Оптроны

Оптроны (оптопары) — электросветовые приборы, служащие для двойного преобразования электрического тока в свет и света в электрический ток.

Обозначение в схемах

Строение на рентгене

По принципу исполнения с

открытым оптическим каналом
закрытым оптическим каналом

С открытым каналом

Имеет механическое разделение приемное и передающей частей таким образом можно прерывать световой поток

Данный электронный компонент входит в компьютерную мышь, это мы о оптическом энкодере, в дешевые ставится механический. Просматривая эту информацию вы прокручиваете страничку - и вот там в колесике как раз и работает вот такой оптрон с открытым оптическим каналом.

С закрытым каналом

Оптрон тут это полностью закрытый прибор служит для гальванической развязки элементов схемы, т. е. электрически разделяются элементы схемы. Применений может быть огромное множество

У меня есть оптроны двух типов, заказывал я их как всегда на Ali, это :

PC817

PC357C

Это оптроны с закрытым каналом

Представители PC817, PC357C

PC817

Характеристики

Количество каналов: 1
Тип выхода: фототранзистор
Напряжение изоляции: 5000В
Максимальный прямой ток: 50мА
Максимальное выходное напряжение: 35В
Время включения: 4мкс
Время выключения: 3мкс

Принцип работы

Принцип работы прост, но нужно понимать что по сути это два электрически разных прибора объединённых в одном корпусе

С одной стороны на входе это светодиод и рассчитываем мы все исходя из принципа расчета для светодиода
С другой стороны на выходе это фототранзистор и его открытие происходит при его освещении.

Все характеристики я приводит не буду, но вот основные:

Для входа

Типовое напряжение питания (прямое напряжение) 1,2 В, при токе (прямой ток) 20 мА (0,02 А) По сути это питания светодиода.

Помним о том что максимальны ток протекающий через пин:

ESP имеет максимальный ток с пина или на пин: 12 мА (0,012А), а рекомендуемый 6мА (0,006А)
Arduino Uno это 40 мА (0,04А)

Рассчитаем величину сопротивления токоограничивающего резистора точно так же как мы рассчитываем ее для светодиода

И так же применим великий и ужасный Закон Ома для участка цепи, вот он, для тех кто забыл R=U/I

Так например:

для напряжения питания 3.3 В на входе RD=(3.3-1,2)/0,02 = 105 Ом. Ближайший аналог 110 Oм
для напряжения питания 5 В на входе RD=(5-1,2)/0,02 = 190 Ом. Ближайший аналог 200 Oм, 220 Oм
Для напряжения питания 12 вольт RD=(12-1,2)/0,02 = 540 Ом. Ближайший аналог 560 Oм. Но часто, не замарачиваясь ставят 1КОм (Но помним о мощности, тут она будет уже 0.24ватт, Обычные резисторы 0,125ватт, а этот будет уже побольше на 0,25 ватт )

Вы можете не считать это руками, а воспользоваться калькулятор расчета резистора для светодиода их много в сети, например таким

Давайте рассчитаем какой резистор должен быть при падении напряжения в 2 вольта R=(3,3-2)/0.02=65Om (68 Ом ближайший аналог) Отлично! Бежим и ставим светодиод в 68 ну или 100 Oм, но СТОП, посчитаем дальше

Рассчитывая силу тока в данной цепи с резистором и светодиодом (сопротивлением светодиода пренебрегаем - она мало) получаем I = U / R; I=3.3/68=0,048А

А у нас ограничение по силе тока на пине ESP8266 в 6мА (0,006А)

Значит такой резистор не подходит он подойдет для светодиода, но не для пина ESP8266

Рассчитаем тогда для этой силы тока на пине ESP8266 какой должен быть резистор R=U/I; R=3.3/0,006=550Ом

Поэтому правильно ставить резистор не на 65Ом - 68Ом или 200Ом, а на 550Ом - 1КОм, вплоть до 1,5КОм (да можно аж до 2,5КОм тогда сила тока будет 1 мА, а если точнее 0,0013A и светодиод будет слабенько, но светится) в большинстве модулей ставится "стандартный "резистор на 1КОм (1000 Ом)

Поговорим о выходе

Для выхода

напряжение коллектор-эмиттер до 35 В;

напряжение эмиттер - коллектор до 6 В;

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А)

Так как там расположен фототранзистор то электрические характеристики и соответствуют ему

Фототранзистор это как обычный транзистор только на базу (полупроводниковый базовый слой) не подается электрический ток для открытия транзистора, а подается свет (в данном случае от светодиода) и под воздействием света транзистор открывается.

Транзистор работает в режиме переключения это означает, что он либо открыт (включен), либо закрыт (выключен)

Nак как это NPN транзистор то в направлении коллектор-эмиттер он хорошо пропускает ток и способен пропустить до 35 вольт

А вот в обратном направлении он то же способен пропускать ток, но делает это плохо неохотно всего до 6 вольт

Распайка PC817

Или вот так, прямо на чипе

Исходя из описанного выше типовая схема включения будет следующей

N1 с подтяжкой (стягивающий) к питанию

N2 с подтяжкой к земле

Где R - резистор (сопротивление)

R1 - Токоограничивающий резистор светодиода, около 1КОм при напряжении 3,3-5 вольт

R2 - Подтягивающий резистор, 1кОм-10 кОм.

R3 - Токоограничивающий резистор пина контролера, 200 Oм - 2 кОм

PC357C

Перейдем к PC357C

Распиновка

Абсолютно такая же см. выше

Характеристики

Вход

Абсолютно тоже что и выше для PC817

Выход

напряжение коллектор-эмиттер до 80 В (больше почти в два раза)

напряжение эмиттер - коллектор до 6 В (то же что и выше)

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А) (то же что и выше)

По сути все тоже самое что и выше.

Теперь зная все это можем создать сами тестер оптопары которыми переполнен интернет с условием использовать минимум деталей. Нам обязательно понадобится светодиод для детекции работы и два токоограничивающего резистора и все.

R1 - токоограничивающий резистор для оптопары 1Kom

R2- токоограничивающий резистор для светодиода 1Kom

VCC1-питание (+) для светодиода

VCC2 -питание (+) для оптопары

Принцип работы для самых маленьких

Когда есть питание только на VCC1 (+) светодиод не горит потому как коллектор-эмитер закрыт светодиод оптопары не работает

Когда есть питание только на VCC2 (+) светодиод не горит потому как на нем нет положительного потенциала, но оптопара работает мы просто этого не видим.

И только когда есть питание и на VCC1 (+) и на VCC2 (+) светодиод горит в этом случае транзистор оптопары открылся - оптопара рабочая.

И вот как это выглядит в реальности

Перейдем к практической реализации. Мне нужно собрать контроллер наличия напряжения в сети, а именно наличия/ отсутствия 12вольт для ESP8266. Можно это сделать разными способами, например с помощью датчика Холла (детекция ток) или с помощью резисторного делителя напряжения или с помощью оптрона и это хороший вариант так как в данном случае разные части схемы гальванически развязаны.

Резистивный делитель напряжения

Имеется задача обнаружение наличия напряжение в сети, в данном случае напряжение в сети постоянного тока и в этом нам поможет делитель напряжения. Или детекция напряжение с использованием ESP8266

А вообще они, делители напряжение бывают разные резистивные, емкостные, индуктивные.

Но мы, для начала, разберемся с резистивным (резисторным) делителем напряжения.

Что делает делитель? Правильно он делит, в данном случае напряжение и чаще всего на две части.

Делитель напряжения можно представить как два последовательных участка цепи, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению.

Давайте разберемся как рассчитать параметры. Для начала запишем исходные данные:

Uобщ=U1+U2

Rобщ=R1+R2

Iобщ=I1=I2

Закон великого и ужасного Ома Iобщ= Uобщ/Rобщ или Iобщ= Uобщ/(R1+R2)

U2=R2 х I2 или заменяя I2 на Uобщ/(R1+R2) получим

U2=R2 х (Uобщ/(R1+R2))

по аналогии так же будет и с U1

откуда R1= ((Uобщ хR2)/U2)-R2

Все это можно рассчитать вручную, но это долго и муторно. Поэтому воспользуемся калькуляторами, их много в сети, ну например вот этот: https://cxem.net/calc/divider_calc.php

При применения резисторного делителя напряжение помним что:

Нагрузка подключается параллельно к одному из резисторов делителя, то есть шунтирует его, то общее сопротивление цепи снижается и происходит перераспределение падений напряжений. Отсюда сопротивление нагрузки должно быть гораздо больше сопротивления резистора делителя. В противном случае схема будет работать нестабильно с отклонением от заданных параметров.
Распределение U между R₁ и R₂ определяется исключительно их относительными значениями, а не абсолютными величинами. В данном случае неважно, будут ли R₁ и R₂ иметь значение 2 кОм и 1 кОм или 200 кОм и 100 кОм. Но (!) при более низких значениях сопротивлений можно получить большую мощность на нагрузке, но следует помнить, что и больше мощности преобразуется в тепло, то есть израсходуется невозвратно впустую. Поэтому для детекции чего либо т. е. если мы подключаем к Ардуино, ESP8266 или другому микроконтроллеру сопротивление резиторов может быть большое так как мощность в данном случае не важна.

Посмотри как датчики напряжение реализованы у Китайцев, вот пожалуйста устройство с названием "Voltage Sensor"

На этой иллюстрации наглядно видно супер сложное строение устройства помимо контактных пинов есть еще целых два резистора следующими номиналами R1= 30Kom, R2=7,5Kom. А так же надпись, что измеряет оно постоянное напряжение до 25 вольт.

Нарисуем схему еще раз для наглядности и посчитаем что там получается. Воспользуемся любым калькулятором из сети, например таким: https://cxem.net/calc/divider_calc.php

Получаем при:

Uобщ=3 вольта; U1=2,4в; U2=0,6в

Uобщ=5 вольта; U1=4в; U2=1в

Uобщ=10 вольта; U1=2в; U2=8в

Uобщ=12 вольта; U1=9,6в; U2=2,4в

Uобщ=12 вольта; U1=13,2в; U2=3,3в

Uобщ=25 вольта; U1=20в; U2=5в

Таким образом делитель напряжения делит это самое напряжение в соотношении 1:5.

Видно что при 25 вольтах на нижнем плече (U2) будет напряжение 5 вольт т. е. это подходит для ардуины (отсюда и взялось максимальное измеримое напряжение в 25 вольт). Для ESP максимум измеряемого напряжение будет 16,5 вольта, потому как тогда на цифровой PIN уйдет максимальное для ESP 3.3 вольта.

Таким образом собрав измеритель напряжение вы можете не только сказать есть напряжение или нет, но и измерить его подключив выход датчика к аналоговому порту ESP8266 или Ардуины. Для ESP8266 вы сможете измерить до 4 вольт, а на Ардуине до 25 вольт. Как так, скажите Вы, мы же считали что на ESP8266 можно подать через измеритель до 16.5 вольт, а оказалось только до 4 вольт. Дело вот в чем.

На обычный ПИН(PIN) ESP8266 мы можем подать напряжение до 3,3 вольт, а на аналоговый ПИН (PIN) только до 1 вольта.

(!) При подключении помним, что аналоговые входы (ADC) ESP8266 имеют диапазон входного напряжения 0-1 В, и выдают диапазон значений 0-1023

Но на цифровом ПИНе(PIN) мы не сможем ничего измерить только сказать есть сигнал или его нет ("0" или "1", "высокий" или "низкий" уровень), а вот на аналоговом ПИНе(PIN) уже можем провести измерения, а значит измерить только до 4 вольт.

Практическая реализация

Все это на практике выглядит так

Допуск (или точность) резистора

Так как вся наша схема состоит только из резисторов то от них зависит точность измерений

Допуск это точность или возможное отклонение в % сопротивления от значения обозначенного на резисторе

Резисторы бывают с точностью:

20%

10%

1% до 0,01% - высокоточные и точные резисторы.

Обычная точность резисторов 10% и чаще 5%

Так вот, наши китайские братья пишут что используют в схеме "Voltage Sensor" высокоточные резисторы, но если честно я что то сомневаюсь. Если вы хотите как можно более точно измерять напряжение также рекомендуется использовать высокоточные резисторы, а в обычной жизни подойдут и обычные резисторы.

Детектор напряжение на оптроне

Теперь соберем детектор напряжение на оптроне

Перейдем к практической реализации будем детектировать наличие тока в сети т.е. есть или нет 220 вольт.

Помните мы работаем с напряжением которое опасно для жизни!

Все что Вы делаете, Вы делаете на свой страх и риск! Будьте осторожны! Берегите себя!

Если Вы не уверены в себе или не понимает что делаете - не повторяйте это!

Представлено только для ознакомления

Page updated

Google Sites

Report abuse