У цілому, процес добору ґрунтується на принципах, що були викладені раніше в дописі Добираємо захисний опір для світлодіода, але є й певні особливості.

Оптопара

Optocouypler
Оптопара

Оптрон, або оптопара (optocoupler) — оптоелектронний напівпровідниковий прилад, який складається з випромінювача та приймача випромінювання, між якими є оптичний зв’язок і забезпечена електрична ізоляція [1].

style=”display: block;”>AliExpress.com Product – Free Shipping 50pcs PC817 EL817 817 DIP OptocouplerНайбільш розповсюдженою і недорогою є, либонь, оптопара PC817, яка може працювати з напругою на виході до 80V [2]. Її вартість на складає від двох-трьох центів.

Прикладом більш спеціялізованої (і дорожчої) оптопари може слугувати MOC3063, яка призначена для керування симісторами в колі змінного струму [3].

Розрахунок

На вході оптопари зазвичай встановлений інфрачервоний світлодіод, тож розрахунок захисного опору для нього мало чим буде відрізнятися від звичайного (див. Добираємо захисний опір для світлодіода).

Типовий режим

Типове значення падіння напруги (forward voltage) VF на вхідному світлодіоді, а також відповідний струм (forward current) IF містяться в технічному описі оптопари.

R = (Vin - Vf) / If

Наприклад, для оптопари PC817 типове VF = 1.2V при IF = 20mA [2]. Нехай Vin = 3.3V. Тоді R = (3.3V – 1.2V) / 0.02A = 2.1V / 0.02A = 105Ω ≈ 110Ω.

Ощадний режим

Вхідні світлодіоди оптопар у типовому режимі споживають все ж таки дещо забагато енерґії: 20..30mA при 1.2..1.3V (24..39mW) [2][3] – особливо це може дошкуляти при тривалому перебуванні оптопари в увімкнутому стані.

На щастя, оптопари здатні стало працювати при вхідному струмі в рази меншому за типовий. Наприклад, часто згадувана тут оптопара PC817 усього лише при 5mA на вході забезпечує коефіцієнт поточної передачі (current transfer ratiuo, CTR) у 50% на виході [2] – цього цілком досить, аби відкрити польовий транзистор чи подати льогічний сигнал на вхід мікропроцесора.

Щоправда, яке падіння напруги відповідає такому зменшеному споживанню, з технічного опису дізнатися неможливо, тому доведеться з’ясовувати це, дещо припускаючи та наводячи власні спроби.

Згідно із Законом Ома, для вхідного кола оптопари маємо Rin = R1 + Rled = Vin / IF ⇒ R1 = Vin / IF – Rled. Хоч і не знаємо достеменно Rled при довільних VF і IF, але можемо в якості початкового дороговказу скористатися опором світлодіода при типових значеннях VF(typ.) та IF(typ.), вказаних у технічному описі: Rled(typ.) = VF(typ.) / IF(typ.). Отже, R1 ≈ Vin / IF – VF(typ.) / IF(typ.).

Для прикладу візьмемо вже знайому нам оптопару PC817. Нехай Vin = 3.3V. Розрахуємо приблизне значення опору R1 для струму IF = 5mA: R1 ≈ Vin / IF – VF(typ.) / IF(typ.) = 3.3V / 0.005A – 1.2V / 0.02A = 660Ω – 60Ω = 600Ω ≈ 560Ω (тут викругляємо в менший бік!).

Далі беремо знайдений опір на спиток. Якщо результат нас не влаштовує, то продовжуємо пошук.

Спиток

PC817
PC817

Для своїх спробунків я був узяв навмання одну з наявних у моїй домашній лябораторії оптопар PC817 та зібрав навколо неї на макетній платі показану поряд схему.

На вхід оптопари подається сигнал 3.3V. Опір R1 (який потрібно підібрати) захищає вхідний світлодіод оптопари. Також у вхідне коло послідовно включений амперметр. Вихідне коло живиться від джерела 5V і складається із захисного опору R2 та червоного світлодіода 5mm для візуального контролю спрацювання оптопари під впливом ухідного сигналу.

Перший дослід був присвячений роботі оптопари у типовому режимі. Ми вже з’ясували раніше, що в такому разі потрібен опір R1 = 110Ω. За відсутности в мене вказаного номіналу довелося замінити його найближчим наявним, а саме 120Ω. Струм у вхідному колі при такому опорі виявився рівним 16.45mA, що не надто відрізнялося від очікуваного (20mA при 105Ω). Вихідне коло реаґувало на перемикання вхідного кола без будь-яких збоїв.

Наступний, другий, експеримент стосувався ощадного режиму роботи. У якості першого наближення, опір R1 був замінений на 560Ω (див. вище). Струм при цьому дорівнював 3.82mA – менше бажаних 5mA (утім, оптопара продовжувала стало працювати навіть за таких умов). Задля надійности, після кількох спробунків був остаточно добраний опір 360Ω (5.87mA).

Висновки

  1. Спираючись на типові значення VF та IF, які вказані в технічному описі, можемо легко обрахувати захисний опір для вхідного кола оптопари, що працюватиме в типовому режимі. Утім, режим той є досить витратним.
  2. Оптопару, яка працюватиме в увімкнутому стані на протязі тривалого часу, варто перевести в ощадний режим, хоч це й потребує дещо більших зусиль при доборі захисного опору. Споживання в ощадному режимі є в кілька разів меншим, ніж у типовому.
  3. Практичні вправи доводять, що обидві запропоновані тут методи обрахунку захисного опору – для типового й ощадного режимів – є цілком працездатними.

Література

  1. Оптрон. Матеріял з Вікіпедії — вільної енциклопедії. 10 травня 2016. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD.
  2. PC817XNNSZ0F Series: DIP 4pin Photocopler. SHARP. http://www.sharp-world.com/products/device/lineup/data/pdf/datasheet/pc817xnnsz_e.pdf.
  3. MOC3061, MOC3062, MOC3063: 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolators Triac Driver Output. © 2000 Fairchild Semiconductor Corporation. http://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/133874.pdf.

Зображення в шапці допису – із сайту Pixabay, CC0 Public Domain.

Схеми були створені за помоги gEDA Schematic Editor. Символ амперметра був створений Девідом Гріффітом (David Griffith <davidgriffith@acm.org>), Copyright © 2008 gedasymbols.org. Зображення формули було створено за помоги Online LaTeX Equation Editor.