Если вы делаете свое устройство всегда есть потребность, что то включать и выключат. Тоже касается и модулей на плате. Например у вас стоит отдельный модуль блютуза, и можно его увести в режим сна, а можно просто отключить ему питание, и снизить общее энергопотребление платы.
И использовать для таких целей мы будем оптроны.
Оптроны (оптопары) — это электронные компоненты, которые передают
сигналы между двумя электрически изолированными цепями с помощью света.
Они состоят из светодиода (излучателя) и фотоприёмника (фототранзистора,
фотодиода или фоторезистора). В контексте Arduino оптроны часто
используются для гальванической развязки, управления мощными нагрузками и
работы с внешними сигналами.
Принцип работы
Когда светодиод оптрона загорается, фотоприёмник реагирует на свет и
открывает соответствующий транзистор или генерирует электрический
сигнал. Это позволяет изолировать микроконтроллер (Arduino) от
высоковольтных или шумных цепей, защищая его от повреждений.
Коэффициент передачи тока (CTR)
Это ключевой параметр оптрона, который показывает отношение
выходного тока коллектора к входному току светодиода. CTR выражается в
процентах и может варьироваться от 50% до 600% и более. Он зависит от
температуры и со временем уменьшается из-за старения светодиода.
Пример использования
Для управления нагрузкой с помощью Arduino часто используют
оптопары с транзисторным выходом, например, PC814, FOD814, LTV814. Они
позволяют коммутировать нагрузку с напряжением до 60 В и током до 50 мА.
Подключение такой оптопары осуществляется следующим образом:
светодиодом управляют с Arduino через резистор (обычно 220 Ом), а выход
подключают в разрыв нагрузки, соблюдая полярность.
Оптроны (оптопары) в проектах на Arduino применяются главным образом для гальванической развязки — физического разделения электрических цепей при передаче сигнала. Это защищает микроконтроллер от опасных напряжений, помех и бросков тока.
Основные сферы применения
- Защита Arduino от высоковольтных цепей
Оптроны изолируют плату от внешних устройств с напряжением выше 5 В (например, промышленных датчиков на 12–24 В). Сигнал передаётся через световой канал, исключая прямой электрический контакт. - Управление мощными нагрузками
Через оптрон можно коммутировать:
реле (в т. ч. мощные контакторы);
электродвигатели;
лампы и светодиоды высокой мощности;
нагревательные элементы.
Оптрон выступает «посредником»: Arduino управляет светодиодом оптрона, а его выходной транзистор коммутирует нагрузку. - Подавление помех и наводок
В условиях сильных электромагнитных помех (промышленная среда, мощные моторы) оптрон предотвращает ложные срабатывания входов Arduino, изолируя сигнальные цепи. - Работа с разными уровнями напряжения
Если внешнее устройство использует напряжение, не совместимое с логическими уровнями Arduino (например, 3,3 В или 12 В), оптрон передаёт сигнал без согласования уровней. - Безопасное считывание сигналов
Оптроны позволяют подключать к Arduino:
датчики с высоковольтным выходом;
сигналы от реле и контакторов;
импульсные линии счётчиков (например, электросчётчиков).
При этом плата остаётся защищённой. - Имитация нажатий кнопок
Оптрон с транзисторным выходом может «замыкать» цепи, имитируя нажатие механической кнопки в другом устройстве. Это полезно для автоматизации управления бытовой техникой или промышленным оборудованием. - Разрыв питания периферийных модулей
Вместо транзистора оптрон используют для включения/выключения питания датчиков или модулей. Это снижает потребление энергии в спящих режимах. - Изоляция интерфейсов связи
Для защиты UART, SPI или I²C от помех и перенапряжений применяют высокоскоростные оптроны с логическим выходом (например, 6N137). Это критично в промышленных сетях или длинных линиях.
Как это работает на практике
- Входная сторона (со стороны Arduino): светодиод оптрона подключается к выходу Arduino через токоограничивающий резистор (обычно 220–470 Ом). При подаче логической «1» светодиод загорается.
- Выходная сторона (со стороны нагрузки): фототранзистор оптрона включён в цепь нагрузки. Когда светодиод горит, фототранзистор открывается, пропуская ток через нагрузку.
Примеры оптронов для Arduino
- PC817, LTV-817 — универсальные оптопары с транзисторным выходом (до 60 В, 50 мА). Подходят для управления реле и слаботочными нагрузками.
- 4N35 — оптрон с усиленным выходом, часто используется для изоляции сигнальных цепей.
- 6N137 — высокоскоростной оптрон с цифровым выходом для изоляции интерфейсов (UART, SPI).
Важные нюансы
- Ток через светодиод обычно 5–20 мА. Рассчитывайте резистор по закону Ома.
- Коэффициент передачи по току (CTR) показывает, какой ток сможет пропустить выходной транзистор при заданном токе светодиода. Учитывайте его при выборе оптрона.
- Для индуктивных нагрузок (реле, моторы) добавляйте защитный диод (1N4007) параллельно нагрузке, чтобы погасить обратные ЭДС.
- Скорость переключения оптронов ограничена (единицы–сотни кГц). Для высокочастотных сигналов выбирайте специализированные модели.