ورقة بيانات عزل ضوئي 6N138 و 6N139 - حزمة DIP 8 دبابيس - دارلينتون منفصل عالي الكسب - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد 6N138 و 6N139 عوازل ضوئية عالية الأداء ومنخفضة تيار الإدخال، ويتميزان بمرحلة خرج ترانزستور ضوئي من نوع دارلينتون المنفصل. تم تصميم هذه الأجهزة لتوفير نسبة نقل تيار (CTR) عالية جدًا، مما يتيح نقل إشارات موثوق بأقل تيار دفع للإدخال. يتم تغليفها في حزمة DIP قياسية مزدوجة الخطوط (8 دبابيس)، مع خيارات لتباعد واسع بين الأطراف وتكوينات للتركيب السطحي. الوظيفة الأساسية هي توفير عزل كهربائي بين دوائر الإدخال والإخراج، لحماية المنطق الحساس من تقلبات الجهد وحلقات التأريض.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الرئيسية لهذه العوازل الضوئية هي نسبة نقل التيار النموذجية الاستثنائية التي تبلغ 2000%، مما يسمح بالواجهة المباشرة مع إشارات المنطق منخفضة التيار دون الحاجة إلى تضخيم إضافي. وهي معتمدة من وكالات السلامة الدولية الرئيسية (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) وتوفر جهد عزل عالي يصل إلى 5000 فولت RMS. تجعل هذه الميزات منها مثالية للتطبيقات الصناعية والاتصالات والحوسبة حيث تكون مناعة الضوضاء والعزل الآمن وسلامة الإشارة أمرًا بالغ الأهمية. تشمل الأسواق المستهدطة أتمتة المصانع، حلقات التغذية الراجعة لمصادر الطاقة، عزل الواجهات الرقمية، ومستقبلات خطوط الاتصالات.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا موضوعيًا للمعلمات الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. يبلغ الحد الأقصى لتيار التشغيل الأمامي المستمر (IF) لصمام LED الأشعة تحت الحمراء للإدخال 20 مللي أمبير، ويمكنه تحمل تيار ذروة عابر بقيمة 1 أمبير لفترات نبضية قصيرة جدًا (<1 ميكروثانية). الحد الأقصى لتيار المجمع (IO) لترانزستور الخرج هو 60 مللي أمبير، ويقتصر تبديد الطاقة (PO) على 100 ملي واط. يمكن للجهاز العمل في نطاق درجة حرارة محيطة من -40°C إلى +85°C. جهد العزل 5000 فولت RMS هو معلمة أمان رئيسية، يتم اختباره مع جميع دبابيس الإدخال موصولة معًا وجميع دبابيس الإخراج موصولة معًا.

2.2 الخصائص الكهربائية

يتم ضمان الخصائص الكهربائية عبر نطاق درجة الحرارة التجاري من 0°C إلى 70°C. بالنسبة لصمام LED للإدخال، يبلغ جهد التشغيل الأمامي النموذجي (VF) 1.3 فولت عند IF = 1.6 مللي أمبير. تختلف معلمات قسم الإخراج قليلاً بين 6N138 و 6N139. يوفر 6N139 عادةً تيار تسرب أقل عند مستوى الخرج المنطقي العالي (IOH) بقيمة 0.01 ميكرو أمبير مقارنة بـ 100 ميكرو أمبير لـ 6N138 تحت نفس الشرط (IF=0mA, VCC=18V). يبلغ تيار التغذية في حالة المنطق المنخفض (ICCL) عادةً 0.6 مللي أمبير لكليهما عند تشغيل LED بـ 1.6 مللي أمبير.

2.3 خصائص النقل

نسبة نقل التيار (CTR) هي المعلمة الأكثر أهمية، وتعرف على أنها (IC / IF) * 100%. لدى 6N139 نسبة نقل تيار دنيا تبلغ 400% عند IF=0.5mA و 500% عند IF=1.6mA. لدى 6N138 نسبة نقل تيار دنيا تبلغ 300% عند IF=1.6mA. القيمة النموذجية لكليهما هي 2000-2500%، مما يشير إلى حساسية عالية. يتم تحديد جهد الخرج المنطقي المنخفض (VOL) تحت ظروف تحميل مختلفة، بحد أقصى 0.4 فولت، مما يضمن التوافق مع مستويات المنطق القياسية TTL و CMOS.

2.4 خصائص التبديل

تعتمد سرعة التبديل على تيار دفع الإدخال ومقاومة الحمل. يتم توفير أوقات تأخر الانتشار (tPLH, tPHL) لظروف اختبار محددة. على سبيل المثال، لدى 6N139 مع IF=0.5mA و RL=4.7kΩ قيمة tPHL نموذجية تبلغ 5 ميكروثانية و tPLH تبلغ 16 ميكروثانية. يؤدي زيادة IF إلى 12mA مع RL=270Ω إلى تحسين السرعة بشكل كبير إلى 0.2 ميكروثانية و 1.7 ميكروثانية على التوالي. يكون 6N138 بشكل عام أبطأ تحت ظروف الاختبار المحددة له (IF=1.6mA, RL=2.2kΩ). يتم تحديد مناعة النمط المشترك العابر (CMTI) بحد أدنى 1000 فولت/ميكروثانية لكل من حالتي المنطق العالي والمنخفض، مما يشير إلى رفض جيد للضوضاء ضد تقلبات الجهد السريعة عبر حاجز العزل.

3. معلومات الميكانيكا والتغليف

يتم توفير الأجهزة في حزمة DIP قياسية 8 دبابيس. تكوين الدبابيس كما يلي: الدبوس 1: لا يوجد اتصال، الدبوس 2: الأنود، الدبوس 3: الكاثود، الدبوس 4: لا يوجد اتصال، الدبوس 5: الأرض (Gnd)، الدبوس 6: الخرج (Vout)، الدبوس 7: القاعدة (VB)، الدبوس 8: جهد التغذية (VCC). يوفر دبوس القاعدة (7) الوصول إلى قاعدة الترانزستور الضوئي، والتي يمكن استخدامها لتوصيل مقاومة أو مكثف لتحسين السرعة على حساب الاستقرار. تشمل خيارات التغليف DIP القياسي، وثني الأطراف الواسع (تباعد 0.4 بوصة)، وأشكال أطراف التركيب السطحي (S و S1 منخفض الارتفاع).

4. إرشادات اللحام والتجميع

الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا نموذجي لعمليات اللحام بالموجة أو إعادة التدفق. يجب مراعاة الاحتياطات القياسية للتعامل مع الأجهزة الحساسة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). يجب تخزين الأجهزة في ظروف ضمن نطاق درجة حرارة التخزين المحدد من -55°C إلى +125°C.

5. معلومات التغليف والطلب

يتبع رقم الجزء التنسيق: 6N13XY(Z)-V. 'X' هو رقم الجزء (8 لـ 6N138، 9 لـ 6N139). 'Y' يشير إلى خيار شكل الطرف: لا شيء لـ DIP القياسي (45 وحدة/أنبوب)، 'M' لثني الطرف الواسع (45 وحدة/أنبوب)، 'S' للتركيب السطحي، 'S1' للتركيب السطحي منخفض الارتفاع. 'Z' يحدد خيار الشريط والبكرة للأجزاء SMD: 'TA' أو 'TB' (1000 وحدة/بكرة). 'V' هو لاحق اختياري لموافقة VDE. يجب على المستخدمين اختيار التركيبة الصحيحة بناءً على متطلبات التجميع.

6. اقتراحات التطبيق

6.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

تدرج ورقة البيانات عدة تطبيقات رئيسية: عزل أرضية المنطق الرقمي، مستقبلات خط RS-232C، مستقبلات خط منخفضة تيار الإدخال، عزل ناقل المعالج الدقيق، ومستقبلات الحلقة الحالية. تجعل نسبة نقل التيار العالية الخاصة بها ممتازة للواجهة مع دبابيس GPIO لوحدة التحكم الدقيقة مباشرة، أو عزل إشارات المستشعر في البيئات الصاخبة، أو توفير عزل كهربائي في خطوط الاتصال التسلسلية مثل RS-232 أو RS-485.

6.2 اعتبارات التصميم

1. تحديد تيار الإدخال:يجب استخدام مقاومة خارجية على التوالي لتحديد تيار التشغيل الأمامي لـ LED (IF) إلى قيمة ضمن الحد الأقصى المطلق ونطاق التشغيل المطلوب. قيمة المقاومة المطلوبة هي (Vdrive - VF) / IF.تحميل الخرج:يعمل ترانزستور الخرج كمصرف للتيار. يجب اختيار مقاومة الحمل (المتوصلة بين VCC والدبوس 6) لضبط تأرجح جهد الخرج المطلوب وسرعة التبديل. تقلل المقاومة الأصغر من السرعة ولكنها تزيد أيضًا من استهلاك الطاقة.السرعة مقابل الاستقرار:يمكن أن يؤدي توصيل مقاومة (عادةً من 10kΩ إلى 1MΩ) من دبوس القاعدة (7) إلى الأرض إلى تحسين الاستقرار ومناعة الضوضاء ولكن سيقلل من نسبة نقل التيار ويبطئ سرعة التبديل. يمكن إضافة مكثف على التوازي لمزيد من التصفية.فصل مصدر الطاقة:تشمل الممارسة الجيدة وضع مكثف سيراميك 0.1 ميكروفاراد بالقرب من دبوس VCC (8) إلى الأرض لقمع الضوضاء.

7. المقارنة التقنية والتمييز

يكمن التمييز الأساسي لعائلة 6N138/6N139 في تكوين دارلينتون المنفصل ونسبة نقل التيار العالية جدًا. مقارنة بالعوازل الضوئية ذات الترانزستور الواحد القياسية (مثل سلسلة 4N25)، تقدم هذه الأجهزة حساسية أعلى بكثير، مما يسمح بتشغيلها مباشرة بواسطة منطق CMOS منخفض التيار. مقارنة بالعوازل الرقمية الأحدث، فإنها تقدم حلاً تناظريًا أبسط وفعالاً من حيث التكلفة للتطبيقات التي تتطلب عزلًا أساسيًا دون الحاجة إلى سرعة فائقة أو بروتوكولات معقدة. توفر إمكانية الوصول إلى دبوس القاعدة للمصممين درجة فريدة من الحرية لتخصيص استجابة التردد ومناعة الضوضاء.

8. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س1: ما الفرق الرئيسي بين 6N138 و 6N139؟

ج1: الاختلافات الرئيسية في مواصفاتهما الكهربائية. يقدم 6N139 عمومًا أداءً أفضل: نسبة نقل تيار دنيا أعلى (500% مقابل 300% عند IF=1.6mA)، تيار تسرب خرج أقل في حالة الإيقاف، وخصائص تبديل مختلفة قليلاً تحت الاختبار. 6N138 هو المتغير ذو المواصفات الأقل.

س2: كيف أختار قيمة مقاومة تحديد تيار الإدخال؟

ج2: حدد تيار التشغيل الأمامي المطلوب (IF) من تطبيقك (مثل 1.6 مللي أمبير لتوازن جيد بين السرعة ونسبة نقل التيار). قم بقياس أو استخدم قيمة VF النموذجية من ورقة البيانات (1.3 فولت). إذا كان جهد الدفع لديك 5 فولت، فإن المقاومة R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω. ستكون المقاومة القياسية 2.2kΩ خيارًا مناسبًا.

س3: لماذا يبدل العازل الضوئي الخاص بي ببطء؟

ج3: تتأثر سرعة التبديل بشدة بـ IF ومقاومة الحمل RL. لزيادة السرعة، يمكنك: أ) زيادة تيار دفع LED (IF). ب) تقليل قيمة مقاومة الحمل (RL) على مجمع الخرج. ج) اختياريًا، استخدام دبوس القاعدة (7) مع مقاومة صغيرة إلى الأرض لإزالة الشحنة المخزنة، ولكن هذا سيقلل من نسبة نقل التيار.

س4: ماذا تعني \"مناعة النمط المشترك العابر\"؟

ج4: تقيس قدرة الجهاز على تجاهل تقلبات الجهد السريعة التي تظهر بالتساوي على جانبي الإدخال والإخراج لحاجز العزل. تعني قيمة CMTI عالية (مثل 1000 فولت/ميكروثانية) أن الخرج لن يتغير خطأً بسبب مثل هذا الضوضاء، وهو أمر بالغ الأهمية في بيئات الطاقة الصاخبة.

9. حالة تصميم عملية

الحالة: عزل إشارة UART لوحدة تحكم دقيقة لاتصال RS-232.

يحتاج خط TX الخاص بـ UART بجهد 3.3 فولت لوحدة التحكم الدقيقة إلى العزل قبل التوصيل بشريحة ناقل RS-232 على مستوى أرضي مختلف. يمكن استخدام 6N139. يقوم دبوس وحدة التحكم الدقيقة بتشغيل LED من خلال مقاومة 1kΩ (IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA). يتم توصيل مجمع الخرج (الدبوس 6) بدبوس الإدخال لشريحة RS-232 عبر مقاومة سحب لأعلى بقيمة 4.7kΩ إلى VCC لشريحة RS-232 (5V). يُترك دبوس القاعدة (7) مفتوحًا أو متصلاً بالأرض عبر مقاومة كبيرة (مثل 1MΩ) للاستقرار. توفر هذه الدائرة البسيطة عزلًا قويًا، وتحمي وحدة التحكم الدقيقة من تحولات الأرض أو الارتفاعات المفاجئة على خط RS-232، وتحافظ على سلامة الإشارة.

10. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الاقتران الكهروضوئي. يتسبب التيار الكهربائي المطبق على دبابيس الإدخال (الأنود والكاثود) في إصدار صمام LED للأشعة تحت الحمراء للضوء. ينتقل هذا الضوء عبر فجوة عزل شفافة ويضرب منطقة القاعدة الحساسة للضوء لزوج دارلينتون منفصل من الترانزستورات الضوئية السيليكونية. يولد الضوء الساقط تيار قاعدة، يتم تضخيمه بواسطة مرحلتي الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير عند الخرج. يعني التكوين \"المنفصل\" عادةً إمكانية الوصول إلى قاعدة الترانزستور الأول (الدبوس 7)، مما يسمح بالتحيز الخارجي. يتم توفير العزل الكهربائي الكامل بين صمام LED للإدخال وترانزستورات الخرج بواسطة الحزمة البلاستيكية المصبوبة، والتي تتمتع بقوة عزل كهربائي عالية.

11. اتجاهات الصناعة والسياق

تمثل العوازل الضوئية مثل 6N138/139 تقنية عزل ناضجة وموثوقة. تشمل الاتجاهات الحالية في عزل الإشارات نمو العوازل الرقمية القائمة على CMOS والاقتران الراديوي أو السعوي، والتي تقدم سرعة وكفاءة طاقة وتكاملًا (قنوات متعددة في حزمة واحدة) فائقًا. ومع ذلك، تحتفظ العوازل الضوئية بمزايا قوية في مجالات معينة: فهي توفر عزل جهد عمل عالي جدًا (عدة كيلو فولت)، ومناعة نمط مشترك عابر ممتازة، وبساطة، ومتانة ضد إجهادات dv/dt عالية الجهد. غالبًا ما يتم تفضيلها في البيئات الصناعية عالية الضوضاء، وحلقات التغذية الراجعة لمصادر الطاقة، والتطبيقات التي تكون فيها موثوقية مثبتة وشهادات السلامة أمرًا بالغ الأهمية. يستمر تطوير مواد LED والمستشعرات الجديدة في تحسين سرعة ونسبة نقل التيار للعوازل الضوئية، مما يضمن أهميتها جنبًا إلى جنب مع التقنيات الأحدث.