Pinout optočlenu 4N35, datový list a vysvětlení funkce

Optočlen 4N35 je jednoduchá, ale důležitá izolační součást používaná v mnoha elektrických obvodech. Tento článek vysvětluje pinout 4N35, pracovní princip, funkce, parametry, elektrické specifikace, příklady obvodů a srovnání s dalšími běžnými optočleny.

Katalog

Přehled optočlenu 4N35

Vishay 4N35 je optočlen s fototranzistorem se 6 piny navržený pro přenos elektrických signálů prostřednictvím světla při současném udržení elektrické izolace stran vstupu a výstupu. Obsahuje infračervenou LED na straně vstupu a silikonový NPN fototranzistor na straně výstupu.

Když proud protéká LED, produkuje vnitřní světlo, které aktivuje fototranzistor. To umožňuje přenos signálu bez přímého elektrického spojení, což pomáhá zlepšit bezpečnost obvodu, imunitu vůči šumu a ochranu proti rozdílům napětí. Optočlen 4N35 nabízí vysoké izolační napětí, kompaktní DIP balení a jednoduchou konfiguraci pinů, což ho činí vhodným pro návrhy vyžadující spolehlivou izolaci signálů a stabilní spínací výkon.

Pokud máte zájem o zakoupení optočlenu 4N35, neváhejte nás kontaktovat ohledně cen a dostupnosti.

Pinout a detaily pinů 4N35

• Pin 1 - Anoda (A): Pozitivní vstupní pin vnitřní infračervené LED. Tento pin přijímá vstupní proud, který aktivuje optočlen.

• Pin 2 - Katoda (C): Negativní vstupní pin vnitřní infračervené LED. Obvykle je připojen k zemi prostřednictvím odporu pro omezení proudu.

• Pin 3 - NC (Žádné připojení): Tento pin není interně připojen k žádné komponentě uvnitř optočlenu 4N35 a obvykle je ponechán bez připojení.

• Pin 4 - Emitor (E): Vývod emitora vnitřního fototranzistoru. Obvykle je připojen k zemi nebo používán jako součást výstupního spínacího obvodu.

• Pin 5 - Kolektor (C): Vývod kolektoru vnitřního fototranzistoru. Výstupní signál je obvykle brán z tohoto pinu prostřednictvím pull-up odporu.

• Pin 6 - Bází (B): Bázový vývod vnitřního fototranzistoru. Může být použit pro biasování, nastavení citlivosti nebo optimalizaci spínání, ale často je v základních aplikacích ponechán bez připojení.

Základní pracovní princip optočlenu 4N35

Optočlen 4N35 funguje přenosem elektrického signálu prostřednictvím světla při současné elektrické izolaci vstupních a výstupních obvodů. Uvnitř optočlenu 4N35 se nacházejí dvě hlavní komponenty: infračervená LED na straně vstupu a fototranzistor na straně výstupu. Když proud protéká LED mezi piny anody a katody, LED vyzařuje infračervené světlo uvnitř balení. Toto světlo není viditelné z vnější strany, protože zůstává uvnitř pouzdra optočlenu.

Jak je ukázáno na obrázku, emitované infračervené světlo dopadá na vnitřní fototranzistor. Jakmile fototranzistor detekuje světlo, začne převádět proud mezi kolektorovým a emitorovým terminálem. To umožňuje výstupní straně obvodu přepínat nebo reagovat na vstupní signál bez přímého elektrického spojení mezi oběma stranami. Signál se přenáší opticky místo elektricky, což je důvod, proč se zařízení nazývá optočlánek nebo optoizolátor.

Elektrická izolace poskytovaná 4N35 je velmi důležitá v mnoha elektronických systémech. Pomáhá chránit citlivá nízkonapěťová zařízení, jako jsou mikrokontroléry, desky Arduino, PLC a digitální obvody, před vysokonapěťovými špičkami, elektrickým šumem a problémy se zemními smyčkami. Protože jsou vstup a výstup izolované, je méně pravděpodobné, že poruchy nebo rušení na jedné straně poškodí druhou stranu obvodu.

Výstupní stupeň fototranzistoru 4N35 se chová podobně jako normální tranzistorový spínač. Když je LED zapnuta, fototranzistor vodí. Když je LED vypnuta, fototranzistor přestává vodit. Množství výstupního proudu závisí na intenzitě světla generovaného LED, což je ovlivněno vstupním proudem. Tento vztah je běžně popisován poměrem přenosu proudu (CTR), který je uveden v datasheetu 4N35.

Přestože je 4N35 jednoduchý a spolehlivý, není určen pro aplikace s velmi vysokou rychlostí přepínání. Jeho výstup fototranzistoru je pomalejší ve srovnání se současnými rychlými optočlánky, ale nadále se široce používá v průmyslových řízeních, reléových izolačních obvodech, systémech zpětné vazby SMPS a rozhraní s mikrokontroléry kvůli své nízké ceně, jednoduchosti a silné schopnosti elektrické izolace.

Vlastnosti optočlenu 4N35

• 5000 VRMS Izolační napětí - Zajišťuje silnou elektrickou izolaci mezi vstupními a výstupními stranami, což pomáhá chránit nízkonapěťové obvody před poškozením vysokým napětím a elektrickým šumem.

• Kompatibilní s běžnými logickými rodinami - Lze snadno propojit s mikrokontroléry, TTL, CMOS, Arduino, PLC a dalšími digitálními logickými obvody.

• Nízká kapacitance mezi vstupem a výstupem (< 0.5 pF) - Pomáhá snižovat elektrický šum a nežádoucí rušení signálu mezi izolovanými obvody.

• Standardní 6-pinový dvojitý zásuvný obal (DIP) - Používá široce podporovaný formát balení, který se snadno montuje na PCB a stavební desky.

• Infračervená LED a výstup fototranzistoru - Používá přenos signálu na bázi světla pro bezpečnou a spolehlivou elektrickou izolaci.

• Dobrá imunitní vůči šumu - Pomáhá zlepšovat stabilitu signálu v průmyslových a přepínacích prostředích s elektrickým rušením.

• Jednoduchá integrace obvodu - Vyžaduje pouze několik externích komponent, což jej činí vhodným pro začátečníky i profesionální návrhy obvodů.

• Soulad s RoHS a WEEE - Splňuje environmentální a bezpečnostní normy pro nebezpečné materiály v moderní elektronické výrobě.

• Spolehlivá elektrická izolace - Zabraňuje přímému elektrickému spojení mezi řídicími a výkonovými obvody, zlepšuje bezpečnost systému.

• Nízkokostní izolační řešení - Běžně používáno v cenově dostupných průmyslových, spotřebitelských a vestavěných elektronických aplikacích.

Maximální hodnoty 4N35

• Index srovnatelného sledování - 175. Ukazuje odolnost materiálu proti elektrickému sledování na jeho povrchu.

• Izolační odpor při 25°C - 10¹² Ω. Ukazuje velmi vysoký odpor mezi vstupními a výstupními stranami při pokojové teplotě.

• Izolační odpor při 100°C - 10¹¹ Ω. Ukazuje, že izolace zůstává silná i při vysoké teplotě.

• Teplota skladování - -55°C až +150°C. Bezpečný teplotní rozsah, když je 4N35 skladován, ale nepracuje.

• Pracovní teplota - -55°C až +100°C. Bezpečný pracovní teplotní rozsah během běžného používání.

• Teplota spojení - 100°C. Maximální vnitřní teplota polovodičové spojky.

• Teplota pájení - 260°C. Maximální povolená teplota během pájení na krátkou dobu.

• Zpětné napětí - 6 V. Maximální zpětné napětí, které může přežít vstupní LED.

• Přímý proud - 50 mA. Maximální trvalý proud povolený přes vstupní LED.

• Impulsní proud - 1 A. Maximální krátký pulzní proud, který může LED zvládnout.

• Ztráta výkonu na vstupu - 70 mW. Maximální výkon, který může bezpečně rozptýlit vstupní strana.

• Napětí rozkladu kolektor-emitor - 70 V. Maximální napětí, které může výstupní tranzistor zablokovat mezi kolektorem a emitorem.

• Napětí rozkladu emitor-základna - 7 V. Maximální zpětné napětí povolené mezi emitorovým a základním terminálem.

• Collector Current - 50 mA. Maximální kontinuální proud povolený přes výstup fototransistoru.

• Peak Collector Current - 100 mA. Nejvyšší výstupní proud krátkého trvání povolený až na 1 ms.

• Output Power Dissipation - 70 mW. Maximální výkon, který může výstupní tranzistor bezpečně rozptýlit.

• Isolation Test Voltage - 5000 VRMS. Otestované napětí izolační pevnosti mezi vstupem a výstupem.

• Creepage Distance - ≥ 7 mm. Minimální povrchová vzdálenost mezi vstupními a výstupními piny pro bezpečnou izolaci.

• Clearance Distance - ≥ 7 mm. Minimální vzdálenost vzduchové mezery mezi vstupními a výstupními vodiči.

• Isolation Thickness Between Emitter and Detector - ≥ 0.4 mm. Fyzická izolační tloušťka mezi LED a fototransistorem.

Běžné aplikace optočlenů 4N35

Izolace mikrořadičů

4N35 se běžně používá k izolaci mikrořadičů, jako jsou Arduino, Raspberry Pi, PIC a STM32, od vyšším napětím. Elektrická izolace pomáhá chránit citlivé GPIO piny před napěťovými impulsy, elektrickým šumem a náhodnými zkraty. V mnoha vestavných systémech umožňuje 4N35 bezpečnou komunikaci mezi nízkonapěťovou digitální logikou a průmyslovými či řídicími obvody.

Obvody ovladačů relé

Mnoho řídicích obvodů relé používá 4N35 k oddělení řídicí strany od strany spínání relé. Tato izolace pomáhá chránit nízkonapěťové ovladače před zpětným EMF relé, přepínacími přechody a šumem při vysokém proudu. Často se nachází v automatizačních systémech, inteligentních domácích zařízeních a průmyslových řídicích deskách.

Izolace zpětné vazby SMPS

Přepínací napájecí zdroje (SMPS) často používají optočleny jako 4N35 pro izolovanou zpětnou vazbu. Optočlen přenáší signály zpětné vazby z sekundární strany na primární stranu při zachování bezpečné elektrické izolace. To pomáhá regulovat výstupní napětí, aniž by vytvářelo přímé elektrické spojení mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými sekcemi.

PLC a průmyslové automatizační systémy

Průmyslové řídicí systémy často používají 4N35 pro izolaci signálů mezi PLC, senzory, akčními členy a ovladači motorů. Průmyslová prostředí obvykle obsahují elektrický šum, napěťové špičky a problémy se zemnicími smyčkami, takže optická izolace zlepšuje spolehlivost systému a chrání citlivou řídicí elektroniku.

Obvody ovládání AC zátěže a TRIAC

4N35 může být použit v obvodech spínání AC a ovládání TRIAC, kde nízkonapěťové ovladače potřebují bezpečně interagovat s vysokonapěťovými AC zátěžemi. Optočlen pomáhá izolovat řídicí obvod od nebezpečného napětí sítě AC, čímž zvyšuje bezpečnost uživatele a ochranu obvodů v DIMMER zařízeních, ovladačích ohřívačů a ovladačích spotřebičů.

Řídící a ovladačské obvody motorů

Systémy ovladačů motorů často používají 4N35 k izolaci PWM signálů, řídicí logiky nebo zpětných vazeb z hlučných obvodů napájení motoru. Izolace pomáhá snižovat interference způsobené induktivními zátěžemi, přepínacím šumem a náhlými napěťovými špičkami generovanými DC motory a průmyslovými motory.

Izolace signálu mezi různými úrovněmi napětí

4N35 je užitečný v systémech, kde zařízení pracují na různých úrovních napětí. Například mikrořadič s napětím 3,3 V může bezpečně komunikovat s obvodem 12 V nebo 24 V prostřednictvím optické izolace. To zabraňuje přímému elektrickému spojení při současném umožnění přenosu signálů mezi těmito dvěma obvody.

Systémy správy baterií a nabíjení

Obvody nabíjení baterií a systémy správy baterií někdy používají 4N35 pro monitorování a izolované řídicí funkce. Izolace pomáhá zvyšovat bezpečnost v systémech vysokonapěťových baterií oddělením nízkonapěťové monitorovací elektroniky od nabíjecí nebo výkonové části.

Izolace šumu v audio a komunikačních obvodech

4N35 může pomoci snížit problémy se zemnicími smyčkami a elektrickými interference v některých komunikačních a audio systémech. Izolací signálové cesty optočlen pomáhá minimalizovat nežádoucí šum, který může ovlivnit kvalitu signálu a stabilitu systému.

Digitální spínání a logické rozhraní

Digitální spínací obvody často používají 4N35 jako izolovaný tranzistorový spínač. Výstup fototransistoru může komunikovat s logickými bránami, čítači, časovači nebo digitálními řadiči při zachování bezpečného oddělení mezi různými sekcemi obvodu.

Typické příklady obvodů 4N35

Izolační obvod MIDI input pomocí optočlenu 4N35

V tomto MIDI vstupním obvodu se optočlen 4N35 používá k bezpečné izolaci MIDI přijímače od vysílacího zařízení. Příchozí MIDI signál prochází prvky omezujícími proud a filtrujícími šum, než pohání interní LED optočlenu 4N35. Když je MIDI signál aktivní, LED uvnitř optočlenu emituje infračervené světlo, které zapíná interní fototranzistor na výstupní straně. Fototranzistor poté generuje izolovaný MIDI výstupní signál označený jako "MIDI In."

Tato optická izolace je velmi důležitá v MIDI systémech, protože různá audio zařízení mohou mít oddělené napájecí zdroje a uzemňovací spojení. Bez izolace by nežádoucí uzemňovací smyčky a elektrický šum mohly ovlivnit kvalitu signálu nebo poškodit připojené vybavení. Feritové korálky v obvodu pomáhají potlačit vysokofrekvenční šum, zatímco pull-up rezistor umožňuje výstupnímu tranzistoru generovat stabilní digitální signál pro přijímací obvod.

Základní izolační rozhraní Arduino pomocí optočlenu 4N35

Tento Arduino rozhraní obvod využívá 4N35 k izolaci externího signálového zdroje od vstupní nohy Arduino. Externí vstupní signál prochází rezistorem R1, který omezuje proud LED uvnitř optočlenu. Když je aplikován vstupní signál, interní LED se zapne a vyzařuje světlo, které aktivuje fototranzistor na výstupní straně. Fototranzistor poté přitahuje vstupní linku Arduino k zemi, což umožňuje Arduino bezpečně detekovat signál.

Pull-up rezistor připojený k 5V pomáhá vytvářet čistou digitální logickou úroveň pro vstupní nohu Arduino. Protože se signál přenáší světlem místo přímého elektrického spojení, zůstává Arduino elektricky izolováno od externího obvodu. To pomáhá chránit mikrořadič před napěťovými špičkami, elektrickým šumem a náhodným vystavením vysokému napětí, které se běžně vyskytuje v průmyslovém nebo řízení motorů.

4N35 vs další populární optočleny

4N35 vs PC817

4N35 a PC817 jsou oba fototranzistorové optočleny používané pro izolaci signálu. 4N35 poskytuje přístup k internímu bázi tranzistoru, což umožňuje dodatečnou kontrolu a flexibilitu obvodu, zatímco PC817 používá jednodušší design s 4 piny. PC817 je často preferován pro kompaktní, cenově výhodné izolační obvody a aplikace zpětné vazby SMPS. 4N35 je obecně lepší volba, když je vyžadováno nastavení chování tranzistoru nebo flexibilnější výstupní konfigurace.

4N35 vs 4N25

4N35 a 4N25 mají podobné fototranzistorové výstupy a oba poskytují optickou izolaci. Nicméně 4N35 obvykle nabízí vyšší CTR a lepší výkon než starší design 4N25. Ačkoli 4N25 zůstává vhodný pro základní izolační obvody a zastaralé systémy, 4N35 je obvykle preferován pro nové návrhy, protože poskytuje spolehlivější přepínání a zlepšenou účinnost přenosu signálu.

4N35 vs MOC3021

4N35 a MOC3021 mají různé účely, přestože jsou oba optočleny. 4N35 používá fototranzistorový výstup a je navržen pro izolaci DC signálů, interfacing mikrořadičů a řídicí obvody. MOC3021 používá výstup ovladače TRIAC, který je specificky určen pro spouštění TRIACů v aplikacích řízení AC napájení. Pro izolaci signálů na logické úrovni je 4N35 lepší volba, zatímco MOC3021 je vhodnější pro přepínání zatížení AC, dimery a systémy řízení napájené z elektrické sítě.

Výrobce

Vishay Intertechnology je jedním z hlavních výrobců optočlenu 4N35 a je široce uznáván za výrobu spolehlivých diskrétních polovodičů a pasivních elektronických komponent. Výrobní schopnosti Vishay zahrnují velkoobjemovou výrobu polovodičů, automatizovanou montáž, přesné testování, výrobu optické izolační technologie a přísné procesy kontroly kvality navržené tak, aby splnily mezinárodní standardy spolehlivosti a bezpečnosti.

Často kladené otázky FAQ]

1. Proč je elektrická izolace důležitá při používání 4N35?

Chrání nízkonapěťové obvody před špičkami, šumem a problémy uzemňovacích smyček tím, že přenáší signály prostřednictvím světla místo přímého elektrického kontaktu.

2. Jak ovlivňuje fototranzistor 4N35 výkon přepínání?

Fototranzistor se zapne, když obdrží světlo od LED. Funguje dobře pro přepínání při středních rychlostech, ale není ideální pro signály vysokorychlostních dat.

3. Co se stane, pokud je vstupní rezistor LED nesprávný?

Rezistor, který je příliš nízký, může poškodit LED, zatímco ten, který je příliš vysoký, může způsobit slabé nebo nestabilní přepínání výstupu.

4. Jak se 4N35 liší od MOC3021?

4N35 má fototransistorový výstup pro izolaci DC signálu, zatímco MOC3021 je určen pro spouštění TRIACů v řízení AC zátěže.

5. Jak 4N35 snižuje šum a zemní smyčky?

Odděluje země vstupu a výstupu, takže nežádoucí proud a rušení nemohou snadno procházet mezi připojenými obvody.