PC817 optinis jungiklis yra plačiai naudojamas sprendimas saugiai elektros izoliacijai elektroninėse grandinėse pasiekti. Dėl paprastos struktūros, patikimo veikimo ir suderinamumo su žemos įtampos logika jis yra praktiškas pasirinkimas. Šiame straipsnyje paaiškinamas jo kontaktas, veikimas, specifikacijos, bandymo metodai ir taikymas.
Kas yra PC817 optinis jungiklis?
PC817 yra optinis jungiklis, skirtas užtikrinti elektros izoliaciją tarp dviejų grandinės dalių. Jį sudaro infraraudonųjų spindulių šviesos diodas įvesties pusėje ir fototranzistorius išvesties pusėje, kurie optiškai sujungti vienoje pakuotėje. Signalai perduodami per šviesą, o ne tiesioginę elektros jungtį, todėl įvesties ir išvesties grandinės išlieka elektriškai izoliuotos, kol vis dar bendrauja.
PC817 kontaktų konfigūracija
| PIN numeris | PIN pavadinimas | Aprašymas |
|---|---|---|
| 1 | Anodas | IR šviesos diodo anodas, prijungtas prie įvesties signalo |
| 2 | Katodas | IR šviesos diodo katodas, paprastai prijungtas prie žemės |
| 3 | Emiteris | Fototranzistoriaus spindulys, prijungtas prie išėjimo įžeminimo |
| 4 | Kolekcionierius | Fototranzistoriaus kolektorius, teikia išėjimo signalą |
PC817 funkcijos ir specifikacijos
Elektros specifikacijos
| Parametras | Vertė | Pastabos |
|---|---|---|
| Įvesties LED priekinė įtampa | 1,25 V | Tipiškas |
| Didžiausia kolektoriaus srovė | 50 mA | Maksimalus įvertinimas |
| Didžiausia kolektoriaus-emiterio įtampa | 80 V | Maksimalus įvertinimas |
| Ribinis dažnis | 80 kHz | Tipiškas |
| Kilimo laikas | 18 μs | Tipiškas |
| Rudens laikas | 18 μs | Tipiškas |
| Galios išsklaidymas | 200 mW | Didžiausias |
| Darbinės temperatūros diapazonas | Nuo –30 °C iki 100 °C | Aplinka |
| Laikymo temperatūros diapazonas | Nuo –55 °C iki 125 °C | — |
| Maksimali litavimo temperatūra | 260 °C | Trumpalaikis litavimas |
funkcijos
| Funkcija | Aprašymas |
|---|---|
| Paketo parinktys | Galimi DIP ir SMT paketai |
| Kaiščio konfigūracija | Kompaktiškas keturių kontaktų dizainas |
| Elektros izoliacija | Izoliacijos įtampa iki 5 kV |
| Loginė sąsaja | Leidžia žemos įtampos logikai saugiai sąveikauti su aukštesnės įtampos grandinėmis naudojant išorinius rezistorius |
| Suderinamumas | Suderinamas su mikrovaldikliais, TTL logika ir nuolatinės srovės valdymo grandinėmis |
| Įvesties apsauga | Įvesties šviesos diodui reikalingi išoriniai srovės ribojimo ir atbulinės eigos apsaugos komponentai, kad būtų užtikrintas saugus veikimas |
| Atsparumas triukšmui | Optinė izoliacija pagerina atsparumą triukšmui ir signalo stabilumą |
PC817 optinio jungiklio veikimo principas
PC817 veikia naudojant šviesos valdomą perjungimą. Įvesties pusėje IR šviesos diodas turi būti maitinamas per išorinį srovę ribojantį rezistorių, kad būtų užtikrintas saugus veikimas. Išvesties pusėje fototranzistorius reaguoja į šviesos diodo skleidžiamą šviesą ir veikia kaip valdomas jungiklis.
Kai įvesties signalas yra žemas, IR šviesos diodas lieka išjungtas, o fototranzistorius nepraleidžia. Esant tokiai būsenai, išvesties kolektorius išlieka aukštas dėl išorinio traukimo rezistoriaus. Kai per įvesties šviesos diodą teka pakankamai srovės, šviesos diodas įsijungia, įjungia fototranzistorių ir sumažina išvestį.
Įvesties ir išvesties įžeminimai lieka visiškai izoliuoti, neleidžiant elektros triukšmui ir įtampos pereinamiesiems laikotarpiams kirsti tarp grandinės sekcijų. PC817, kurio pakilimo ir kritimo laikas yra maždaug 18 μs, tinka mažo ir vidutinio greičio signalo perjungimui, o ne aukšto dažnio programoms.
PC817 lygiaverčiai ir pakaitiniai modeliai
Alternatyvūs optiniai jungikliai
• 4N25 – bendrosios paskirties fototranzistoriaus optinis jungiklis su panašiu veikimo būdu
• 6N136 – didelės spartos loginis optinis jungiklis, optimizuotas greitesniems skaitmeniniams signalams
• 6N137 – didelės spartos loginis optinis jungiklis su TTL suderinama išvestimi
• MOC3021 – Optotriac tvarkyklė kintamosios srovės apkrovos valdymui
• MOC3041 – nulinio kryžminio optotriac tvarkyklė kintamosios srovės perjungimui
PC817 variantai
| Variantas | PR intervalas (%) | Tipiškas naudojimo atvejis |
|---|---|---|
| PC817A | 50% – 150% | Bendrosios paskirties izoliacija su mažais išėjimo srovės reikalavimais |
| PC817B | 130% – 260% | Geresnis perjungimo patikimumas naudojant vidutinės galios pavarą |
| PC817C | 200% – 400% | Loginio lygio sąsaja ir didesnės traukimo rezistoriaus vertės |
| PC817D | 300% – 600% | Mažos LED pavaros srovės programos ir didelio jautrumo grandinės |
PC817 programos
• Elektros izoliacijos grandinės, skirtos atskirti aukštos ir žemos įtampos sekcijas, pagerinant bendrą sistemos saugumą
• Mikrovaldiklio įvesties ir išvesties apsauga, apsauganti nuo įtampos šuolių, įžeminimo kilpų ar išorinių gedimų
• Signalo izoliacija tarp skaitmeninių ir analoginių sekcijų, padedanti išlaikyti signalo tikslumą ir sumažinti kryžminius trukdžius
• Triukšmo ir trukdžių mažinimas valdymo ir ryšio linijose, ypač triukšmingoje aplinkoje
• Kintamosios ir nuolatinės srovės maitinimo valdymo grandinės, tokios kaip relių tvarkyklės ir kietojo kūno perjungimo pakopos
• Perjungimo grandinės, kurioms reikalingas saugus įtampos atskyrimas, kai tiesioginis elektros prijungimas neleidžiamas
• Buitinė technika, naudojanti impulsinį kintamosios srovės apkrovos valdymą, įskaitant variklių pavaras, reguliatorius ir laiko valdymo grandines
• Matavimo ir valdymo sistemos, kurioms reikalinga nuosekli ir patikima izoliacija, kad būtų galima tiksliai aptikti ir grįžtamąjį ryšį
Kaip išbandyti PC817 optinį jungiklį?
Pagrindinis LED ir tranzistoriaus testas
Greitą išankstinį PC817 patikrinimą galima atlikti naudojant standartinį multimetrą, kad patikrintumėte tiek įvesties šviesos diodą, tiek išvesties fototranzistorių:
• Nustatykite multimetrą į diodų bandymo režimą.
• Matuokite per įvesties LED kaiščius (anodą ir katodą).
• Normalus priekinės įtampos kritimas viena kryptimi ir laidumo nebuvimas atbuline eiga rodo, kad šviesos diodas veikia tinkamai.
• Įvesties šviesos diodui įjunkite žemą nuolatinę įtampą per srovę ribojantį rezistorių.
• Išmatuokite varžą arba tęstinumą per išėjimo tranzistoriaus kaiščius.
Pastebimas varžos pokytis, kai įjungiamas įvesties šviesos diodas, patvirtina, kad fototranzistorius reaguoja į šviesą.
Funkcinė bandymo grandinė
Norint praktiškiau patikrinti, galima surinkti paprastą bandymo grandinę:
• Įkiškite PC817 į lentą arba bandymo lizdą.
• Įveskite įvesties šviesos diodą per rezistorių ir mygtuką arba loginį signalą.
• Prijunkite indikatoriaus šviesos diodą su ištraukiamuoju rezistoriumi prie išėjimo pusės.
• Kai mygtukas paspaudžiamas arba įvestis įjungiama aukštai, išvesties šviesos diodas turėtų užsidegti.
PC817 ir EL817 palyginimas
| Parametras | PC817 | EL817 |
|---|---|---|
| Įvesties priekinė įtampa | 1,25 V | 1,2 V |
| Kolektoriaus-emiterio įtampa | 80 V | 35 V |
| Kolektoriaus srovė | 50 mA | 50 mA |
| Galios išsklaidymas | 200 mW | 200 mW |
| Darbinė temperatūra | Nuo –30 °C iki 100 °C | Nuo –55 °C iki 110 °C |
| Pakuotė | 4 DIP | 4 DIP |
PC817 dizaino svarstymai ir apribojimai
Projektuojant grandines su PC817 optiniu jungikliu, reikia atsižvelgti į keletą praktinių veiksnių, kad būtų užtikrintas stabilus veikimas, ilgalaikis patikimumas ir tikslus signalo perdavimas. Nors PC817 paprasta naudoti, šių apribojimų nepaisymas gali sukelti nenuoseklų veikimą arba priešlaikinį gedimą.
Srovės perdavimo santykio (CTR) kintamumas
PC817 išėjimo srovė tiesiogiai priklauso nuo jo srovės perdavimo santykio (CTR), kuris labai skiriasi priklausomai nuo įrenginio variantų ir veikimo sąlygų. CTR įtakoja:
• Įvesties LED srovė
• Darbinė temperatūra
• Įrenginio senėjimas laikui bėgant
• Gamybos tolerancija tarp vienetų
Dėl šio kintamumo grandinės neturėtų pasikliauti tiksliais išėjimo srovės lygiais. Vietoj to, turėtumėte palikti pakankamą maržą, pasirinkdami tinkamus traukiamuosius rezistorius ir užtikrindami, kad fototranzistorius gali visiškai prisotinti blogiausiomis CTR sąlygomis.
Įvesties LED pavaros ir rezistoriaus pasirinkimas
Įvesties šviesos diodui reikalingas išorinis srovę ribojantis rezistorius, kad būtų išvengta viršsrovės pažeidimų. Per didelė LED srovė pagreitina degradaciją, o nepakankama srovė gali sukelti nepatikimą išvesties perjungimą.
Daugeliu atvejų 5–10 mA LED pavaros srovė užtikrina gerą perjungimo patikimumo ir ilgalaikio LED tarnavimo laiko pusiausvyrą. Reikėtų vengti nuolatinio veikimo arti maksimalios srovės, kad sumažėtų šiluminis įtempis ir senėjimo poveikis.
Išėjimo prisotinimo įtampa ir traukimo rezistorius
Fototranzistoriaus išvestis veikia kaip atviro kolektoriaus jungiklis ir reikalauja išorinio traukimo rezistoriaus. Kai prisotintas, kolektoriaus-emiterio įtampa nenukrenta iki nulio ir paprastai išlieka apie 0,1–0,3 V, priklausomai nuo apkrovos srovės.
Pasirinkus per mažą traukiamąjį rezistorių, padidėja galios išsklaidymas ir sulėtėja išjungimo laikas, o per didelis rezistorius gali sulėtinti kilimo laiką ir sumažinti atsparumą triukšmui.
Perjungimo greičio ir dažnio apribojimas
PC817, kurio tipinis pakilimo ir kritimo laikas yra maždaug 18 μs, geriausiai tinka mažos spartos skaitmeniniams signalams ir valdymo programoms. Esant aukštesniems dažniams, perjungimo delsos ir tranzistoriaus saugojimo laikas sukelia bangos formos iškraipymus ir laiko klaidas.
Dėl to PC817 nerekomenduojama:
• Didelės spartos skaitmeninis ryšys
• PWM signalai su greito krašto reikalavimais
• Duomenų perdavimas virš dešimčių kilohercų
Šioms programoms vietoj jų turėtų būti naudojami loginiai vartai arba didelės spartos optiniai jungikliai.
Temperatūros poveikis
Darbinė temperatūra tiesiogiai veikia tiek šviesos diodo efektyvumą, tiek fototranzistoriaus stiprinimą. Esant aukštai temperatūrai, CTR paprastai mažėja, sumažindamas išėjimo srovę. Turėtumėte apsvarstyti galimybę sumažinti įvesties srovę arba padidinti projektines ribas, kai optinis jungiklis naudojamas aukštos temperatūros aplinkoje, pvz., maitinimo šaltiniuose ar pramoniniuose valdymo pultuose.
Elektros izoliacijos apribojimai
Nors PC817 užtikrina aukštą izoliacijos įtampą (paprastai iki 5 kV), tinkamas PCB išdėstymas yra būtinas norint išlaikyti izoliacijos vientisumą. Plokštėje turi būti išsaugoti tinkami šliaužimo ir tarpo atstumai, ypač aukštos įtampos įrenginiuose. Teršalai, drėgmė ar srauto likučiai gali žymiai sumažinti efektyvią izoliaciją.
LED senėjimas ir ilgalaikis patikimumas
Laikui bėgant infraraudonųjų spindulių šviesos diodų išvestis palaipsniui mažėja dėl normalaus senėjimo. Tai sumažina CTR ir išvesties pavaros galimybes. Projektavimas su vidutine LED srove ir pakankama išėjimo riba užtikrina patikimą veikimą per visą įrenginio tarnavimo laiką, ypač nuolatinio darbo ar saugai svarbiose sistemose.
Išvada
PC817 išlieka patikimu ir ekonomišku optiniu jungikliu, skirtu signalams izoliuoti mišrios įtampos sistemose. Paprastas valdymas, tvirtas atsparumas triukšmui ir platus programų palaikymas puikiai tinka valdymo, matavimo ir apsaugos grandinėse. Suprasdami jo ribas, variantus ir tinkamus bandymus, užtikrinamas patikimas veikimas ir ilgalaikis grandinės saugumas.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kaip pasirinkti tinkamą srovę ribojantį rezistorių PC817?
Rezistoriaus vertė priklauso nuo įvesties įtampos ir norimos LED srovės. Atimkite LED priekinę įtampą (~1.25 V) iš maitinimo įtampos, tada padalinkite iš tikslinės LED srovės (paprastai 5–10 mA). Tai užtikrina saugų LED veikimą ir nuoseklų išvesties atsaką.
Ar PC817 galima naudoti tiesiogiai su Arduino ar kitais 5 V mikrovaldikliais?
Taip, PC817 gerai veikia su 5 V mikrovaldikliais, kai naudojamas tinkamas įvesties rezistorius. Išėjimo pusei paprastai reikalingas mikrovaldiklio loginės įtampos traukiamasis rezistorius, kad būtų gaunami švarūs skaitmeniniai signalai.
Kokia yra PC817 izoliacijos įtampa ir kodėl ji svarbi?
PC817 užtikrina izoliaciją iki maždaug 5 kV, priklausomai nuo gamintojo. Aukšta izoliacijos įtampa neleidžia pavojingiems aukštos įtampos pereinamiesiems laikotarpiams pasiekti jautrias žemos įtampos grandines, pagerina saugumą ir sistemos patikimumą.