Калькулятор оптопары с транзисторным выходом

Коэффициент передачи с запасом

Главный параметр — коэффициент передачи тока CTR = I_C / I_F · 100 % (Vishay AN45, уравнение 1). В даташите он задан диапазоном для группы (у VOL617A-3 — 100–200 % при 5 мА), и в расчёт идёт минимум. Дальше его уменьшают на три множителя (AN45, уравнение 4):

• NCTR — нормированный CTR из графиков даташита при вашем токе светодиода и худшей температуре, для насыщенного режима (V_CE около 0,4 В).
• Старение — Vishay закладывает около 20 % снижения CTR за 10 лет работы, множитель 0,8.
• Разброс — ещё около 25 %, множитель 0,75.

В примере 2 AN45 оптопара VOL617A-3 работает при 75 °C и 7 мА, NCTR по графику 0,71, и CTR для расчёта — 100 % · 0,71 · 0,8 · 0,75 = 42,6 %. То есть от 7 мА через светодиод гарантированно можно рассчитывать лишь на 3 мА тока коллектора.

Резистор нагрузки

Когда светодиод горит, транзистор должен войти в насыщение: ток через RL не может превышать то, что транзистор способен пропустить. Отсюда нижняя граница (AN45, уравнения 2 и 6; AN02, пример 2):

Здесь I_IL — ток, который вход приёмника отдаёт в транзистор при низком уровне: у входа TTL до 1,6 мА, у входа КМОП микроконтроллера он пренебрежимо мал. Для примера AN45 получается (5 − 0,4) / (7 мА · 0,426) = 1,54 кОм.

Когда светодиод погашен, через RL всё равно текут темновой ток фототранзистора I_CEO и входной ток приёмника I_IH. Чтобы они не опустили высокий уровень ниже порога V_IH, резистор ограничен сверху (AN02, пример 2):

Для входа TTL (V_IH = 2 В, I_IH до 40 мкА, I_CEO 0,2 мкА) это 74,6 кОм, а с запасом 20 % по V_IH — 64,7 кОм. У КМОП-входа граница намного выше, но темновой ток растёт с температурой: у 4N35 он до 50 нА при 25 °C и до 500 мкА при 100 °C и 30 В. Берите значение для своей наибольшей температуры.

Резистор светодиода

Светодиод питается от выхода микроконтроллера или логики через резистор (AN02):

где V_OL — напряжение низкого уровня выхода при этом токе, если светодиод включён между питанием и выходом. В примере 1 AN02 для 12,3 мА от 5 В при V_F = 1,2 В и V_OL = 0,4 В получается 276 Ом, выбран 270 Ом. Калькулятор округляет R_V вниз по ряду E24 — ток светодиода получается чуть больше расчётного, а не меньше. Проверьте, что он не превышает предельный ток оптопары и допустимый ток вывода микроконтроллера.

Скорость

Время переключения фототранзистора — микросекунды: у 4N35 типовые t_on и t_off по 10 мкс при 2 мА и нагрузке 100 Ом. По данным Vishay AN04, оптопары с большим CTR быстрее включаются, но медленнее выключаются: в насыщенном транзисторе накапливается больше заряда. Большой резистор нагрузки тоже затягивает выключение. Поэтому RL берут ближе к нижней границе, а для скоростей в сотни килобит и выше — быстродействующие оптопары с логическим выходом. Подробнее об этом и о выборе оптопары — в статье «Оптопары».