4N35 Оптопара, выводы, технические характеристики и принцип работы

Оптопара 4N35 - это простой, но важный элемент изоляции, используемый во многих электронных схемах. В этой статье объясняются выводы 4N35, принцип работы, особенности, рейтинги, электрические характеристики, примеры схем и сравнение с другими распространенными оптопарами.

Каталог

Обзор оптопары 4N35

Оптопара 4N35 от Vishay является фототранзисторной оптопарой с 6 выводами, предназначенной для передачи электрических сигналов через свет, сохраняя при этом электрическую изоляцию между входной и выходной стороной. Она содержит инфракрасный светодиод на входной стороне и кремниевый NPN фототранзистор на выходной стороне.

Когда ток проходит через светодиод, он производит внутренний свет, который активирует фототранзистор. Это позволяет передавать сигнал без прямого электрического соединения, что помогает улучшить безопасность схемы, помехоустойчивость и защиту от разности напряжений. 4N35 предлагает высокое изоляционное напряжение, компактный корпус DIP и простую конфигурацию выводов, что делает ее подходящей для конструкций, требующих надежной изоляции сигнала и стабильной производительности переключения.

Если вы заинтересованы в покупке 4N35, не стесняйтесь связаться с нами для получения информации о ценах и наличии.

Выводы 4N35 и детали выводов

• Вывод 1 - Анод (A): Положительный входной вывод внутреннего инфракрасного светодиода. Этот вывод получает входной ток, который активирует оптопару.

• Вывод 2 - Катод (C): Отрицательный входной вывод внутреннего инфракрасного светодиода. Обычно он соединяется с землей через ограничивающий сопротивление.

• Вывод 3 - NC (Нет соединения): Этот вывод не соединен ни с каким компонентом внутри 4N35 и обычно остается незакрепленным.

• Вывод 4 - Эмиттер (E): Эмиттерный вывод внутреннего фототранзистора. Обычно он соединяется с землей или используется как часть переключающего выходного цепи.

• Вывод 5 - Коллектор (C): Коллекторный вывод внутреннего фототранзистора. Выходной сигнал обычно берется с этого вывода через подтягивающее сопротивление.

• Вывод 6 - База (B): Базовый вывод внутреннего фототранзистора. Он может использоваться для смещения, регулировки чувствительности или оптимизации переключения, но часто остается незакрепленным в базовых приложениях.

Основной принцип работы оптопары 4N35

Оптопара 4N35 работает, передавая электрический сигнал через свет, сохраняя при этом электрические цепи входа и выхода изолированными друг от друга. Внутри 4N35 находятся два основных компонента: инфракрасный светодиод на входной стороне и фототранзистор на выходной стороне. Когда ток проходит через светодиод между анодом и катодом, светодиод излучает инфракрасный свет внутри корпуса. Этот свет не виден снаружи, потому что он остается внутри корпуса оптопары.

Как показано на изображении, испускаемый инфракрасный свет попадает на внутренний фототранзистор. Как только фототранзистор регистрирует свет, он начинает проводить ток между коллектором и эмиттером. Это позволяет выходной стороне схемы переключаться или реагировать на входной сигнал без прямого электрического соединения между двумя сторонами. Сигнал передается оптически, а не электрически, вот почему устройство называется оптопарой или оптоизолятором.

Электрическая изоляция, обеспечиваемая 4N35, очень важна во многих электронных системах. Она помогает защитить чувствительные устройства с низким напряжением, такие как микроконтроллеры, платы Arduino, ПЛК и цифровые схемы от высоковольтных всплесков, электрического шума и проблем с заземляющими петлями. Поскольку вход и выход изолированы, неисправности или помехи с одной стороны менее вероятно повредят другую сторону схемы.

Выходная ступень фототранзистора 4N35 ведет себя аналогично обычному транзисторному переключателю. Когда светодиод включен, фототранзистор проводит. Когда светодиод выключен, фототранзистор перестает проводить. Количество выходного тока зависит от интенсивности света, производимого светодиодом, которая влияет на входной ток. Эта зависимость обычно описывается коэффициентом передачи тока (CTR), приведенным в техническом паспорте 4N35.

Хотя 4N35 простой и надежный, он не предназначен для очень высокоскоростных переключающих приложений. Его выходной фототранзистор медленнее по сравнению с современными высокоскоростными оптопарами, но он продолжает широко использоваться в промышленных управлении, схемах изоляции реле, системах обратной связи SMPS и интерфейсировании с микроконтроллерами из-за своей низкой стоимости, простоты и высокой способности к электрической изоляции.

Особенности оптопары 4N35

• 5000 VRMS изоляционное напряжение - Обеспечивает сильную электрическую изоляцию между входной и выходной сторонами, помогая защитить низковольтные цепи от высоковольтных повреждений и электрического шума.

• Совместим с общими логическими семействами - Легко может взаимодействовать с микроконтроллерами, TTL, CMOS, Arduino, ПЛК и другими цифровыми логическими схемами.

• Низкая емкость связи между входом и выходом (< 0.5 pF) - Помогает уменьшить электрический шум и нежелательные помехи сигнала между изолированными цепями.

• Стандартный 6-ножевой корпус Dual-In-Line (DIP) - Использует широко поддерживаемый формат корпуса, который легко монтируется на печатных платах и макетах.

• Инфракрасный светодиод и выход фототранзистора - Использует световой перенос сигнала для безопасной и надежной электрической изоляции.

• Хорошая помехозащищенность- Помогает улучшить стабильность сигнала в промышленных и переключающих средах с электрическими помехами.

• Простая интеграция схемы - Требует всего лишь нескольких внешних компонентов, что делает его подходящим для схем, создаваемых начинающими и профессионалами.

• Соответствие RoHS и WEEE- Соответствует экологическим и стандартам безопасности опасных материалов для современного электронного производства.

• Надежная электрическая изоляция - Предотвращает прямое электрическое соединение между управляющими и силовыми цепями, улучшая безопасность системы.

• Недорогое решение для изоляции - Обычно используется в доступных промышленных, потребительских и встроенных электронных приложениях.

Максимальные параметры 4N35

• Индекс сравнительного отслеживания - 175. Указывает на устойчивость материала к электрическому отслеживанию на его поверхности.

• Сопротивление изоляции при 25°C - 10¹² Ω. Показывает очень высокое сопротивление между входной и выходной сторонами при комнатной температуре.

• Сопротивление изоляции при 100°C - 10¹¹ Ω. Показывает, что изоляция остается сильной даже при высокой температуре.

• Температура хранения - -55°C до +150°C. Безопасный диапазон температур, когда 4N35 хранится, но не работает.

• Температура эксплуатации - -55°C до +100°C. Безопасный диапазон рабочей температуры во время нормальной эксплуатации.

• Температура перехода - 100°C. Максимальная внутренняя температура перехода полупроводника.

• Температура пайки - 260°C. Максимальная температура, допустимая во время пайки на короткое время.

• Обратное напряжение - 6 V. Максимальное обратное напряжение, которое может выдерживать входной светодиод.

• Прямой ток - 50 мА. Максимальный непрерывный ток, разрешенный через входной светодиод.

• Импульсный ток - 1 A. Максимальный ток короткого импульса, который светодиод может выдерживать.

• Потребляемая мощность на входе - 70 mW. Максимальная мощность, которую входная сторона может безопасно рассеивать.

• Напряжение пробоя коллектор-эмиттер - 70 V. Максимальное напряжение, которое выходной транзистор может заблокировать между коллектором и эмиттером.

• Напряжение пробоя эмиттер-коллектор - 7 V. Максимальное обратное напряжение, разрешенное между эмиттером и базой.

• Ток коллектора - 50 мА. Максимально допустимый продолжительный ток через выход фототранзистора.

• Пиковый ток коллектора - 100 мА. Максимально допустимый выходной ток короткой продолжительности до 1 мс.

• Рассеяние выходной мощности - 70 мВт. Максимальная мощность, которую выходной транзистор может безопасно рассеиваеть.

• Напряжение испытания на изоляцию - 5000 VRMS. Испытанное напряжение изоляционной прочности между входом и выходом.

• Дистанция по поверхности - ≥ 7 мм. Минимальное расстояние по поверхности между входными и выходными контактами для безопасной изоляции.

• Междуконтактное расстояние - ≥ 7 мм. Минимальный воздушный промежуток между входными и выходными проводниками.

• Толщина изоляции между эмиттером и детектором - ≥ 0.4 мм. Физическая толщина изоляции между светодиодом и фототранзистором.

Общие приложения оптоэлектронного преобразователя 4N35

Изоляция микроконтроллеров

4N35 часто используется для изоляции микроконтроллеров, таких как Arduino, Raspberry Pi, PIC и STM32, от цепей с высоким напряжением. Электрическая изоляция помогает защитить чувствительные GPIO-ключи от напряженческих пиков, электрического шума и случайных коротких замыканий. Во многих встраиваемых системах 4N35 обеспечивает безопасную связь между цифровой логикой низкого напряжения и промышленными или силовыми цепями управления.

Управляющие цепи реле

Многие цепи управления реле используют 4N35 для отделения управляющей стороны от переключающей стороны реле. Эта изоляция помогает защитить контроллеры с низким напряжением от обратного ЭДС катушки реле, переходных процессов и шума с высоким током. Он часто встречается в системах автоматизации, устройствах умного дома и промышленных контроллерах.

Изоляция обратной связи SMPS

Блоки питания с переключающим режимом (SMPS) часто используют опторазвязки, такие как 4N35, для изолированного управления обратной связью. Опторазвязка передает сигналы обратной связи с вторичной стороны на первичную сторону, сохраняя безопасную электрическую изоляцию. Это помогает регулировать выходное напряжение, не создавая прямое электрическое соединение между высоковольтной и низковольтной частями.

PLC и промышленные автоматизированные системы

Промышленные системы управления часто используют 4N35 для изоляции сигналов между PLC, датчиками, актуаторами и драйверами моторов. Промышленные условия обычно содержат электрический шум, скачки напряжения и проблемы с контуром заземления, поэтому оптическая изоляция улучшает надежность системы и защищает чувствительную управляющую электронику.

Цепи нагрузки переменного тока и управления TRIAC

4N35 может использоваться в цепях переключения переменного тока и управления TRIAC, где контроллеры с низким напряжением должны безопасно взаимодействовать с высоковольтными переменными нагрузками. Опторазвязка помогает изолировать управляющую цепь от опасного напряжения сети переменного тока, улучшая безопасность пользователя и защиту цепи в диммерах света, контроллерах обогревателей и управляющих устройствах.

Управление моторами и цепи драйверов

Системы драйверов моторов часто используют 4N35 для изоляции сигналов ШИМ, логики управления или линий обратной связи от шумных цепей питания моторов. Изоляция помогает уменьшить помехи, вызванные индуктивными нагрузками, переключающим шумом и неожиданными скачками напряжения, создаваемыми DC моторами и промышленными моторами.

Изоляция сигналов между разными уровнями напряжения

4N35 полезен в системах, где устройства работают на разных уровнях напряжения. Например, микроконтроллер на 3.3 В может безопасно взаимодействовать с цепью на 12 В или 24 В через оптическую изоляцию. Это предотвращает прямое электрическое соединение, при этом позволяя передавать сигналы между двумя цепями.

Системы управления и зарядки аккумуляторов

Цепи зарядки аккумуляторов и системы управления аккумуляторами иногда используют 4N35 для мониторинга и функций изолированного управления. Изоляция помогает повысить безопасность в системах высоковольтных аккумуляторов, отделяя низковольтную мониторинговую схему от схемы зарядки или питания.

Изоляция шума в аудио и коммуникационных цепях

4N35 может помочь уменьшить проблемы с контуром заземления и электрические помехи в некоторых системах связи и аудио. Изолируя сигнал, опторазвязка помогает минимизировать нежелательный шум, который может повлиять на качество сигнала и стабильность системы.

Цифровое переключение и интерфейс логики

Цифровые цепи переключения часто используют 4N35 в качестве изолированного транзисторного переключателя. Выход фототранзистора может взаимодействовать с логическими элементами, счетчиками, таймерами или цифровыми контроллерами, сохраняя безопасное разделение между различными секциями цепи.

Типичные примеры цепей 4N35

Цепь изоляции MIDI-входа с использованием опторазвязки 4N35

В этой цепи ввода MIDI используются оптопар 4N35 для безопасной изоляции MIDI-приемника от передающего устройства. Входной сигнал MIDI проходит через элементы ограничения тока и фильтрации шумов, прежде чем активировать внутренний светодиод 4N35. Когда сигнал MIDI активен, светодиод внутри оптопары излучает инфракрасный свет, который включает внутренний фототранзистор на выходной стороне. Фототранзистор затем генерирует изолированный выходной сигнал MIDI, обозначенный как “MIDI In.”

Эта оптическая изоляция очень важна в системах MIDI, поскольку различные аудиоустройства могут использовать отдельные источники питания и соединения заземления. Без изоляции нежелательные замыкания на землю и электрические шумы могут повлиять на качество сигнала или повредить подключенное оборудование. Ферритовые бусины в цепи помогают подавить высокочастотные шумы, в то время как подтягивающий резистор позволяет выходному транзистору генерировать стабильный цифровой сигнал для принимающей цепи.

Основная схема интерфейса изоляции Arduino с использованием оптопары 4N35

Эта схема интерфейса Arduino использует 4N35 для изоляции внешнего источника сигнала от входного контакта Arduino. Внешний сигнал проходит через резистор R1, который ограничивает ток светодиода внутри оптопары. Когда применяется входной сигнал, внутренний светодиод включается и излучает свет, который активирует фототранзистор на выходной стороне. Фототранзистор затем тянет линию ввода Arduino к земле, позволяя Arduino безопасно обнаруживать сигнал.

Подтягивающий резистор, подключенный к 5V, помогает создать чистый уровень цифровой логики для входного контакта Arduino. Поскольку сигнал передается через свет, а не через прямое электрическое соединение, Arduino остается электрически изолированным от внешней цепи. Это помогает защитить микроконтроллер от всплесков напряжения, электрических шумов и случайного воздействия высоких напряжений, обычно встречающихся в промышленных или системах управления двигателями.

4N35 против других популярных оптопар

4N35 против PC817

4N35 и PC817 являются оптопарами с фототранзистором, используемыми для изоляции сигнала. 4N35 предоставляет доступ к базовому выводу внутреннего транзистора, позволяя дополнительное управление и гибкость цепи, в то время как PC817 использует более простую конструкцию с 4 выводами. PC817 часто предпочтителен для компактных, недорогих цепей изоляции и применений обратной связи ССМП. 4N35 обычно является лучшим выбором, когда требуются настраиваемое поведение транзистора или более гибкие конфигурации выхода.

4N35 против 4N25

4N35 и 4N25 имеют аналогичные выходы фототранзисторов и обе обеспечивают оптическую изоляцию. Однако 4N35 обычно предлагает более высокий CTR и лучшую производительность, чем более старая конструкция 4N25. Хотя 4N25 по-прежнему подходит для основных цепей изоляции и устаревших систем, 4N35 обычно предпочтительнее для новых разработок, поскольку он обеспечивает более надежное переключение и улучшенную эффективность передачи сигнала.

4N35 против MOC3021

4N35 и MOC3021 служат различным целям, несмотря на то, что оба являются оптопарами. 4N35 использует выход фототранзистора и предназначен для изоляции DC-сигналов, интерфейсов микроконтроллеров и управляющих схем. MOC3021 использует выход с драйвером TRIAC, специально предназначенный для управления TRIAC в приложениях по контролю переменного тока. Для изоляции сигналов уровня логики 4N35 является лучшим выбором, в то время как MOC3021 больше подходит для переключения нагрузки переменного тока, диммеров и систем управления от электросети.

Производитель

Vishay Intertechnology является одним из основных производителей оптопары 4N35 и широко признан за производство надежных дискретных полупроводников и пассивных электронных компонентов. Производственные возможности Vishay включают в себя массовое производство полупроводников, автоматическую сборку, точное тестирование, производство технологий оптической изоляции и строгие процессы контроля качества, предназначенные для соответствия международным стандартам надежности и безопасности.

Часто задаваемые вопросы FAQ]

1. Почему электрическая изоляция важна при использовании 4N35?

Она защищает схемы с низким напряжением от всплесков, шумов и проблем с замыканием на землю, передавая сигналы через свет, а не через прямой электрический контакт.

2. Как фототранзистор 4N35 влияет на производительность переключения?

Фототранзистор включается, когда получает свет от светодиода. Он хорошо справляется со среднескоростным переключением, но не идеален для высокоскоростных данных.

3. Что происходит, если резистор на входе светодиода неверен?

Резистор, который слишком мал, может повредить светодиод, в то время как слишком большой может привести к слабому или нестабильному переключению.

4. Чем 4N35 отличается от MOC3021?

4N35 имеет выходной фототранзистор для изоляции постоянного сигнала, в то время как MOC3021 предназначен для управления TRIAC в цепях переменного тока.

5. Как 4N35 уменьшает шум и петли заземления?

Он отделяет заземления входа и выхода, так что нежелательный ток и помехи не могут легко проходить между соединёнными цепями.