе фотодарлингтона.

Оптопара Photo-TRIAC

На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе симистора.

TRIAC в основном используется там, где требуется управление или переключение на основе переменного тока. Светодиод может управляться с помощью постоянного тока, а TRIAC используется для управления переменным током. Оптопара и в этом случае обеспечивает отличную изоляцию. Вот одно приложение симистора. Примеры оптопары на основе фото-TRIAC: IL420 , 4N35 и т. Д. Являются примерами оптопары на основе TRIAC.

Оптопара на основе фото-SCR

SCR - это выпрямитель с кремниевым управлением, SCR также называется тиристором. На верхнем изображении показана внутренняя конструкция оптопары на основе Photo-SCR. Как и другие оптопары, светодиод излучает инфракрасное излучение. SCR регулируется яркостью светодиода. Оптопара на основе Photo-SCR используется в схемах, связанных с переменным током. Узнайте больше о тиристоре здесь.

Несколько примеров оптопар на основе фото-SCR: - MOC3071, IL400, MOC3072 и т. Д.

Применение оптопары

Как обсуждалось ранее, несколько оптопар используются в цепи постоянного тока и несколько оптопар используются в операциях, связанных с переменным током. Поскольку оптопара не допускает прямого электрического соединения между двумя сторонами, основное применение оптопары - изолировать две цепи.

От переключения другого приложения, как и в случае использования транзистора для переключения приложения, можно использовать оптопару. Его можно использовать в различных операциях, связанных с микроконтроллером, где требуются цифровые импульсы или аналоговая информация от схемы высокого напряжения, оптопара может использоваться для превосходной изоляции между этими двумя.

Оптопара может использоваться для обнаружения переменного тока, операций, связанных с управлением постоянным током. Давайте посмотрим несколько применений оптранзисторов.

Оптопара для переключения цепи постоянного тока:

В верхней схеме используется схема оптопары на основе фототранзистора. Он будет действовать как типичный транзисторный переключатель. В схеме использован недорогой оптрон на фототранзисторе PC817. Инфракрасный светодиод будет управляться с помощью переключателя S1. Когда переключатель будет включен, аккумуляторный источник 9 В будет подавать ток на светодиод через токоограничивающий резистор 10 кОм. Интенсивность регулируется резистором R1. Если мы изменим значение и уменьшим сопротивление, интенсивность светодиода будет высокой, что сделает усиление транзистора большим.

С другой стороны, транзистор представляет собой фототранзистор, управляемый внутренним инфракрасным светодиодом, когда светодиод излучает инфракрасный свет, фототранзистор будет контактировать, и VOUT будет равен 0, отключая нагрузку, подключенную к нему. Следует помнить, что по паспорту коллекторный ток транзистора составляет 50 мА. R2 обеспечивает VOUT 5v. R2 - это подтягивающий резистор.

Вы можете увидеть включение светодиода с помощью оптрона в видео ниже…

В этой конфигурации оптопара на основе фототранзистора может использоваться с микроконтроллером для обнаружения импульсов или прерывания.

Оптопара для определения напряжения переменного тока:

Здесь показана другая схема для определения переменного напряжения. Инфракрасный светодиод управляется двумя резисторами 100 кОм. Два резистора 100 кОм, используемые вместо одного резистора 200 кОм, предназначены для дополнительной безопасности в случае короткого замыкания. Светодиод подключается через линию розетки (L) и нейтраль (N). При нажатии кнопки S1 светодиод начинает излучать инфракрасный свет. Фототранзистор реагирует и преобразует VOUT с 5 В в 0 В.

В этой конфигурации оптопара может быть подключена к цепи низкого напряжения, такой как блок микроконтроллера, где требуется определение напряжения переменного тока. На выходе будет прямоугольный импульс от высокого к низкому.

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 помощью цепи постоянного тока.

Оптопара для управления цепью переменного тока с использованием постоянного напряжения:

В верхней цепи светодиод снова управляется батареей 9 В через резистор 10 кОм и состоянием переключателя. С другой стороны, используется оптопара на основе фото-TRIAC, который управляет ЛАМПОЙ переменного тока от розетки переменного тока 220 В. Резистор 68R используется для управления TRIAC BT136, который управляется фото-TRIAC внутри блока оптопары.

Этот тип конфигурации используется для управления электроприборами с использованием схем низкого напряжения. В верхней схеме используется IL420, который представляет собой оптопару на основе фото-TRIAC.

Помимо этого типа схемы, в SMPS можно использовать оптрон для отправки информации о коротком замыкании или перегрузке по току вторичной стороны на первичную сторону.

Если вы хотите увидеть ИС оптопары в действии, проверьте следующие схемы:

Введение в октопару и взаимодействие с ATmega8
Счетчик предоплаты энергии с использованием GSM и Arduino
Схема диммера TRIAC с ИК-пультом дистанционного управления
Аварийный свет Raspberry Pi с датчиком темноты и отключением сети переменного тока
Домашняя автоматизация с дистанционным ИК-управлением и микроконтроллером PIC