Перейти к содержанию

Можно ли управлять оптопарой от 3,3 В?

Обновлено Редакция GAW

Светодиоду оптопары напряжения 3,3 В хватает с запасом: у 4N35 прямое напряжение при 10 мА — 1,2 В типично и 1,5 В максимум. Вопрос только в резисторе и в том, хватит ли тока на выходе.

Резистор светодиода

Ток задаёт резистор, который считают по худшему сочетанию: вывод даёт наименьшее напряжение высокого уровня, светодиод — наибольшее прямое. У STM32F103 по даташиту VOH не ниже VDD − 0,4 В = 2,9 В при токе 8 мА:

R=VOH,min−VF,maxIF=2,9−1,50,009≈155 Ом.R = \frac{V_{OH,min} - V_{F,max}}{I_F} = \frac{2{,}9 - 1{,}5}{0{,}009} \approx 155\ \text{Ом}.
ВеличинаХудший случайТипичный случай
Напряжение вывода2,9 В3,3 В
Прямое напряжение 4N351,5 В1,2 В
Ток при R = 150 Ом9,3 мА14 мА
То же при −55 °C (VF до 1,7 В)8 мА—

Оба значения далеко от предела 25 мА на вывод STM32F103 и 60 мА для светодиода 4N35. Тот же расчёт для любого светодиода сделает калькулятор резистора.

Хватит ли тока на выходе

Коэффициент передачи 4N35 при 10 мА — не меньше 100 % при 25 °C и не меньше 40 % во всём диапазоне −55…+100 °C, но оба значения даны при VCE = 10 В. В ключе транзистор насыщен (VCE около 0,4 В), и CTR там ниже — Vishay приводит для этого отдельные нормированные кривые. Ещё около 20 % AN45 советует закладывать на старение светодиода. Оценка без учёта насыщения: 8 мА · 0,4 · 0,8 ≈ 2,6 мА, откуда подтяжка не меньше (3,3 − 0,4) / 0,0026 ≈ 1,1 кОм. Это оптимистичная граница, поэтому на практике ставят 4,7–10 кОм: при 4,7 кОм нужен ток коллектора всего 0,6 мА, то есть CTR около 8 %.

Точный расчёт с нормированным CTR из графиков даташита, разбросом и границами резистора нагрузки делает калькулятор оптопары. Как выбирать оптопару по скорости и изоляции — в статье «Оптопары».

Похожие вопросы

Можно ли подключить светодиод оптопары к выводу без резистора?

Нет. Прямое напряжение светодиода 1,2–1,5 В заметно меньше 3,3 В, и ток ограничит только сопротивление вывода. У STM32F103 предел — 25 мА на вывод, а у 4N35 — 60 мА через светодиод; резистор держит ток около 10 мА с запасом до обоих пределов.

Как подключить выход оптопары к входу на 3,3 В?

Коллектор фототранзистора — к входу и к подтягивающему резистору на 3,3 В, эмиттер — к общему проводу приёмной стороны. Резистор не меньше (3,3 − 0,4) В / IC; оптимистичная оценка даёт около 1 кОм, но с запасом на CTR в насыщении ставят 4,7–10 кОм.

Почему выход оптопары не опускается до нуля?

Фототранзистору не хватает тока: подтягивающий резистор слишком мал для тока коллектора, который даёт светодиод при худшем CTR. Увеличьте резистор нагрузки или ток светодиода в пределах 25 мА на вывод STM32 и проверьте расчёт по минимальному CTR.

Источники

  1. Vishay. 4N35-X, 4N36-X, 4N37-X, 4N38: Optocoupler, Phototransistor Output, with Base Connection (doc. 83717, Rev. 1.8) — VF 1,2 В тип., 1,5 В макс. при IF = 10 мА, до 1,7 В при −55 °C; предельный IF 60 мА; CTR 4N35 не менее 100 % при IF = 10 мА и VCE = 10 В, не менее 40 % в диапазоне −55…+100 °C; ICEO до 50 нА при 25 °C
  2. STMicroelectronics. DS5319: STM32F103x8, STM32F103xB datasheet (Rev 20) — табл. 7 — ток любого вывода не более ±25 мА, суммарно 150 мА; табл. 37 — VOH не ниже VDD − 0,4 В при 8 мА и VDD − 1,3 В при 20 мА (2,7–3,6 В)
  3. Vishay. Application Note 45: How to Use Optocoupler Normalized Curves (doc. 83706, Rev. 1.6, 2021) — насыщенный режим — VCE 0,4 В; расчётный CTR = CTRmin · NCTR · старение · разброс, на старение около 20 %

Нашли ошибку?

Смотрите также