Рассмотрим типичную схему включения, которая изображена на рис. 1.
Рисунок 1 – Схема включения
Необходимые входные данные и формулы изложены в краткой расчетной последовательности ниже:
- определяемся с значениями напряжения питания;
- из даташита на оптопару находим параметры: значение тока через диод (Forward current) и значение падения напряжения на диоде (Forward voltage). Необходимы min и max значения;
- из даташита на транзистор находим значение напряжения насыщения коллектор-эмиттер (Collector-Emitter Saturation Voltage);
- рассчитываем значение сопротивления по формуле:
где
Vcc – напряжение питания;
Vd – падение наряжения на диоде;
Vce – падение напряжения на транзисторе;
Id – ток через диод.
- рассчитываем значение тока через резистор по формуле:
- рассчитываем мощность резистора по закону Ома или его производных (формула приведена для примера):
Подробный алгоритм расчета:
1. Определяем входные напряжения (напряжения питания – Vcc)
Примечания: либо min и max значение из заданного диапазона или фиксированные значения (например 3,3 и 5 В).
2. Из даташита на транзистор находим значение напряжения насыщения коллектор-эмиттер (Vce)
3. Выбираем ток через диод (Id); учитываем поправки
Примечание: в даташите, в основном, указан возможный диапазон токов, max значение которого не следует превышать. Также следует учесть, что при наработке определенного времени, происходит деградация параметров компонента, поэтому необходимо заложить некоторый запас. В среднем 40-50% от выбранного значения, (может варьироваться, в зависимости от расчетов и/или характеристик оптопары).
4. Из даташита находим min и max значения падения напряжения на диоде оптопары (Vd); учитываем поправки
Примечание: следует учесть, что при нагреве, падение напряжения на диоде уменьшается, а при охлаждении наоборот (см. рис. 2). Поэтому, необходимо это учесть. Если в даташите данный параметр (график) не указан, то средние показатели можно взять из даташита на диод, в котором данный параметр есть, пример такого диода, указан на рис. 2.
Рисунок 2 – График зависимости напряжения от температуры
В первом приближении можно считать, что при max значении Vd следует внести запас в 20% (значение из даташита умножить на 1,2). А при рассмотрении случая с min падением, закладывают коэффициент -10% (значение из даташита умножить на 0,9).
5. Рассчитываем сопротивление (R) для min значения Vcc и при max Vd
6. В магазине находим ближайшее, к рассчитанному, значение сопротивления резистора
Примечание: предпочтение отдается ближайшему меньшему значению.
7. Для найденного (магазинного) резистора рассчитуем мощность (Р) и протекаемый ток (I)
8. Проверяем выбранный резистор в остальных «критических» случаях, рассчитывая протекаемый через него ток
Примечание: представляем, что мы ставим данный резистор в устройство, но так как у нас два возможных Vcc и два возможных критических значения Vd, необходимо проверить какой ток будет проходить через рассчитанный резистор в остальных случаях. А именно: min и max Vd для max Vcc и min Vd для min Vcc. Подробнее смотри на рис. 3.
9. Если в одном из возможных случаев, ток через резистор превышает max допустимый для диода оптопары ток (по даташиту), следует немного уменьшить значение выбранного Id и повторить расчет по п. 5 – п. 8.
Пример расчета в среде программы Excel (для компонентов из рис. 1) приведен на рис. 3.
Рисунок 3 – Практическая реализация расчета по алгоритму