Проверка оптопары мультиметром¶
Оптопара (оптоизолятор, оптрон) — полупроводниковый прибор, обеспечивающий гальваническую развязку электрических цепей с помощью оптической связи: светодиод преобразует входной электрический сигнал в световой, а фотоприёмник (фототранзистор, фотосимистор, фотодиод) — обратно в электрический. Оптопары применяются в блоках питания, промышленных контроллерах, схемах управления силовыми ключами, измерительной технике. Отказ оптопары проявляется как потеря связи между цепями, залипание или полное отсутствие сигнала. Проверка прибора сводится к контролю исправности входного и выходного трактов.
¶Устройство и схема включения
Типовая оптопара содержит два вывода для подачи управляющего тока на светодиод (анод и катод) и два вывода коллектора и эмиттера фототранзистора. Внутри корпуса между излучателем и приёмником находится прозрачный изоляционный слой, обеспечивающий электрическую прочность порядка 1–5 кВ. Наиболее распространённые корпусы — DIP-4, DIP-6, DIP-8, SMD-4.
Перед проверкой необходимо определить назначение выводов по документации (datasheet) конкретной марки. У большинства четырёхвыводных оптопар серий PC817, 4N25, 4N35, АЛ307 расположение выводов стандартно: вывод 1 — анод светодиода, вывод 2 — катод, вывод 3 — эмиттер фототранзистора, вывод 4 — коллектор. Внутри корпуса между катодом светодиода и анодом фотодиода (если он предусмотрен) может быть установлен обратный защитный диод.
¶Проверка светодиода мультиметром
Первый этап — контроль входного тракта. Мультиметр переводится в режим проверки диодов (прозвонка со звуковой индикацией). Щупы подключаются к выводам 1 и 2: красный — к аноду, чёрный — к катоду. При исправном светодиоде на дисплее отображается прямое падение напряжения, как правило, 1,0–1,8 В в зависимости от типа излучателя. При подключении в обратной полярности прибор показывает разрыв (OL, «1» на старых моделях).
Если светодиод не проходит проверку в прямом направлении, оптопара неисправна. Следует учитывать, что некоторые мультиметры в режиме прозвонки выдают слишком малое напряжение для открытия светодиода красного или инфракрасного диапазона; в этом случае режим прозвонки не показывает корректного результата, и целесообразно использовать режим измерения сопротивления с батарейкой 9 В, подключённой последовательно с резистором 1 кОм.
¶Проверка фототранзистора
Выходной тракт проверяется в режиме измерения сопротивления между выводами коллектора (4) и эмиттера (3). В отсутствие освещения светодиода сопротивление между коллектором и эмиттером велико (единицы–сотни кОм и более, прибор показывает разрыв). Если сопротивление близко к нулю, фототранзистор пробит, и оптопара подлежит замене.
Для проверки работоспособности выходного тракта в режиме нагрузки используется комбинированная схема:
- К выводам светодиода через резистор 220–470 Ом подаётся напряжение 5 В — светодиод должен светиться (при наличии прозрачного корпуса это видно).
- В этом же состоянии измеряется сопротивление коллектор — эмиттер: оно должно существенно уменьшиться (единицы–десятки кОм и менее).
- При снятии напряжения с светодиода сопротивление возвращается к исходному высокому значению.
Если сопротивление не меняется при подаче и снятии питания со светодиода, оптопара неисправна: либо излучатель деградировал, либо разрушен фотоприёмник.
¶Проверка под нагрузкой в схеме
Наиболее достоверный способ — испытание оптопары в реальной схеме. На вход подаётся управляющий сигнал, на выходе измеряется напряжение коллекторного перехода. При открытом светодиоде падение напряжения на насыщенном фототранзисторе составляет 0,2–0,4 В. Если напряжение на выходе не меняется при подаче сигнала на вход, прибор неисправен.
При проверке впаянной оптопары необходимо учитывать влияние外围ных компонентов: подтягивающие резисторы, конденсаторы фильтра и защитные диоды искажают измерения. Для объективной диагностики прибор выпаивается или как минимум размыкается один из выводов.
¶Типовые неисправности
| Проявление | Вероятная причина |
|---|---|
| Светодиод не прозванивается | Обрыв нити накала излучателя, разрушение кристалла |
| Сопротивление коллектор — эмиттер равно нулю | Пробой транзисторного перехода |
| Выход не реагирует на вход | Деградация светового потока излучателя, обрыв фотоприёмника |
| Медленное переключение, широкие фронты | Старение оптопары, рост времени восстановления |
При массовом отказе оптопар в импульсных блоках питания причиной, как правило, является превышение допустимого тока светодиода или нарушение теплового режима, что ускоряет деградацию излучателя.
Источники:
- Даташиты оптопар серий PC817, 4N25, 4N35 (Sharp, Fairchild Semiconductor / ON Semiconductor)
- Справочник по полупроводниковым приборам, под ред. В. С. Панкратова
- Руководство по ремонту и диагностике электронных блоков, издательство «ДМК Пресс»
- Журнал «Радио», раздел «Практическая электроника»