Оптрон PC817 (Оптопара)

Оптрон PC817 (Оптопара)

В данной статье будут рассмотрены характеристики и схема включения оптрона РС817. Устройства представляет собой одноканальную оптопару с закрытым оптическим каналом от компании Sharp. Его основу составляют светодиод и фототранзистор размещенные в SMD-корпусе. Именно такие используются в большинстве импульсных блоков питания в изолированной цепи с обратной связью, и там где требуется идеальная гальваническая развязка.

Применение оптронов pc817 в радиолюбительских схемах достаточно распространенное явление. Особенно в последнее время совместно с дешевыми контроллерами вроде Arduino, Raspberry Pi и др. Он широко используется для передачи сигналов управления включения/выключения в слаботочных системах вместо электронного реле.

1. Цоколевка
2. Технические характеристики
3. Абсолютные-максимальные
4. Электро-оптические параметры
5. Классификация
6. Аналоги
7. Схема включения
8. Проверка мультиметром
9. Производители

Ремонт импульсных блоков питания

Неисправности импульсных блоков питания, ремонт

Исходя из схемы импульсного блока питания перейдем к ее ремонту. Возможные неисправности:

1. Если сгорел варистор и предохранитель на входе или VCR1, то ищем дальше. Потому, что они так просто не горят.
2. Сгорел диодный мост. Обычно это микросхема. Если есть защитный диод, то и он обычно горит. Нужна их замена.
3. Испорчен конденсатор C1 на 400В. Редко, но бывает. Часто его неисправность можно выявить по внешнему виду. Но не всегда. Иногда внешне исправный конденсатор оказывается плохим. Например, по внутреннему сопротивлению.
4. Если сгорел переключающий транзистор, то выпаиваем и проверяем его. При неисправности требуется замена.
5. Если не работает ШИМ регулятор, то меняем его.
6. Замыкание, а также обрыв обмоток трансформатора. Шансы на починку минимальны.
7. Неисправность оптопары — крайне редкий случай.
8. Неисправность стабилизатора TL431. Для диагностики замеряем сопротивление.
9. Если КЗ в конденсаторах на выходе блока питания, то выпаиваем и диагностируем тестером.

Примеры ремонта импульсных блоков питания

Например, рассмотрим ремонт импульсного блока питания на несколько напряжений.

Неисправность заключалась в в отсутствии на выходе блока выходных напряжений.

Например, в одном блоке питания оказались неисправны два конденсатора 1 и 2 в первичной цепи. Но они не были вздутыми.

На втором не работал ШИМ контроллер.

На вид все конденсаторы на снимке рабочие, но внутреннее сопротивление у них большое. Более того, внутреннее сопротивление ESR конденсатора 2 в кружке оказалось в несколько раз выше номинального. Этот конденсатор стоит в цепи обвязки ШИМ регулятора, поэтому регулятор не работал. Работоспособность блока питания восстановилась только после замены этого конденсатора. Потому что ШИМ заработал.

Ремонт компьютерных блоков питания

Пример ремонта блока питания компьютера. В ремонт поступил дорогой блок питания на 800 Вт. При его включении выбивало защитный автомат.

Выяснилось, что короткое замыкание вызывал сгоревший транзистор в первичной цепи питания. Цена ремонта составила 3000 руб.

Имеет смысл чинить только качественные дорогие компьютерные блоки питания. Потому что ремонт БП может оказаться дороже нового.

Как работает оптопара в телевизоре

Определение и области использования

Оптопара – это оптико-электронный прибор, содержащий в своем составе оптически связанные источник и приемники оптического излучения (рисунок OC.1). Источником является светодиод, приемником – фотодиод иди фототранзистор. Чаще всего оптопары, используют для передачи сигнала между гальванически развязанными цепями.

Итак, функции оптопар:

– передача аналогового сигнала обратной связи при обеспечении гальванической развязки;

– передача цифрового сигнала при обеспечении гальванической развязки.

Кроме этого некоторые экзотические типы оптопар могут использоваться в качестве нетрансформатрного гальванически развязанного источника питания малой мощности или для непосредственного, но медленного управления затвором MOSFET (например оптопары с фотоэлектрическим выходом TLP590B).

Оптопары в зависимости от области применения делятся на несколько типов:

– с высоким быстродействием;

– оптопары с изолирующим усилителем (операционный усилитель);

– оптопары с мощным выходным усилителем, используемые в качестве драйверов силовых ключей.

В одном корпусе может содержаться одна или несколько оптопар.

Рисунок OC.1 – Условное обозначение оптопары, содержащей светодиод и фототранзистор

Оптопары, содержащие в качестве приемника фоторезистор в настоящее время практически не используются. Наиболее распространены оптопары в качестве приемника в которых используется фототранзистор. Оптопары на основе фотодиода используются существенно реже по причине малого коэффициента передачи по току и соответственно необходимости усиления выходного сигнала.

Основные параметры оптопар

1. Максимальное напряжение изоляции (Isolation test voltage) V_ISO – максимальное напряжение между светодиодом и фотоприемником расположенными внутри корпуса оптопары.

2. Максимальное обратное напряжение на входе оптопары (Reverse voltage (input) ) V_R – максимальное обратное напряжение прикладываемое к светодиоду оптопары.

3. Максимальный средний входной ток оптопары (Forward current) I_F – максимальная величина среднего тока через входной диод оптопары.

4. Максимальный импульсный входной ток оптопары (Surge current) I_FSM – максимальная величина импульсного тока через входной диод оптопары. При этом обычно указывается максимальная длительность импульса.

5. Максимальная рассеиваемая светодиодом мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая светодиодом оптопары.

6. Максимальное напряжение на коллекторном переходе оптопары (Collector emitter breakdown voltage) BV_CEO – максимальное напряжение между коллектором и эмиттером оптопары. В оптопарах с интегрированным выходным усилителем – это максимальное напряжение питания оптопары.

7. Максимальное обратное напряжение эмиттер-база выходного транзистора оптопары (Emitter base breakdown voltage) V_CEO – максимальное обратное напряжение перехода эмиттер-база выходного транзистора оптопары. Этот параметр применим только к оптопарам с выведенным выводом базы фототранзистора.

8. Максимальный средний ток коллектора (Collector current) I_C – максимальная величина среднего тока коллектора выходного транзистора оптопары.

9. Максимальная рассеиваемая фототранзистором мощность (Power dissipation) P_diss – максимальная мощность, рассеиваемая фототранзистором оптопары.

10. Расстояние утечки (Creepage distance) – расстояние между проводниками печатной платы при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

11. Безопасное расстояние (Clearance distance) – расстояние между оптопарой и другими элементами устройства при котором обеспечивается заявленное напряжение изоляции V_ISO.

12. Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары (Isolation thickness between emitter and detector) – Толщина изоляции между светодиодом и фотоприемником оптопары.

13. Сопротивление изоляции (Isolation resistance) R_IO – сопротивление изоляции между излучателем и фотоприемником оптопары при заданной температуре.

14. Входная емкость (Input capacitance) C_O – входная емкость светодиода оптопары.

15. Максимальное напряжение на переходе коллектор-база (Collector base breakdown voltage) BV_CBO – максимальное напряжение между коллектором и базой оптопары.

16. Темновой ток между коллектором и эмиттером оптопары (Collector emitter dark current) I_CEO – ток между коллектором и эмиттером оптопары при условии нулевого тока светодиода.

17. Темновой ток между коллектором и базой оптопары (Collector base dark current) I_CBO – ток между коллектором и базой оптопары при условии нулевого тока светодиода.

19. Выходная емкость коллектор-эмиттер (Collector emitter capacitance) C_CE – емкость между коллектором и эмиттером оптопары.

20. Напряжение насыщения перехода коллектор-эмиттер (Saturation voltage, collector emitter) V_CE(sat) – минимальное значение напряжения коллектор-эмиттер фототранзистора в открытом состоянии

21. Проходная емкость оптопары (Capacitance input-output) C_IO – емкость между входом и выходом оптопары.

22. Коэффициент передачи по постоянному току (DC current transfer ratio) CTR_DC – отношение входного тока оптопары (тока через светодиод) к выходному току (току фототранзистора). Это один из наиболее важных параметров оптопары, часто используемый в практических расчетах. Оптопары одной серии классифицируются по этому параметру.

23. Время спада и нарастания сигнала (Rise and fall times) t_r, t_f – динамические характеристики оптопары, определяющие её быстродействие.

Типовые схемы включения оптопар

«Коллекторное» и «эмиттерное» включение оптопар

Типовые схемы включения оптопар представлены на рисунках OC.2- OC.3. Нагрузочный резистор оптопары может быть подключен как к коллектору так и к эмиттеру. При подключении к коллектору выходной сигнал оптопары инвертируется, при подключении к эмиттеру – нет. С использованием данных схем можно передавать как цифровой, так и аналоговый сигнал. Быстродействие определяется прежде всего типом используемых оптопар и величинами резисторов в обвязке. С уменьшением их сопротивления скорость переключения возрастает за счет уменьшения постоянной времени образованной паразитными емкостями светодиода и фототранзистора и резисторами внешней цепи.

Рисунок OC.2 – Типовые схемы включения оптопар

Увеличение выходного тока оптопар

Максимальный выходной ток оптопары ограничен «даташитными» значениями. С целью его увеличения используют транзисторные усилители (рисунок OC.3) [Фоточувствительные приборы и их применение. Кайдалов С.А. Радио и связь. Серия МРБ. 1991. 112 с.].

Рисунок OC.3 – Способы увеличения выходного тока транзисторной оптопары

Логическое «И» на оптопарах

С помощью нескольких оптопар можно реализовать схему логического «И» или аналогового сумматора (рисунок OC.4). Эта схема может найти применение при построении цепей обратной связи источников питания, когда необходимо обеспечить обратную связь (причем аналоговую) по нескольким параметрам одновременно – например, по току и по напряжению.

Рисунок OC.4 – Логическое И на оптопарах

Некоторые особенности оптопар

Внутренний экран оптопары

Кроме оптической связи входные и выходные цепи оптопары имеют емкостную связь. Вследствие этого при большой скорости роста напряжения между светодиодной и фототранзисторной частями оптопары возможно ложное приоткрывание фототранзистора вследствие наведенного емкостного тока. Для борьбы с этим эффектом в структуру оптопары вводят экран (рисунок OC.5) предотвращающий появление ёмкостного тока.

Радиочастотный подход

Обычно радиочастотная связь у нас ассоциируется с системами, работающими на больших расстояниях. Но нет никаких причин, по которым вы не можете использовать ее для приложений (очень) ближнего действия, таких как изоляция цифрового сигнала. Идея заключается в том, чтобы модулировать несущую в соответствии с цифровым входным сигналом, передавать модулированный сигнал через изолирующий барьер и затем демодулировать сигнал.

Риснок 2 – Схема взята из технического описания для семейства цифровых изоляторов Si864x от Silicon Labs.

Использование амплитудной манипуляции (вкл/выкл) снижает энергопотребление, поскольку устройство не передает РЧ-сигнал, когда на входе присутствует низкий логический уровень.

Рисунок 3 – Диаграмма взята из технического описания для семейства цифровых изоляторов Si864x от Silicon Labs.

Описание компонента на первой странице технического описания Si864x показывает, что эти устройства лучше, чем оптопары, практически во всех отношениях. Единственные возможные недостатки, которые могут прийти мне в голову, связаны с повышенной генерацией или восприимчивостью к электромагнитным помехам. Однако в этом документе (стр. 10) утверждается, что эти изоляторы сконструированы таким образом, чтобы обеспечить работу с низким уровнем создаваемых электромагнитных помех и высокую устойчивость к радиочастотным помехам.

Прежде чем двигаться дальше, интересно отметить, что эти радиочастотные изоляторы обеспечивают значительные улучшения по сравнению с оптопарами, несмотря на тот факт, что принципиальное различие между этими двумя технологиями заключается только в длине волны: оптопара позволяет цифровому сигналу включать и отключать источник электромагнитного излучения с более короткой длиной волны излучения (т. е. свет), а устройство SiLabs позволяет цифровому сигналу включать и отключать источник более длинноволнового электромагнитного излучения (т. е. РЧ сигнал).

Классификация

По степени интеграции

• оптопары (или элементарные оптроны) — состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)
• оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

По типу оптического канала

• с открытым оптическим каналом
• с закрытым оптическим каналом

По типу фотоприёмника

• с фоторезистором
• с фотодиодом
• с биполярным (обычным или составным) фототранзистором
• с полевым фототранзистором
• с фототиристором

В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления.

1. Электронно-оптическое, основанное на принципе фотоэлектрического преобразования, реализуемого в твердом теле внутренным фотоэффектом и электролюминесценцией.
2. Оптическое, основанное на тонких эффектах взаимодействия твердого тела с электромагнитным излучением и использующее лазерную технику, голографию, фотохимию и т.д.

Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических ЭВМ:

• Оптроны
• Квантооптические элементы.

Они являются представителями соответственно электронно-оптического и оптического направлений.

Тип фотоприёмника определяет линейность передаточной функции оптрона. Наиболее линейны и тем самым пригодны для работы в аналоговых устройствах резисторные оптроны, затем — оптроны с приёмным фотодиодом или одиночным биполярным транзистором. Оптроны с составными биполярными транзисторами или полевыми транзисторами используются в импульсных (ключевых, цифровых) устройствах, в которых линейность передачи не требуется. Оптроны с фототиристорами применяются для гальванической развязки схем управления от цепей управления.

Применение

Существует множество сфер, в которых необходимо использование оптронов. Такая широта применения обусловлена тем, что они являются элементами, обладающими множеством различных свойств и на каждое их качество приходится отдельная сфера применения.

• Фиксация механического воздействия (применяются устройства, оснащённые оптическим каналом открытого типа, который можно перекрыть (оказать механическое воздействие), а значит, само устройство можно использовать как сенсор):
  • Детекторы наличия (выявление наличия/отсутствия бумажных листов в принтере);
  • Детекторы конечной (начальной) точки;
  • Счётчики;
  • Дискретные спидометры.
• Гальваническая изоляция (использование оптронов позволяет передавать сигнал не связанный с напряжением, также с их помощью обеспечивается бесконтактное управление и защита), которая может обеспечиваться:
  • Оптопарой (в большинстве случаев применяется как информационный передатчик);
  • Оптореле (более прочего подходит для управления сигнальными и силовыми цепями).

Как проверить на исправность?

В общем виде наружная диагностика возможных неисправностей и поломок блока питания выглядит следующим образом.

Если внешний вид конденсаторов вызывает у вас хоть какие-то подозрения, то их необходимо сразу же снять и заменить.

Вы заметили перебои с работой дежурного режима – нужно сразу же проверить напряжение на управляемом стабилитроне. Если на выходе данного узла напряжение будет отсутствовать либо иметь слишком низкие значения, следовательно, режим работы нарушен.

Для того чтобы восстановить функциональность элемента, необходимо удостовериться в работоспособности всех остальных деталей схемы. Для этого следует выпаять один контакт подозрительного конденсатора либо резистора, все сгоревшие элементы удалить полностью и сразу же заменить новыми. Если вы увидите участок некачественной пайки – это место нужно залудить с флюсом, а после удостовериться в том, что контакты прочно зафиксированы в зоне крепления.

О восстановлении работоспособности схемы БП и возвращении дежурного режима укажут появление напряжение в 5 В, а также мигание красного светового индикатора на лицевой панели телевизора.

Обращаем внимание на то, что при каждой замене остальных подозрительных элементов необходимо сразу же выполнять проверку – произошли ли изменения на выходе блока питания.

О том, что функциональность оборудования возвращена, можно судить по нормальному включению телевизора и поступлению качественного аудио- и видеоряда.

Виды встроенных тюнеров

Эфирный DVB-T2

Тюнер формата DVB-T2 необходим для воспроизведения эфирного цифрового вещания. Он обеспечивает наилучшие характеристики для воспроизведения аудио- и видеоинформации, передаваемой с помощью наземных ретрансляторов.

Для просмотра эфирного ТВ необходимо сделать следующее:

• подключить ко входному разъему антенный кабель , принимающий сигнал эфирного цифрового ТВ;
• настроить прием. Для этого нужно использовать конструктивные возможности тюнера. Они подразумевают сканирование эфира в поисках доступных для приема каналов, их сортировку, запоминание их и разделение в памяти устройства. Так появляется возможность получить к ним доступ с помощью пульта.

Кабельный DVB-C и C2

Кабельное телевидение использует свой собственный стандарт. Передача данных происходит по оптоволоконному кабелю, проложенному от магистральной сети оператора до домашнего приемника телезрителя. Для просмотра необходимо наличие тюнера стандарта DVB-C или DVB-C2.

Для того чтобы получить доступ к кабельным каналам, необходимо:

• иметь в квартире точку доступа согласно развертке, которую делает провайдер;
• иметь исправную аппаратуру – внешний или внутренний тюнер DVB-C.

Настройка приема осуществляется так же, как при использовании эфирной антенны. Аппаратура принимает его и расшифровывает, в том числе с использованием платного кода.

Спутниковый DVB-S и S2

Самый универсальный (и дорогой) способ смотреть «цифру» в любой точке на карте страны. Прием сигнала происходит через спутниковую антенну, подключаемую к специальному входу на задней панели телевизора. Доступ к каналам зашифрован. Для декодирования используется Смарт-карта, выдаваемая провайдером при заключении договора и вставляемая в соответствующий слот на приемнике.

Для подключения спутниковых каналов необходимо:

1. Наличие тюнера DVB-S (реже — S2).
   Если он встроен в ваш телевизор, то никаких внешних приставок не нужно.
2. Иметь доступ к спутниковому сигналу.
   Как минимум для этого нужна параболическая антенна, способная этот телесигнал принимать и передавать на спутниковый ресивер в телевизоре.
3. Иметь коды для расшифровки сигналов.
   Действующая система спутникового телевидения основана на том, что абоненты регулярно оплачивают ПО, способное расшифровывать принимаемый телесигнал. Кроме того, в любой системе спутникового вещания имеются пакеты, доступ к которым оплачивается отдельно.

Настойка каналов этого формата проводится в том же порядке, что и эфирных.

Решение для «умного» телевидения

Android TV — это модификация известной мобильной операционной системы, предназначенная для установки в мультимедийные приставки.

Аксессуар подключается через HDMI-интерфейс и позволяет запускать любые Android-приложения на экране телевизора.

Также такие консоли поддерживают технологию IPTV, благодаря которой пользователь может смотреть телевизионный эфир с помощью интернет-соединения.

Приобрести Android-приставку можно в магазинах большинства крупных ритейлеров (например, в М.Видео) или на таких онлайн-площадках, как AliExpress и eBay.

Итог

Цифровая приставка совместима с любым телевизором — будь то советский «Горизонт» или современный аппарат с поддержкой технологии Смарт ТВ.

Хотя стандарт DVB-T2 проигрывает по всем техническим показателям спутниковому телевидению, именно относительно дешёвое цифровое эфирное вещание пользуется наибольшей популярностью на территории стран СНГ.