Тестер оптронов
Форумы радиолюбителей часто содержат такое мнение, что, раз элемент стоит недорого, то зачем нужна pc817 проверка. Достаточно его просто вовремя менять.
На самом деле все не совсем так. Нужно понимать, сгорел оптрон или нет, чтобы сделать вывод, повредилось ли что-нибудь еще. Бывает так, что и новые оптопары горят, так как у них есть заводской брак.
Как проверить pc817? Для этого проводят прозвон светового диода с помощью тестера. Сначала выясните, есть ли короткое замыкание в транзисторе. После — пропустите ток через световой диод и убедитесь в открытии транзистора.
Создать простой прибор для тестирования оптронов можно в домашних условиях. Для этого вам понадобятся:
- Светодиоды — 2 штуки.
- Кнопки — 2 штуки
- Резисторы — 2 штуки.
Световые диоды должны соответствовать силе тока от 5 до 20 мА и напряжению примерно 2 В. При этом на двух резисторах должно быть сопротивление в районе 300 В.
Источником питания тестера является Usb-порт с напряжением 5 В. Но можно использовать и 3-4 батарейки 2А. Подойдут и батарейки 9-12 В, или источник питания с таким же напряжением. Только здесь придется сделать пересчет сопротивлений двух резисторов.
Теперь рассмотрим, как работает оптопара, основываясь на разных экспериментах.
Исследования работы оптрона
Для проведения эксперимента нам понадобится несколько приборов:
- Осциллограф.
- Генератор.
- Мультиметр (2 штуки).
- Макетная плата.
К входу оптрона нужно подать сигнал определенного вида. При выходе его необходимо изучать указанными приборами.
Суть первого испытания состоит в том, что нужно подать линейно увеличиваемое напряжение. Его источником является блок питания с шагом 0,1 В. Замер производится с помощью цифровых мультиметров около входа и выхода.
После — такая же процедура проводится с участием осциллографа и генератора. Там формируется сигнал, амплитуда которого равна 5 В.
Что представляет собой оптопара
Перед нами одноканальное устройство, его оптический канал — закрыт. Он состоит из светового диода и фотографического транзистора, которые находятся в корпусе smd. Они, как правило, находятся в большей части импульс-блоков питания в обособленной цепи, где применяется обратная связь. Гальваническая развязка в таких схемах pc817 должна быть идеальной.
Характеристики биполярного транзистора.
Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач.
И первая на очереди – входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определенном значении напряжения коллектор-эмиттер:
I_{б} = f(U_{бэ}), \medspace при \medspace U_{кэ} = const
В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик (для разных значений U_{кэ}):
Входная характеристика, в целом, очень похожа на прямую ветвь . При U_{кэ} = 0 характеристика соответствует зависимости тока от напряжения для двух p-n переходов включенных параллельно (и смещенных в прямом направлении). При увеличении U_{кэ} ветвь будет смещаться вправо.
Переходим ко второй крайне важной характеристике биполярного транзистора – выходной! Выходная характеристика – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы. I_{к} = f(U_{кэ}), \medspace при \medspace I_{б} = const. I_{к} = f(U_{кэ}), \medspace при \medspace I_{б} = const
I_{к} = f(U_{кэ}), \medspace при \medspace I_{б} = const
Для нее также указывается семейство характеристик для разных значений тока базы:
Видим, что при небольших значениях U_{кэ} коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения – изменение тока очень мало и фактически не зависит от U_{кэ} (зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным .
Для наглядности можно изобразить эти режимы на семействе выходных характеристик:
Участок 1 соответствует активному режиму работы транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Как вы помните, в данном режиме незначительный ток базы управляет током коллектора, имеющим бОльшую величину.
Для управления током базы мы увеличиваем напряжение U_{бэ}, что в соответствии со входными характеристиками приводит к увеличению тока базы. А это уже в соответствии с выходной характеристикой в активном режиме приводит к росту тока коллектора. Все взаимосвязано
Небольшое дополнение. На этом участке выходной характеристики ток коллектора все-таки незначительно зависит от напряжения U_{кэ} (возрастает с увеличением напряжения). Это связано с процессами, протекающими в биполярном транзисторе. А именно – при росте напряжения на коллекторном переходе его область расширяется, а соответственно, толщина слоя базы уменьшается. Чем меньше толщина базы, тем меньше вероятность рекомбинации носителей в ней. А это, в свою очередь, приводит к тому, что коэффициент передачи тока \beta, несколько увеличивается. Это и приводит к увеличению тока коллектора, ведь:
I_к = \beta I_б
Двигаемся дальше!
На участке 2 транзистор находится в режиме насыщения. При уменьшении U_{кэ} уменьшается и напряжение на коллекторном переходе U_{кб}. И при определенном значении U_{кэ} = U_{кэ \medspace нас} напряжение на коллекторном переходе меняет знак и переход оказывается смещенным в прямом направлении. То есть в активном режиме у нас была такая картина – эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В режиме же насыщения оба перехода смещены в прямом направлении.
В этом режиме основные носители заряда начинают двигаться из коллектора в базу – навстречу носителям заряда, которые двигаются из эмиттера в коллектор. Поэтому при дальнейшем уменьшении U_{кэ} ток коллектора уменьшается. Кроме того, в режиме насыщения транзистор теряет свои усилительные свойства, поскольку ток коллектора перестает зависеть от тока базы.
Режим насыщения часто используется в схемах ключей на транзисторе. В одной из следующих статей мы как раз займемся практическими расчетами реальных схем и там используем рассмотренные сегодня характеристики биполярного транзистора!
И, наконец, область 3, лежащая ниже кривой, соответствующей I_{б} = 0. Оба перехода смещены в обратном направлении, протекание тока через транзистор прекращается. Это так называемый режим отсечки.
Все параметры транзисторов довольно-таки сильно зависят как друг от друга, так и от температуры, поэтому в документации приводятся характеристики для разных значений. Вот, например, зависимость коэффициента усиления по току (в зарубежной документации обозначается как h_{FE}) от тока коллектора для биполярного транзистора BC847:
Как видите, коэффициент усиления не просто зависит от тока коллектора, но и от температуры окружающей среды! Разным значениям температуры соответствуют разные кривые.
