Pinout optoizolatora 4N35, karta katalogowa i wyjaśnienie działania

Optoizolator 4N35 to prosty, ale ważny komponent izolacyjny używany w wielu obwodach elektronicznych. Artykuł ten wyjaśnia pinout 4N35, zasady działania, cechy, parametry, specyfikacje elektryczne, przykłady obwodów oraz porównanie z innymi powszechnie stosowanymi optoizolatorami.

Katalog

Przegląd optoizolatora 4N35

Optoizolator 4N35 firmy Vishay 4N35 to 6-pinowy optoizolator fototransystorowy zaprojektowany do przesyłania sygnałów elektrycznych za pomocą światła, zachowując jednocześnie elektryczną izolację między stroną wejściową a wyjściową. Zawiera diodę LED na podczerwień po stronie wejściowej oraz fototransystor NPN krzemowy po stronie wyjściowej.

Gdy prąd przepływa przez diodę LED, wytwarza wewnętrzne światło, które aktywuje fototransystor. Pozwala to na transfer sygnału bez bezpośredniego połączenia elektrycznego, co poprawia bezpieczeństwo obwodu, odporność na zakłócenia oraz ochronę przed różnicami napięć. Optoizolator 4N35 oferuje wysokie napięcie izolacji, kompaktowe pakowanie DIP oraz prostą konfigurację pinów, co czyni go odpowiednim do projektów wymagających niezawodnej izolacji sygnału i stabilnej wydajności przełączania.

Jeśli jesteś zainteresowany zakupem 4N35, nie wahaj się z nami skontaktować w celu uzyskania cen i dostępności.

Pinout 4N35 i szczegóły pinów

• Pin 1 - Anoda (A): Dodatni pin wejściowy wewnętrznej diody LED na podczerwień. Ten pin odbiera prąd wejściowy, który aktywuje optoizolator.

• Pin 2 - Katoda (C): Ujemny pin wejściowy wewnętrznej diody LED na podczerwień. Zazwyczaj jest podłączony do masy przez rezystor ograniczający prąd.

• Pin 3 - NC (Brak połączenia): Ten pin nie jest wewnętrznie połączony z żadnym komponentem wewnątrz 4N35 i zazwyczaj pozostaje niepodłączony.

• Pin 4 - Emiter (E): Terminal emitera wewnętrznego fototransystora. Zazwyczaj jest podłączony do masy lub używany jako część obwodu przełączania wyjścia.

• Pin 5 - Kolektor (C): Terminal kolektora wewnętrznego fototransystora. Sygnał wyjściowy zazwyczaj pobierany jest z tego pinu przez rezystor podciągający.

• Pin 6 - Baza (B): Terminal bazy wewnętrznego fototransystora. Może być używany do polaryzacji, regulacji czułości lub optymalizacji przełączania, ale często pozostaje niepodłączony w podstawowych aplikacjach.

Podstawowa zasada działania optoizolatora 4N35

Optoizolator 4N35 działa poprzez transfer sygnału elektrycznego za pomocą światła, zachowując jednocześnie elektryczną izolację pomiędzy obwodami wejściowymi a wyjściowymi. Wewnątrz 4N35 znajdują się dwa główne komponenty: dioda LED na podczerwień po stronie wejściowej oraz fototransystor po stronie wyjściowej. Gdy prąd przepływa przez diodę LED pomiędzy pinami anody i katody, dioda emituje światło podczerwone wewnątrz obudowy. To światło nie jest widoczne na zewnątrz, ponieważ pozostaje wewnątrz obudowy optoizolatora.

Jak pokazano na obrazku, emitowane światło podczerwone uderza w wewnętrzny fototranzystor. Gdy fototranzystor wykryje światło, zaczyna przewodzić prąd pomiędzy terminalami kolektora i emitera. Umożliwia to stronie wyjściowej obwodu przełączanie się lub reagowanie na sygnał wejściowy bez bezpośredniego połączenia elektrycznego między obiema stronami. Sygnał jest przesyłany optycznie zamiast elektrycznie, dlatego urządzenie nazywa się optoizolatorem lub optokoplerem.

Izolacja elektryczna zapewniona przez 4N35 jest bardzo ważna w wielu systemach elektronicznych. Pomaga chronić wrażliwe urządzenia niskonapięciowe, takie jak mikrokontrolery, płytki Arduino, PLC i układy cyfrowe przed skokami wysokiego napięcia, szumem elektrycznym i problemami z pętlą ziemi. Ponieważ wejście i wyjście są izolowane, usterki lub zakłócenia po jednej stronie są mniej prawdopodobne, aby uszkodzić drugą stronę obwodu.

Etap wyjściowy fototranzystora w 4N35 zachowuje się podobnie jak normalny przełącznik tranzystorowy. Gdy dioda LED jest włączona, fototranzystor przewodzi. Gdy dioda LED jest wyłączona, fototranzystor przestaje przewodzić. Ilość prądu wyjściowego zależy od intensywności światła emitowanego przez diodę LED, którą wpływa prąd wejściowy. Ta zależność jest powszechnie opisana przez Współczynnik Przesyłu Prądu (CTR) znajdujący się w karcie katalogowej 4N35.

Chociaż 4N35 jest prosty i niezawodny, nie jest zaprojektowany do bardzo szybkich aplikacji przełączania. Jego wyjście fototranzystora jest wolniejsze w porównaniu do nowoczesnych optoizolatorów o wysokiej prędkości, ale pozostaje szeroko stosowany w sterowaniu przemysłowym, obwodach izolacyjnych przekaźników, systemach sprzężenia zwrotnego SMPS i interfejsie mikrokontrolerów z powodu niskich kosztów, prostoty i silnej możliwości izolacji elektrycznej.

Cechy optoizolatora 4N35

• 5000 VRMS Napięcie Izolacji - Zapewnia silną izolację elektryczną między stroną wejściową a wyjściową, pomagając chronić okręgi niskonapięciowe przed uszkodzeniem wysokiego napięcia i szumem elektrycznym.

• Kompatybilny z typowymi rodzinami logiki - Może łatwo współpracować z mikrokontrolerami, TTL, CMOS, Arduino, PLC i innymi układami logiki cyfrowej.

• Niską pojemność sprzężenia wejście-wyjście (< 0.5 pF) - Pomaga zmniejszyć szumy elektryczne i niepożądane zakłócenia sygnału między izolowanymi obwodami.

• Standardowe 6-pinowe opakowanie Dual-In-Line (DIP) - Używa szeroko wspieranego formatu opakowania, który jest łatwy do montażu na PCB i płytkach stykowych.

• Dioda LED podczerwieni i wyjście fototranzystora - Używa transferu sygnału opartego na świetle dla bezpiecznej i niezawodnej izolacji elektrycznej.

• Dobra odporność na szumy - Pomaga poprawić stabilność sygnału w środowiskach przemysłowych i przełączających z zakłóceniami elektrycznymi.

• Prosta integracja obwodu - Wymaga tylko kilku zewnętrznych komponentów, co czyni go odpowiednim dla początkujących i profesjonalnych projektów obwodów.

• Zgodność z RoHS i WEEE - Spełnia standardy bezpieczeństwa środowiskowego i materiałów niebezpiecznych dla nowoczesnej produkcji elektronicznej.

• Niezawodna izolacja elektryczna - Zapobiega bezpośredniemu połączeniu elektrycznemu między obwodami sterującymi a zasilającymi, poprawiając bezpieczeństwo systemu.

• Rozwiązanie izolacyjne o niskich kosztach - Powszechnie stosowane w przystępnych aplikacjach elektronicznych przemysłowych, konsumenckich i wbudowanych.

Maksymalne dane techniczne 4N35

• Indeks śledzenia porównawczego - 175. Wskazuje na odporność materiału na śledzenie elektryczne na jego powierzchni.

• Opór izolacji w 25°C - 10¹² Ω. Wykazuje bardzo wysoką odporność między stroną wejściową a wyjściową w temperaturze pokojowej.

• Opór izolacji w 100°C - 10¹¹ Ω. Wykazuje, że izolacja pozostaje silna nawet w wysokiej temperaturze.

• Temperatura przechowywania - -55°C do +150°C. Bezpieczny zakres temperatury, gdy 4N35 jest przechowywany, ale nie działa.

• Temperatura robocza - -55°C do +100°C. Bezpieczny zakres temperatury pracy podczas normalnego użytkowania.

• Temperatura węzła - 100°C. Maksymalna temperatura wewnętrzna węzła półprzewodnikowego.

• Temperatura lutowania - 260°C. Maksymalna temperatura, która jest dozwolona podczas lutowania przez krótki czas.

• Napięcie wsteczne - 6 V. Maksymalne napięcie wsteczne, które dioda LED wejściowa może wytrzymać.

• Prąd w przodzie - 50 mA. Maksymalny ciągły prąd dozwolony przez diodę LED wejściową.

• Prąd szczytowy - 1 A. Maksymalny krótki prąd impulsowy, który dioda LED może obsłużyć.

• Rozpraszanie mocy wejściowej - 70 mW. Maksymalna moc, którą strona wejściowa może bezpiecznie rozproszyć.

• Napięcie przebicia kolektor-emiter - 70 V. Maksymalne napięcie, które tranzystor wyjściowy może zablokować między kolektorem a emiterem.

• Napięcie przebicia emiter-baza - 7 V. Maksymalne napięcie wsteczne dozwolone między emiterem a bazą.

• Prąd kolektora - 50 mA. Maksymalny dozwolony ciągły prąd przez wyjście fototranzystora.

• Szczytowy prąd kolektora - 100 mA. Najwyższy dozwolony krótko trwały prąd wyjściowy przez maksymalnie 1 ms.

• Rozpraszanie mocy na wyjściu - 70 mW. maksymalna moc, którą tranzystor wyjściowy może bezpiecznie rozproszyć.

• Napięcie testowe izolacji - 5000 VRMS. Przetestowana siła izolacji napięcia między wejściem a wyjściem.

• Odległość przeskoku - ≥ 7 mm. Minimalna odległość powierzchniowa między pinami wejściowymi a wyjściowymi dla bezpieczeństwa izolacji.

• Odległość przejrzystości - ≥ 7 mm. Minimalna przerwa powietrzna między przewodami wejściowymi a wyjściowymi.

• Grubość izolacji między emiterem a detektorem - ≥ 0.4 mm. Fizyczna grubość izolacji między diodą LED a fototranzystorem.

Typowe aplikacje optoizolatora 4N35

Izolacja mikrokontrolera

4N35 jest powszechnie używany do izolacji mikrokontrolerów, takich jak Arduino, Raspberry Pi, PIC i STM32 od układów o wyższym napięciu. Izolacja elektryczna pomaga chronić wrażliwe piny GPIO przed skokami napięcia, zakłóceniami elektrycznymi i przypadkowymi zwarciami. W wielu systemach wbudowanych 4N35 umożliwia bezpieczną komunikację między niskonapięciową logiką cyfrową a przemysłowymi lub kontrolnymi układami zasilania.

Obwody napędu przekaźnika

Wiele obwodów sterujących przekaźnikiem używa 4N35 do oddzielenia strony kontrolnej od strony przełączania przekaźnika. Ta izolacja pomaga chronić niskonapięciowe kontrolery przed odbiciem EMF cewki przekaźnika, transjentami przełączania i zakłóceniami wysokoprądowymi. Jest powszechnie stosowany w systemach automatyki, inteligentnych urządzeniach domowych i przemysłowych płytach sterujących.

Izolacja sprzężenia zwrotnego SMPS

Zasilacze impulsowe (SMPS) często używają optoizolatorów, takich jak 4N35, do izolowanego sterowania sprzężeniem zwrotnym. Optoizolator przekazuje sygnały sprzężenia zwrotnego z strony wtórnej do strony pierwotnej, zachowując bezpieczną izolację elektryczną. Pomaga to regulować napięcie wyjściowe bez tworzenia bezpośredniego połączenia elektrycznego między sekcjami wysokiego napięcia a niskiego napięcia.

PLC i systemy automatyki przemysłowej

Systemy sterowania przemysłowego często wykorzystują 4N35 do izolacji sygnałów między PLC, czujnikami, aktuatorami i sterownikami silników. Przemysłowe środowiska zwykle zawierają zakłócenia elektryczne, skoki napięcia oraz problemy z pętlami uziemienia, więc izolacja optyczna poprawia niezawodność systemu i chroni wrażliwe elektroniki kontrolne.

Obciążenie AC i obwody sterujące TRIAC

4N35 może być używany w obwodach przełączania AC i obwodach sterujących TRIAC, gdzie niskonapięciowe kontrolery muszą bezpiecznie współdziałać z obciążeniami AC o wysokim napięciu. Optoizolator pomaga izolować obwód sterujący od niebezpiecznego napięcia zasilania AC, poprawiając bezpieczeństwo użytkowników i ochronę obwodów w ściemniaczach świateł, regulatorach grzewczych i kontrolach urządzeń.

Obwody sterowania silnikami i napędów

Systemy napędu silników często używają 4N35 do izolacji sygnałów PWM, logiki sterującej lub linii sprzężenia zwrotnego od hałaśliwych obwodów zasilania silników. Izolacja pomaga zmniejszyć zakłócenia spowodowane obciążeniami indukcyjnymi, szumem przełączania i nagłymi skokami napięcia generowanymi przez silniki prądu stałego i silniki przemysłowe.

Izolacja sygnału między różnymi poziomami napięcia

4N35 jest przydatny w systemach, gdzie urządzenia działają na różnych poziomach napięcia. Na przykład, mikrokontroler 3.3 V może bezpiecznie komunikować się z obwodem 12 V lub 24 V poprzez izolację optyczną. Zapobiega to bezpośredniemu połączeniu elektrycznemu, jednocześnie umożliwiając transfer sygnału między dwoma obwodami.

Zarządzanie akumulatorami i systemy ładowania

Układy ładowania akumulatorów i systemy zarządzania akumulatorami czasami używają 4N35 do monitorowania i izolowanych funkcji kontrolnych. Izolacja pomaga poprawić bezpieczeństwo w systemach akumulatorowych o wysokim napięciu, oddzielając niskonapięciowe obwody monitorujące od etapu ładowania lub zasilania.

Izolacja szumów w obwodach audio i komunikacyjnych

4N35 może pomóc w redukcji problemów związanych z pętlą uziemiającą oraz zakłóceniami elektrycznymi w niektórych systemach komunikacyjnych i audio. Dzięki izolacji ścieżki sygnałowej optoizolator pomaga zminimalizować niepożądany szum, który może wpływać na jakość sygnału i stabilność systemu.

Cyfrowe przełączanie i interfejsy logiczne

Cyfrowe obwody przełączania często używają 4N35 jako izolowanego przełącznika tranzystorowego. Wyjście fototranzystora może współpracować z bramkami logicznymi, licznikami, timerami lub kontrolerami cyfrowymi, zachowując bezpieczne oddzielenie między różnymi sekcjami obwodów.

Typowe przykłady obwodów 4N35

Izolowany obwód wejściowy MIDI z użyciem optoizolatora 4N35

W tym obwodzie wejściowym MIDI użyto optoizolatora 4N35, aby bezpiecznie izolować odbiornik MIDI od urządzenia transmitującego. Sygnał MIDI, który wpływa, przechodzi przez elementy ograniczające prąd i filtrujące szumy, zanim napędzi wewnętrzną diodę LED optoizolatora 4N35. Gdy sygnał MIDI jest aktywny, dioda LED wewnątrz optoizolatora emituje światło podczerwone, co włącza wewnętrzny fototranzytor po stronie wyjściowej. Fototranzytor generuje następnie izolowany sygnał wyjściowy MIDI oznaczony jako „MIDI In”.

Ta izolacja optyczna jest bardzo ważna w systemach MIDI, ponieważ różne urządzenia audio mogą korzystać z oddzielnych zasilaczy i połączeń masowych. Bez izolacji niepożądane pętle masowe i zakłócenia elektryczne mogą wpływać na jakość sygnału lub uszkodzić podłączony sprzęt. Beady ferrytowe w obwodzie pomagają tłumić szumy o wysokiej częstotliwości, podczas gdy rezystor pull-up pozwala tranzystorowi wyjściowemu generować stabilny sygnał cyfrowy dla odbiorczego obwodu.

Podstawowy obwód interfejsu izolacji Arduino z użyciem optoizolatora 4N35

Ten obwód interfejsu Arduino wykorzystuje 4N35 do izolacji zewnętrznego źródła sygnału od pinu wejściowego Arduino. Zewnętrzny sygnał wejściowy przechodzi przez rezystor R1, który ogranicza prąd diody LED wewnątrz optoizolatora. Kiedy sygnał wejściowy jest zastosowany, wewnętrzna dioda LED włącza się i emituje światło, które aktywuje fototranzytor po stronie wyjściowej. Fototranzytor następnie ściąga linię wejściową Arduino w stronę masy, co pozwala Arduino bezpiecznie wykrywać sygnał.

Rezystor pull-up podłączony do 5V pomaga utworzyć czysty poziom logiki cyfrowej dla pinu wejściowego Arduino. Ponieważ sygnał jest przesyłany przez światło zamiast bezpośredniego połączenia elektrycznego, Arduino pozostaje elektrycznie izolowane od zewnętrznego obwodu. Pomaga to chronić mikrokontroler przed skokami napięcia, zakłóceniami elektrycznymi i przypadkowym narażeniem na wysokie napięcia, które często występują w środowiskach przemysłowych lub sterowania silnikami.

4N35 vs Inne Popularne Optoizolatory

4N35 vs PC817

4N35 i PC817 to optoizolatory z wyjściem fototranzytorowym używane do izolacji sygnału. 4N35 zapewnia dostęp do wewnętrznego pinu bazy tranzystora, co pozwala na dodatkową kontrolę i elastyczność obwodu, podczas gdy PC817 używa prostszego 4-pinowego wzoru. PC817 jest często preferowany do kompaktowych, niskokosztowych obwodów izolacyjnych oraz zastosowań sprzężenia zwrotnego w SMPS. 4N35 jest zazwyczaj lepszym wyborem, gdy wymagane są regulowane zachowanie tranzystora lub bardziej elastyczne konfiguracje wyjściowe.

4N35 vs 4N25

4N35 i 4N25 mają podobne wyjścia fototranzytorowe i zapewniają izolację optyczną. Jednak 4N35 zazwyczaj oferuje wyższy CTR i lepszą wydajność niż starszy projekt 4N25. Chociaż 4N25 pozostaje odpowiedni dla podstawowych obwodów izolacyjnych i systemów starszej generacji, 4N35 jest zazwyczaj preferowany w nowych projektach, ponieważ zapewnia bardziej niezawodne przełączanie i poprawioną efektywność przesyłania sygnału.

4N35 vs MOC3021

4N35 i MOC3021 służą różnym celom, mimo że oba są optoizolatorami. 4N35 wykorzystuje wyjście fototranzytora i jest zaprojektowany do izolacji sygnałów DC, interfejsowania z mikrokontrolerami oraz obwodów sterujących. MOC3021 wykorzystuje wyjście z napędem TRIAC przeznaczone specjalnie do wyzwalania TRIAC-ów w zastosowaniach sterowania mocą AC. W przypadku izolacji sygnałów na poziomie logicznym 4N35 jest lepszym wyborem, podczas gdy MOC3021 jest bardziej odpowiedni do przełączania obciążenia AC, ściemniaczy i systemów sterowania zasilanych z sieci.

Producent

Vishay Intertechnology jest jednym z głównych producentów optoizolatora 4N35 i jest szeroko uznawany za producenta niezawodnych półprzewodników dyskretnych oraz pasywnych komponentów elektronicznych. Możliwości produkcyjne Vishay obejmują dużą skalę wytwarzania półprzewodników, zautomatyzowane montowanie, precyzyjne testowanie, produkcję technologii izolacji optycznej oraz ścisłe procesy kontroli jakości zaprojektowane w celu spełnienia międzynarodowych standardów niezawodności i bezpieczeństwa.

Często Zadawane Pytania FAQ]

1. Dlaczego izolacja elektryczna jest ważna przy używaniu 4N35?

Chroni obwody niskonapięciowe przed skokami, szumami i problemami z pętlą masy, przesyłając sygnały przez światło zamiast bezpośredniego kontaktu elektrycznego.

2. Jak fototranzytor 4N35 wpływa na wydajność przełączania?

Fototranzytor włącza się, gdy otrzymuje światło od diody LED. Działa dobrze przy średnich prędkościach przełączania, ale nie jest idealny do sygnałów danych o wysokiej prędkości.

3. Co się stanie, jeśli rezystor wejściowy diody LED będzie niewłaściwy?

Rezystor, który jest zbyt niski, może uszkodzić diodę LED, podczas gdy ten, który jest zbyt wysoki, może powodować słabe lub niestabilne przełączanie wyjścia.

4. Czym 4N35 różni się od MOC3021?

4N35 ma wyjście fototranzystora do izolacji sygnałów DC, podczas gdy MOC3021 jest przeznaczony do wyzwalania TRIAC-ów w kontroli obciążenia AC.

5. Jak 4N35 redukuje szumy i pętle gruntowe?

Oddziela masy wejściowe i wyjściowe, dzięki czemu niepożądany prąd i zakłócenia nie mogą łatwo przechodzić między połączonymi układami.