Расчет резистора для оптопары при разном напряжении питания

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