6N138 6N139 फोटोकपलर डेटाशीट - 8-पिन DIP पैकेज - उच्च लाभ स्प्लिट डार्लिंगटन - हिन्दी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

6N138 और 6N139 उच्च-प्रदर्शन, कम-इनपुट-धारा वाले फोटोकपलर हैं जिनमें एक स्प्लिट डार्लिंगटन फोटोट्रांजिस्टर आउटपुट स्टेज होता है। ये उपकरण बहुत उच्च करंट ट्रांसफर रेशियो (CTR) प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो न्यूनतम इनपुट ड्राइव धारा के साथ विश्वसनीय सिग्नल ट्रांसमिशन सक्षम करते हैं। ये एक मानक 8-पिन ड्यूल इन-लाइन पैकेज (DIP) में आवासित हैं, जिसमें चौड़ी लीड स्पेसिंग और सरफेस-माउंट कॉन्फ़िगरेशन के विकल्प उपलब्ध हैं। इनका प्राथमिक कार्य इनपुट और आउटपुट सर्किट्स के बीच विद्युत पृथक्करण प्रदान करना है, जो संवेदनशील लॉजिक को वोल्टेज स्पाइक्स और ग्राउंड लूप्स से सुरक्षित रखता है।

1.1 मुख्य लाभ और लक्षित बाजार

इन फोटोकपलर्स का मुख्य लाभ इनका असाधारण रूप से उच्च विशिष्ट CTR है जो 2000% है। यह अतिरिक्त प्रवर्धन की आवश्यकता के बिना कम-धारा लॉजिक सिग्नल्स के साथ सीधे इंटरफेसिंग की अनुमति देता है। ये प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा एजेंसियों (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) द्वारा प्रमाणित हैं और 5000 Vrms का उच्च पृथक्करण वोल्टेज प्रदान करते हैं। ये विशेषताएँ इन्हें औद्योगिक, दूरसंचार और कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती हैं जहाँ शोर प्रतिरोध, सुरक्षा पृथक्करण और सिग्नल अखंडता महत्वपूर्ण है। लक्षित बाजारों में औद्योगिक स्वचालन, बिजली आपूर्ति फीडबैक लूप्स, डिजिटल इंटरफेस पृथक्करण और संचार लाइन रिसीवर्स शामिल हैं।

2. तकनीकी पैरामीटर गहन विश्लेषण

यह खंड डेटाशीट में निर्दिष्ट प्रमुख विद्युत और प्रकाशीय पैरामीटर्स की एक वस्तुनिष्ठ व्याख्या प्रदान करता है।

2.1 अधिकतम सीमा रेटिंग्स

ये रेटिंग्स तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके परे स्थायी क्षति हो सकती है। इनपुट इन्फ्रारेड LED की अधिकतम निरंतर अग्र धारा (IF) 20 mA है और यह बहुत छोटे स्पंदों (<1 µs) के लिए 1 A शिखर क्षणिक धारा सहन कर सकती है। आउटपुट ट्रांजिस्टर की अधिकतम कलेक्टर धारा (IO) 60 mA है, और इसकी शक्ति क्षय (PO) 100 mW तक सीमित है। उपकरण -40°C से +85°C के परिवेश तापमान सीमा में कार्य कर सकता है। 5000 Vrms पृथक्करण वोल्टेज एक प्रमुख सुरक्षा पैरामीटर है, जिसका परीक्षण सभी इनपुट पिनों को एक साथ शॉर्ट करके और सभी आउटपुट पिनों को एक साथ शॉर्ट करके किया जाता है।

2.2 विद्युत विशेषताएँ

विद्युत विशेषताएँ 0°C से 70°C के वाणिज्यिक तापमान सीमा पर गारंटीकृत हैं। इनपुट LED के लिए, IF = 1.6 mA पर विशिष्ट अग्र वोल्टेज (VF) 1.3V है। आउटपुट सेक्शन पैरामीटर्स 6N138 और 6N139 के बीच थोड़े भिन्न हैं। समान स्थिति (IF=0mA, VCC=18V) में, 6N139 आम तौर पर 6N138 के 100 µA की तुलना में लॉजिक हाई आउटपुट करंट (IOH) रिसाव का कम मान 0.01 µA प्रदान करता है। लॉजिक लो स्थिति में आपूर्ति धारा (ICCL) आम तौर पर दोनों के लिए 0.6 mA होती है जब LED को 1.6 mA से ड्राइव किया जाता है।

2.3 स्थानांतरण विशेषताएँ

करंट ट्रांसफर रेशियो (CTR) सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जिसे (IC / IF) * 100% के रूप में परिभाषित किया गया है। 6N139 का IF=0.5mA पर न्यूनतम CTR 400% और IF=1.6mA पर 500% है। 6N138 का IF=1.6mA पर न्यूनतम CTR 300% है। दोनों का विशिष्ट मान 2000-2500% है, जो उच्च संवेदनशीलता को दर्शाता है। लॉजिक लो आउटपुट वोल्टेज (VOL) विभिन्न लोड स्थितियों के तहत निर्दिष्ट किया गया है, जिसका अधिकतम मान 0.4V है, जो मानक TTL और CMOS लॉजिक स्तरों के साथ संगतता सुनिश्चित करता है।

2.4 स्विचिंग विशेषताएँ

स्विचिंग गति इनपुट ड्राइव धारा और लोड प्रतिरोध पर निर्भर करती है। प्रसार विलंब समय (tPLH, tPHL) विशिष्ट परीक्षण स्थितियों के लिए प्रदान किए गए हैं। उदाहरण के लिए, IF=0.5mA और RL=4.7kΩ के साथ 6N139 का विशिष्ट tPHL 5 µs और tPLH 16 µs है। RL=270Ω के साथ IF को 12mA तक बढ़ाने से गति क्रमशः 0.2 µs और 1.7 µs तक काफी सुधर जाती है। 6N139 आम तौर पर अपनी निर्दिष्ट परीक्षण स्थिति (IF=1.6mA, RL=2.2kΩ) के तहत धीमा होता है। कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्यूनिटी (CMTI) दोनों लॉजिक हाई और लो स्थितियों के लिए न्यूनतम 1000 V/µs पर निर्दिष्ट है, जो पृथक्करण अवरोध के पार तेज वोल्टेज क्षणिकों के खिलाफ अच्छे शोर अस्वीकृति को दर्शाता है।

3. यांत्रिक और पैकेज जानकारी

उपकरण एक मानक 8-पिन DIP पैकेज में प्रदान किए जाते हैं। पिन कॉन्फ़िगरेशन इस प्रकार है: पिन 1: कोई कनेक्शन नहीं, पिन 2: एनोड, पिन 3: कैथोड, पिन 4: कोई कनेक्शन नहीं, पिन 5: ग्राउंड (Gnd), पिन 6: आउटपुट (Vout), पिन 7: बेस (VB), पिन 8: आपूर्ति वोल्टेज (VCC)। बेस पिन (7) फोटोट्रांजिस्टर के बेस तक पहुंच प्रदान करता है, जिसका उपयोग स्थिरता के लिए बैंडविड्थ का व्यापार करने के लिए एक स्पीड-अप रोकनेवाला या संधारित्र जोड़ने के लिए किया जा सकता है। पैकेज विकल्पों में मानक DIP, चौड़ी-लीड बेंड (0.4-इंच स्पेसिंग), और सरफेस-माउंट लीड फॉर्म (S और लो-प्रोफाइल S1) शामिल हैं।

4. सोल्डरिंग और असेंबली दिशानिर्देश

सोल्डरिंग तापमान के लिए अधिकतम सीमा रेटिंग 10 सेकंड के लिए 260°C है। यह वेव या रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियाओं के लिए विशिष्ट है। इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ESD)-संवेदनशील उपकरणों को संभालने के लिए मानक सावधानियों का पालन किया जाना चाहिए। उपकरणों को निर्दिष्ट भंडारण तापमान सीमा -55°C से +125°C के भीतर स्थितियों में संग्रहीत किया जाना चाहिए।

5. पैकेजिंग और ऑर्डरिंग जानकारी

पार्ट नंबर इस प्रारूप का अनुसरण करता है: 6N13XY(Z)-V। 'X' पार्ट नंबर है (6N138 के लिए 8, 6N139 के लिए 9)। 'Y' लीड फॉर्म विकल्प को इंगित करता है: मानक DIP के लिए कोई नहीं (45 यूनिट/ट्यूब), चौड़ी लीड बेंड के लिए 'M' (45 यूनिट/ट्यूब), सरफेस माउंट के लिए 'S', लो-प्रोफाइल सरफेस माउंट के लिए 'S1'। 'Z' SMD भागों के लिए टेप और रील विकल्प निर्दिष्ट करता है: 'TA' या 'TB' (1000 यूनिट/रील)। 'V' VDE अनुमोदन के लिए एक वैकल्पिक प्रत्यय है। उपयोगकर्ताओं को असेंबली आवश्यकताओं के आधार पर सही संयोजन का चयन करना चाहिए।

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

डेटाशीट कई प्रमुख अनुप्रयोगों को सूचीबद्ध करती है: डिजिटल लॉजिक ग्राउंड पृथक्करण, RS-232C लाइन रिसीवर्स, कम इनपुट करंट लाइन रिसीवर्स, माइक्रोप्रोसेसर बस पृथक्करण, और करंट लूप रिसीवर्स। इनका उच्च CTR इन्हें माइक्रोकंट्रोलर GPIO पिनों के साथ सीधे इंटरफेस करने, शोर वाले वातावरण में सेंसर सिग्नल को अलग करने, या RS-232 या RS-485 जैसी सीरियल संचार लाइनों में गैल्वेनिक पृथक्करण प्रदान करने के लिए उत्कृष्ट बनाता है।

6.2 डिज़ाइन विचार

1. इनपुट करंट सीमित करना:LED अग्र धारा (IF) को अधिकतम सीमा और वांछित ऑपरेटिंग सीमा के भीतर एक मान तक सीमित करने के लिए एक बाहरी श्रृंखला रोकनेवाला का उपयोग किया जाना चाहिए। आवश्यक रोकनेवाला मान है (Vdrive - VF) / IF। 2.आउटपुट लोडिंग:आउटपुट ट्रांजिस्टर एक करंट सिंक के रूप में कार्य करता है। लोड रोकनेवाला (VCC और पिन 6 के बीच जुड़ा हुआ) को वांछित आउटपुट वोल्टेज स्विंग और स्विचिंग गति सेट करने के लिए चुना जाना चाहिए। एक छोटा रोकनेवाला गति बढ़ाता है लेकिन बिजली की खपत भी बढ़ाता है। 3.गति बनाम स्थिरता:बेस पिन (7) से ग्राउंड तक एक रोकनेवाला (आम तौर पर 10kΩ से 1MΩ) जोड़ने से स्थिरता और शोर प्रतिरोध में सुधार हो सकता है लेकिन यह CTR को कम करेगा और स्विचिंग गति को धीमा कर देगा। आगे फ़िल्टरिंग के लिए एक संधारिता को समानांतर में जोड़ा जा सकता है। 4.बिजली आपूर्ति डिकपलिंग:अच्छी प्रथा में शोर को दबाने के लिए VCC पिन (8) के करीब ग्राउंड से 0.1 µF सिरेमिक संधारिता लगाना शामिल है।

7. तकनीकी तुलना और विभेदन

6N138/6N139 परिवार का प्राथमिक विभेदन इसकी स्प्लिट डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन और बहुत उच्च CTR में निहित है। मानक सिंगल-ट्रांजिस्टर फोटोकपलर्स (जैसे, 4N25 श्रृंखला) की तुलना में, ये उपकरण काफी अधिक संवेदनशीलता प्रदान करते हैं, जो उन्हें कम-धारा CMOS लॉजिक द्वारा सीधे ड्राइव किए जाने की अनुमति देता है। नए डिजिटल आइसोलेटर्स की तुलना में, वे एक सरल, एनालॉग समाधान प्रदान करते हैं जो अल्ट्रा-हाई स्पीड या जटिल प्रोटोकॉल की आवश्यकता के बिना बुनियादी पृथक्करण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक लागत-प्रभावी है। बेस पिन की उपलब्धता डिजाइनरों को आवृत्ति प्रतिक्रिया और शोर प्रतिरोध को अनुकूलित करने के लिए स्वतंत्रता की एक अनूठी डिग्री प्रदान करती है।

8. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी पैरामीटर्स के आधार पर)

प्रश्न1: 6N138 और 6N139 के बीच मुख्य अंतर क्या है?

उत्तर1: मुख्य अंतर उनकी विद्युत विशिष्टताओं में हैं। 6N139 आम तौर पर बेहतर प्रदर्शन प्रदान करता है: एक उच्च न्यूनतम CTR (IF=1.6mA पर 500% बनाम 300%), ऑफ स्थिति में कम आउटपुट रिसाव धारा, और परीक्षण के तहत थोड़े अलग स्विचिंग विशेषताएँ। 6N138 निम्न-विशिष्टता वाला प्रकार है।

प्रश्न2: इनपुट करंट सीमित करने वाले रोकनेवाले के मान का चयन कैसे करूं?

उत्तर2: अपने अनुप्रयोग से आवश्यक अग्र धारा (IF) निर्धारित करें (उदाहरण के लिए, गति और CTR के अच्छे संतुलन के लिए 1.6 mA)। डेटाशीट से विशिष्ट VF (1.3V) को मापें या उपयोग करें। यदि आपका ड्राइव वोल्टेज 5V है, तो रोकनेवाला R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω। एक मानक 2.2kΩ रोकनेवाला एक उपयुक्त विकल्प होगा।

प्रश्न3: मेरा फोटोकपलर धीरे-धीरे स्विच क्यों कर रहा है?

उत्तर3: स्विचिंग गति IF और लोड रोकनेवाला RL से भारी प्रभावित होती है। गति बढ़ाने के लिए, आप यह कर सकते हैं: क) LED ड्राइव धारा (IF) बढ़ाएँ। ख) आउटपुट कलेक्टर पर लोड रोकनेवाले (RL) का मान कम करें। ग) वैकल्पिक रूप से, संग्रहीत चार्ज को हटाने के लिए एक छोटे रोकनेवाले के साथ बेस पिन (7) का उपयोग करें, लेकिन इससे CTR कम हो जाएगा।

प्रश्न4: "कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्यूनिटी" का क्या अर्थ है?

उत्तर4: यह उपकरण की उन तेज वोल्टेज स्पाइक्स को नजरअंदाज करने की क्षमता को मापता है जो पृथक्करण अवरोध के इनपुट और आउटपुट दोनों पक्षों पर समान रूप से दिखाई देती हैं। एक उच्च CMTI (जैसे 1000 V/µs) का मतलब है कि आउटपुट ऐसे शोर के कारण गलत तरीके से टॉगल नहीं होगा, जो शोर वाले बिजली वातावरण में महत्वपूर्ण है।

9. व्यावहारिक डिज़ाइन केस

केस: RS-232 संचार के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर UART सिग्नल को अलग करना।

एक माइक्रोकंट्रोलर की 3.3V UART TX लाइन को एक अलग ग्राउंड प्लेन पर एक RS-232 ट्रांसीवर चिप से जोड़ने से पहले अलग करने की आवश्यकता है। एक 6N139 का उपयोग किया जा सकता है। माइक्रोकंट्रोलर पिन एक 1kΩ रोकनेवाले के माध्यम से LED को ड्राइव करता है (IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA)। आउटपुट कलेक्टर (पिन 6) RS-232 चिप के VCC (5V) से एक 4.7kΩ पुल-अप रोकनेवाले के माध्यम से RS-232 चिप के इनपुट पिन से जुड़ा हुआ है। स्थिरता के लिए बेस पिन (7) खुला छोड़ दिया जाता है या एक बड़े रोकनेवाले (जैसे, 1MΩ) के माध्यम से ग्राउंड से जोड़ा जाता है। यह सरल सर्किट मजबूत पृथक्करण प्रदान करता है, माइक्रोकंट्रोलर को RS-232 लाइन पर ग्राउंड शिफ्ट या सर्ज से सुरक्षित रखता है, और सिग्नल अखंडता बनाए रखता है।

10. संचालन का सिद्धांत

उपकरण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक युग्मन के सिद्धांत पर कार्य करता है। इनपुट पिनों (एनोड और कैथोड) पर लगाई गई एक विद्युत धारा इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (LED) को प्रकाश उत्सर्जित करने का कारण बनती है। यह प्रकाश एक पारदर्शी पृथक्करण अंतराल के पार यात्रा करता है और सिलिकॉन फोटोट्रांजिस्टर्स की एक स्प्लिट डार्लिंगटन जोड़ी के प्रकाश-संवेदी बेस क्षेत्र पर पड़ता है। आपतित प्रकाश एक बेस धारा उत्पन्न करता है, जिसे दो ट्रांजिस्टर चरणों द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट पर बहुत बड़ी कलेक्टर धारा होती है। "स्प्लिट" कॉन्फ़िगरेशन का आम तौर पर मतलब है कि पहले ट्रांजिस्टर का बेस सुलभ है (पिन 7), जो बाहरी बायसिंग की अनुमति देता है। इनपुट LED और आउटपुट ट्रांजिस्टर्स के बीच पूर्ण विद्युत पृथक्करण ढाला हुआ प्लास्टिक पैकेज द्वारा प्रदान किया जाता है, जिसमें उच्च डाइइलेक्ट्रिक शक्ति होती है।

11. उद्योग के रुझान और संदर्भ

6N138/139 जैसे फोटोकपलर्स एक परिपक्व और विश्वसनीय पृथक्करण प्रौद्योगिकी का प्रतिनिधित्व करते हैं। सिग्नल पृथक्करण में वर्तमान रुझानों में CMOS और RF या कैपेसिटिव युग्मन पर आधारित डिजिटल आइसोलेटर्स की वृद्धि शामिल है, जो श्रेष्ठ गति, बिजली दक्षता और एकीकरण (एक पैकेज में कई चैनल) प्रदान करते हैं। हालाँकि, फोटोकपलर्स कुछ क्षेत्रों में मजबूत लाभ बनाए रखते हैं: वे बहुत उच्च कार्य वोल्टेज पृथक्करण (कई kV), उत्कृष्ट कॉमन-मोड ट्रांजिएंट इम्यूनिटी, सरलता और उच्च-वोल्टेज dv/dt तनाव के खिलाफ मजबूती प्रदान करते हैं। उन्हें अक्सर उच्च-शोर औद्योगिक वातावरण, बिजली आपूर्ति फीडबैक लूप्स और ऐसे अनुप्रयोगों में प्राथमिकता दी जाती है जहाँ सिद्ध विश्वसनीयता और सुरक्षा प्रमाणन सर्वोपरि होते हैं। नई LED और डिटेक्टर सामग्रियों का विकास ऑप्टोकपलर्स की गति और CTR में सुधार करना जारी रखता है, जिससे नई प्रौद्योगिकियों के साथ-साथ उनकी प्रासंगिकता सुनिश्चित होती है।