Optočlen: jeho typy a rôzne použitie v jednosmerných / striedavých obvodoch

Optočlen je elektronický komponent, ktorý prenáša elektrické signály medzi dvoma izolovanými obvodmi. Optočlen sa tiež nazýva optoizolátor, fotoprenosník alebo optický izolátor.

V obvodoch, najmä v obvodoch s nízkym napätím alebo vysoko citlivých na šum, sa optočlen používa na izoláciu obvodov, aby sa zabránilo možným kolíziám alebo aby sa vylúčili nežiaduce zvuky. Na súčasnom komerčnom trhu si môžeme kúpiť optospojku so vstupným a výstupným výdržným napätím 10 kV až 20 kV so špecifikáciou prechodových napätí 25 kV / uS.

Vnútorná štruktúra optočlenu

Toto je vnútorná štruktúra optočlenu. Na ľavej strane sú kolíky 1 a 2 vystavené, jedná sa o LED (Light Emitting Diode), LED vyžaruje infračervené svetlo na fotocitlivý tranzistornapravo. Fototranzistor prepína výstupné obvody svojím kolektorom a emitorom, rovnako ako typické tranzistory BJT. Intenzita LED priamo riadi fototranzistor. Pretože LED môže byť ovládaná rôznymi obvodmi a fototranzistor môže ovládať rôzne obvody, takže dva nezávislé obvody môžu byť ovládané Optočlenom. Medzi fototranzistorom a infračervenou LED diódou je tiež priestor priehľadný a nevodivý materiál; elektricky izoluje dva rôzne obvody. Dutý priestor medzi LED a fototranzistorom je možné vytvoriť pomocou skla, vzduchu alebo priehľadného plastu, elektrická izolácia je oveľa vyššia, zvyčajne 10 kV alebo vyššia.

Typy optočlenov

Existuje mnoho rôznych typov optočlenov, ktoré sú komerčne dostupné na základe ich potrieb a možností prepínania. V závislosti od použitia sú k dispozícii hlavne štyri typy optočlenov.

Optočlen, ktorý používa foto tranzistor.
Optočlen, ktorý používa tranzistor Photo Darlington.
Optočlen, ktorý používa Photo TRIAC.
Optočlen, ktorý používa funkciu Photo SCR.

Fototranzistorový optočlen

Na hornom obrázku je vnútorná konštrukcia zobrazená vo vnútri fototranzistorového optočlenu. Typ tranzistora môže byť čokoľvek, či už PNP alebo NPN.

Fototranzistor môžu byť ďalšie dva typy v závislosti od dostupnosti výstupného kolíka. Na druhom obrázku vľavo je ďalší vývod, ktorý je vnútorne spojený so základňou tranzistora. Tento pin 6 sa používa na riadenie citlivosti fototranzistora. Pin sa často používa na spojenie so zemou alebo záporom pomocou odporu s vysokou hodnotou. V tejto konfigurácii je možné efektívne riadiť falošné spúšťanie v dôsledku hluku alebo elektrických prechodových javov.

Pred použitím optočlenu založeného na foto-tranzistore musí byť používateľ oboznámený s maximálnym hodnotením tranzistora. PC816, PC817, LTV817, K847PH je niekoľko široko používaných optočlenov založených na foto-tranzistoroch. Foto - Tranzistorové optočleny sa používajú na izoláciu obvodov jednosmerného prúdu.

Photo-Darlingtonov tranzistorový optočlen

Na hornom obrázku sú dva typy symbolov. Je znázornená vnútorná konštrukcia optočlenu na báze Photo-Darlington.

Darlingtonov tranzistor sú dva tranzistorové páry, kde jeden tranzistor ovláda druhú tranzistorovú základňu. V tejto konfigurácii poskytuje Darlingtonov tranzistor schopnosť vysokého zisku. Ako obvykle LED vydáva infračervené svetlo a riadi základňu párového tranzistora.

Tento typ optočlenu sa tiež používa na izoláciu v oblasti súvisiacej s jednosmerným obvodom. Šiesty kolík, ktorý je vnútorne pripojený k základni tranzistora, sa používa na riadenie citlivosti tranzistora, ako je uvedené vyššie v opise fototranzistora. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 je niekoľko príkladov optočlenov založených na foto-Darlingtone.

Optočlen Photo-TRIAC

Na hornom obrázku je zobrazená vnútorná konštrukcia alebo optospojiteľ založený na TRIAC.

TRIAC sa používa hlavne tam, kde je potrebné riadenie alebo prepínanie na báze AC. LED možno ovládať pomocou jednosmerného prúdu a TRIAC sa používa na ovládanie striedavého prúdu. Aj v tomto prípade poskytuje optická spojka vynikajúcu izoláciu. Tu je jedna aplikácia Triac. Príklady optočlenov založených na foto-TRIAC sú IL420 , 4N35 atď. Sú príkladom optočlenov založených na TRIAC.

Optočlen založený na foto-SCR

Stojan SCR pre kremíkom riadený usmerňovač, ktorý sa tiež označuje ako tyristor. Na hornom obrázku je zobrazená vnútorná konštrukcia optočlenu založená na Photo-SCR. Rovnako ako iné optočleny, aj LED vydávajú infračervené lúče. SCR je riadený intenzitou LED. Optočlen na báze Photo-SCR používaný v obvodoch striedavého prúdu. Viac informácií o tyristore sa dozviete tu.

Niekoľko príkladov optočlenov založených na foto-SCR: - MOC3071, IL400, MOC3072 atď.

Aplikácie optočlenu

Ako už bolo spomenuté, niekoľko optočlenov používaných v jednosmerných obvodoch a niekoľko optočlenov používaných pri operáciách súvisiacich so striedavým prúdom. Pretože optočlen neumožňuje priame elektrické spojenie medzi dvoma stranami, jeho hlavnou aplikáciou je izolácia dvoch obvodov.

Od prepínania iných aplikácií, rovnako ako od tranzistorov, ktoré sa dajú použiť na prepínanie aplikácií, je možné použiť optočlen. Môže byť použitý v rôznych operáciách spojených s mikrokontrolérmi, kde môžu byť použité digitálne impulzy alebo analógové informácie potrebné z obvodov vysokého napätia, optočlen pre vynikajúcu izoláciu medzi týmito dvoma obvodmi.

Optočlen je možné použiť na detekciu striedavého prúdu, operácie súvisiace s jednosmerným riadením. Pozrime sa na niekoľko aplikácií opto-tranzistorov.

Optočlen pre spínanie jednosmerného obvodu:

V hornom obvode sa používa obvod optočlenu založený na fototranzistore. Bude to fungovať ako typický tranzistorový spínač. V schéme je použitý nízkonákladový optočlen PC817 na báze foto-tranzistora. Infra-červená LED bude riadený prepínačom S1. Keď bude spínač zapnutý, 9V batériový zdroj bude dodávať prúd do LED diódy cez rezistor 10k obmedzujúci prúd. Intenzita je riadená rezistorom R1. Ak zmeníme hodnotu a odpor znížime, intenzita žiarovky bude vysoká, čo zvýši zosilnenie tranzistora.

Na druhej strane je tranzistor fototranzistor riadený vnútornou infračervenou LED diódou, keď bude LED emitovať infračervené svetlo, foto tranzistor sa bude kontaktovať a VOUT 0 vypne záťaž pripojenú k nemu. Je potrebné pamätať na to, že podľa údajového listu je kolektorový prúd tranzistora 50 mA. R2 poskytuje VOUT 5v. R2 je pull-up rezistor.

Prepínanie LED pomocou optočlenu môžete vidieť na videu nižšie…

V tejto konfigurácii môže byť optočlen založený na fototranzistore použitý s mikrokontrolérom na detekciu impulzov alebo prerušenia.

Optočlen na detekciu striedavého napätia:

Tu je zobrazený ďalší obvod na detekciu striedavého napätia. Infračervená LED dióda je ovládaná pomocou dvoch 100k rezistorov. Dva 100k rezistory použité namiesto jedného 200k rezistora slúžia na zvýšenie bezpečnosti pri skratových stavoch. LED dióda je pripojená cez sieťovú zásuvku Line (L) a neutrálne vedenie (N). Po stlačení S1 začne LED emitovať infračervené svetlo. Foto tranzistor reaguje a prevádza VOUT z 5 V na 0 V.

V tejto konfigurácii je možné optočlen spojiť cez nízkonapäťový obvod, ako je jednotka mikrokontroléra, kde sa vyžaduje detekcia striedavého napätia. Výstup bude produkovať štvorcový vysoký až nízky impulz.

Odteraz sa prvý obvod používa na riadenie alebo prepínanie jednosmerného obvodu a druhý na detekciu striedavého obvodu a riadenie alebo prepínanie jednosmerného obvodu. Ďalej uvidíme riadenie striedavého obvodu pomocou jednosmerného obvodu.

Optočlen pre riadenie striedavého obvodu pomocou jednosmerného napätia:

V hornom okruhu LED je opäť riadená 9V batériou cez 10k odpor a stav spínača. Na druhej strane je použitý optospojok založený na foto-TRIAC, ktorý ovláda AC LAMP z 220V AC zásuvky. Rezistor 68R sa používa na riadenie BT136 TRIAC, ktorý je riadený foto-TRIAC vo vnútri optospojovacej jednotky.

Tento typ konfigurácie sa používa na riadenie elektrických spotrebičov pomocou nízkonapäťových obvodov. IL420 sa používa v hornej schéme, ktorou je optospojka založená na foto-TRIAC.

Okrem tohto typu obvodov je možné v SMPS použiť optospojku na zasielanie skratov na sekundárnej strane alebo informácií o aktuálnom stave na primárnu stranu.

Ak chcete vidieť Optocoupler IC v skutočnej akcii, skontrolujte nasledujúce obvody:

Úvod do Octocoupler a prepojenie s ATmega8
Predplatený merač energie využívajúci GSM a Arduino
IR diaľkovo ovládaný stmievací obvod TRIAC
Núdzové svetlo Raspberry Pi s tmou a detektorom vypnutia elektrického vedenia
IR diaľkovo ovládaná domáca automatizácia pomocou mikrokontroléra PIC