Hur 4N35 optokopplare fungerar...

[jesse]

Jag har ju haft lite trubbel med mi optoisolerade UART som jag nämnt tidigare.

Så jag tänkte att jag skulle gå systematiskt tillväga och bygga en testboard för optokoppare. Det gjorde jag i förra veckan och i söndags kväll blev det testning av optokopplare, bl.a. 4N35, 4N25, IL-1, EL817 med flera.

Olika optokopplare (av samma typ och samma batch) kan variera en hel del, särskilt i CTR (= strömförstärkningsfaktor) vilket gör det hela lite klurigare.

Jag testade 10 st 4N35 i lite olika konfigurationer med ett pulståg ned 50% DC i 4800 Hz vilket motsvarar sändning av 0x55 i 9600 BAUD. Sedan kollade jag flankerna upp och ner på utgången. Mätte tiden från omslag på ingången till flanken nått upp till 50% samt till 65% (ingången på en AVR-processor är av scmitt-trigger-typ och slår om vid ca 65% upp och 35% ner.

Vid 5V matningsspänning kom jag fram till att ett RF (diodmotstånd) på 820Ω, ett lastmotstånd (kollektor till +5v) på 1kΩ samt ett basmotstånd till jord på ca 100-150kΩ gav det absolut bästa resulatet.

Det innebar i praktiken en fördröjning av signalen på ca 3,5 µS samt skillnad mellan uppåtgående och nedåtgående flank varierade mellan -2µS och +2,5 µS beroende på individuella skillnader på olika optokopplare.

Jag har gjort ett testprotokoll i PDF-format för den intresserade:

optotest-resultat-1.pdf

[sodjan]

Snyggt jobb, och snyggt dokumenterat också.

[bearing]

Nyttigt test, bra gjort och jobbat.

I 4N25-diagrammet tycker jag att linjerna T_PHL och T_PLH ser ut att korsa varandra vid 1.6ohm, inte 1.06ohm som det står i texten. Kan vara skrivfel, och spelar ju inte någon roll för resonemanget.

[jesse]

Jo, jag hade lite bråttom i kväll... ska sova nu. 1.6 ska det vara, och 1N35, inte 1N25 (tror jag). Ska snygga till det nån dag.

[xxargs]

skall man köra sådant med bästa möjliga prestanda så handlar det om att karaktärisera använda komponenter (inklusive kolla spridning mellan exemplar) - sedan handlar det om att göra drivning som passar impedansegenskaperna för dioden resp transistorn med rätt resistans vid drivning ned och drivning upp - samt se till att inte någondera ligger nära bottning.

Kan man modulera bra bit över 2.4 GHz linjärt analog med ca 80 dB spurrfri dynamik med laserdioder (som jobbets prylar) så bör det inte vara omöjlig att skrämma en optokopplare en del. Det som till stor del styr farten (eller bristen av det) är hur man hanterar uppladdade kapacitansen i lysdioden då man kanske behöva aktiv pulldown (och pullupp) med kanske negativ spänning för att suga ut energi ur led:s kapacitans som annars är kvar och och enligt old school RC-mässigt leder sakta ut över PN-barriären och slocknar långsamt och det upplevs ge lånsamma flanker - och motsvarande matchning och biasering på fotodiod/transistorsidans matchningsnät

Kör man med återkoppling och linjariseringskrets så får man på sätt och vis denna 'forcering' av laddningarna med en OP-amp som gör vad den kan för att trycka in och dra ut laddningen.

[bearing]

Ajuste, lysdioden har såklart reverse recovery kapacitans. Jag har sett kopplingar med en kondensator över motståndet mellan utgången och lysdioden. Har trott att den är till för att ge snabbt tillslag, men den borde väl främst ge snabbare frånslag.

[jesse]

Jag har gjort ytterligare ett optokopplar-experiment, nu med kopplaren H11L1.

Insignal: differentiell 2.0-15 volt eller enkel 2-15 volt.
Max strömförbrukning på insignalen vid 2.0 volt: 1.8 mA. Utsignal: logisk, matningsspänning: 2.8 - 6 volt. Baudrate: 0 - 115200 baud. Strömförbrukning passiv: max 1.5 mA, aktiv 50% duty cycle: 2.0 mA.
Temperatur -40 till +85 grader C.

optokopplaren:

dscn5731.jpg

Mitt allra första AVR-kort använde jag för att generera insignalen och matningsspänningen:

dscn5732.jpg

[AndersG]

Kolla med ditt bibliotek om de kan få hem "Optoelectronics Application Manual", utgiven av HP/McGraw-Hill, isbn 0-07028605-1. Den behandlar just teorierna bakom optokopplare och hastighet.

[YD1150]

Hur reagerar optokopplaren om du kopplar in en liten kondensator (~100-820pF)
parallellt med motståndet RF som sitter i serie med lysdioden.
Borde snabba upp det lite grann.

[blueint]

Varför?

[YD1150]

Förklaring på sidan 2 :

http://www.vishay.com/docs/83701/83701.pdf

[jesse]

Intressant tips, får testa nån gång.

Visst snabbar det på med en konding över R1 eftersom det finns en liten kapacitans i lysdioden som behöver laddas upp och ur snabbt.