6N138 6N139 Optokuplör Veri Sayfası - 8 Bacaklı DIP Paketi - Yüksek Kazançlı Ayrık Darlington - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

6N138 ve 6N139, ayrık Darlington fototransistör çıkış katına sahip, yüksek performanslı, düşük giriş akımlı optokuplörlerdir. Bu cihazlar, çok yüksek bir akım transfer oranı (CTR) sağlayarak, minimum giriş sürme akımı ile güvenilir sinyal iletimi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Standart 8 bacaklı Çift Sıralı Paket (DIP) içinde sunulurlar ve geniş bacak aralıklı ve yüzey montaj konfigürasyon seçenekleri mevcuttur. Temel işlevi, giriş ve çıkış devreleri arasında elektriksel izolasyon sağlayarak hassas mantık devrelerini voltaj dalgalanmalarından ve toprak döngülerinden korumaktır.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu optokuplörlerin en önemli avantajı, tipik olarak %2000 gibi son derece yüksek bir CTR değerine sahip olmalarıdır. Bu, ek bir yükseltme gerektirmeden düşük akımlı mantık sinyalleriyle doğrudan arayüz oluşturmayı mümkün kılar. Başlıca uluslararası güvenlik kuruluşları (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) tarafından sertifikalandırılmışlardır ve 5000 Vrms'lik yüksek bir izolasyon voltajı sunarlar. Bu özellikler, onları gürültü bağışıklığı, güvenlik izolasyonu ve sinyal bütünlüğünün kritik olduğu endüstriyel, telekomünikasyon ve bilgi işlem uygulamaları için ideal kılar. Hedef pazarlar arasında endüstriyel otomasyon, güç kaynağı geri besleme döngüleri, dijital arayüz izolasyonu ve iletişim hattı alıcıları bulunur.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve optik parametrelerin nesnel bir yorumunu sunar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, kalıcı hasarın meydana gelebileceği stres limitlerini tanımlar. Girişteki kızılötesi LED'in maksimum sürekli ileri akımı (IF) 20 mA'dir ve çok kısa darbe süreleri (<1 µs) için 1 A'lık tepe geçici akıma dayanabilir. Çıkış transistörünün maksimum kollektör akımı (IO) 60 mA'dir ve güç dağılımı (PO) 100 mW ile sınırlıdır. Cihaz -40°C ila +85°C arasındaki ortam sıcaklığı aralığında çalışabilir. 5000 Vrms izolasyon voltajı, tüm giriş bacakları kısa devre edilmiş ve tüm çıkış bacakları kısa devre edilmiş şekilde test edilen önemli bir güvenlik parametresidir.

2.2 Elektriksel Özellikler

Elektriksel özellikler, 0°C ila 70°C arasındaki ticari sıcaklık aralığında garanti edilir. Giriş LED'i için, IF = 1.6 mA'de tipik ileri voltaj (VF) 1.3V'dir. Çıkış bölümü parametreleri 6N138 ve 6N139 arasında hafif farklılık gösterir. 6N139, aynı koşulda (IF=0mA, VCC=18V) 6N138'in 100 µA'sına kıyasla tipik olarak daha düşük bir mantık yüksek çıkış akımı (IOH) sızıntısı olan 0.01 µA sunar. LED 1.6 mA ile sürüldüğünde, mantık düşük durumundaki besleme akımı (ICCL) her ikisi için de tipik olarak 0.6 mA'dir.

2.3 Transfer Karakteristikleri

Akım Transfer Oranı (CTR), (IC / IF) * %100 olarak tanımlanan en kritik parametredir. 6N139, IF=0.5mA'de minimum %400 ve IF=1.6mA'de minimum %500 CTR'ye sahiptir. 6N138, IF=1.6mA'de minimum %300 CTR'ye sahiptir. Her ikisinin tipik değeri %2000-2500 aralığındadır, bu da yüksek hassasiyeti gösterir. Mantık düşük çıkış voltajı (VOL), çeşitli yük koşulları altında belirtilmiştir ve maksimum 0.4V'dur, bu da standart TTL ve CMOS mantık seviyeleriyle uyumluluğu sağlar.

2.4 Anahtarlama Karakteristikleri

Anahtarlama hızı, giriş sürme akımına ve yük direncine bağlıdır. Yayılma gecikme süreleri (tPLH, tPHL) belirli test koşulları için verilmiştir. Örneğin, IF=0.5mA ve RL=4.7kΩ ile 6N139 için tipik tPHL 5 µs ve tPLH 16 µs'dir. IF'nin 12mA'ye ve RL'nin 270Ω'ya çıkarılması hızı sırasıyla 0.2 µs ve 1.7 µs'ye önemli ölçüde iyileştirir. 6N138, belirtilen test koşulu (IF=1.6mA, RL=2.2kΩ) altında genellikle daha yavaştır. Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI), hem mantık yüksek hem de düşük durumları için minimum 1000 V/µs olarak belirtilmiştir, bu da izolasyon bariyeri boyunca hızlı voltaj geçişlerine karşı iyi bir gürültü bastırma yeteneğini gösterir.

3. Mekanik ve Paket Bilgisi

Cihazlar standart 8 bacaklı DIP paketinde sunulur. Bacak yapılandırması şu şekildedir: Bacak 1: Bağlantı Yok, Bacak 2: Anot, Bacak 3: Katot, Bacak 4: Bağlantı Yok, Bacak 5: Toprak (Gnd), Bacak 6: Çıkış (Vout), Bacak 7: Beyz (VB), Bacak 8: Besleme Voltajı (VCC). Beyz bacağı (7), fototransistörün beyzine erişim sağlar; bu, bant genişliği ile kararlılık arasında denge kurmak için hızlandırma direnci veya kapasitör bağlamak için kullanılabilir. Paket seçenekleri arasında standart DIP, geniş bacak bükümlü (0.4 inç aralıklı) ve yüzey montajlı bacak formları (S ve alçak profilli S1) bulunur.

4. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 10 saniye için 260°C'dir. Bu, dalga veya yeniden akış lehimleme işlemleri için tipiktir. Elektrostatik deşarj (ESD) hassas cihazlar için standart önlemler alınmalıdır. Cihazlar, belirtilen -55°C ila +125°C depolama sıcaklığı aralığı içindeki koşullarda saklanmalıdır.

5. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

Parça numarası şu formattadır: 6N13XY(Z)-V. 'X' parça numarasıdır (6N138 için 8, 6N139 için 9). 'Y' bacak formu seçeneğini belirtir: standart DIP için hiçbiri (45 birim/tüp), geniş bacak bükümlü için 'M' (45 birim/tüp), yüzey montaj için 'S', alçak profilli yüzey montaj için 'S1'. 'Z', SMD parçalar için şerit ve makara seçeneğini belirtir: 'TA' veya 'TB' (1000 birim/makara). 'V', VDE onayı için isteğe bağlı bir sonektir. Kullanıcılar, montaj gereksinimlerine göre doğru kombinasyonu seçmelidir.

6. Uygulama Önerileri

6.1 Tipik Uygulama Senaryoları

Veri sayfasında birkaç önemli uygulama listelenmiştir: Dijital mantık toprak izolasyonu, RS-232C hat alıcıları, düşük giriş akımlı hat alıcıları, mikroişlemci veri yolu izolasyonu ve akım döngüsü alıcıları. Yüksek CTR'leri, mikrodenetleyici GPIO pinlerini doğrudan arayüzlemek, gürültülü ortamlardaki sensör sinyallerini izole etmek veya RS-232 veya RS-485 gibi seri iletişim hatlarında galvanik izolasyon sağlamak için onları mükemmel kılar.

6.2 Tasarım Hususları

1. Giriş Akım Sınırlama:LED ileri akımını (IF) mutlak maksimum ve istenen çalışma aralığı içinde bir değere sınırlamak için harici bir seri direnç kullanılmalıdır. Gerekli direnç değeri (Vsürücü - VF) / IF'dir.Çıkış Yüklemesi:Çıkış transistörü bir akım çekici olarak davranır. Yük direnci (VCC ile bacak 6 arasına bağlanır) istenen çıkış voltajı salınımını ve anahtarlama hızını ayarlamak için seçilmelidir. Daha küçük bir direnç hızı artırır ancak güç tüketimini de artırır.Hız Karşısında Kararlılık:Beyz bacağından (7) toprağa bir direnç (genellikle 10kΩ ila 1MΩ) bağlamak kararlılığı ve gürültü bağışıklığını iyileştirebilir ancak CTR'yi azaltacak ve anahtarlama hızını yavaşlatacaktır. Daha fazla filtreleme için paralel bir kapasitör eklenebilir.Güç Kaynağı Ayrıştırma:İyi bir uygulama, VCC bacağına (8) toprağa yakın bir 0.1 µF seramik kapasitör yerleştirerek gürültüyü bastırmaktır.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

6N138/6N139 ailesinin temel farklılaşması, ayrık Darlington konfigürasyonu ve çok yüksek CTR'sinde yatar. Standart tek transistörlü optokuplörlerle (örneğin, 4N25 serisi) karşılaştırıldığında, bu cihazlar önemli ölçüde daha yüksek hassasiyet sunarak düşük akımlı CMOS mantığı tarafından doğrudan sürülmelerine olanak tanır. Yeni dijital izolatörlerle karşılaştırıldığında, ultra yüksek hız veya karmaşık protokollere ihtiyaç duymayan temel izolasyon gerektiren uygulamalar için oldukça uygun maliyetli, daha basit, analog bir çözüm sunarlar. Beyz bacağının mevcudiyeti, tasarımcılara frekans tepkisini ve gürültü bağışıklığını özelleştirmek için benzersiz bir özgürlük derecesi sağlar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: 6N138 ve 6N139 arasındaki temel fark nedir?

C1: Temel farklar elektriksel özelliklerindedir. 6N139 genellikle daha iyi performans sunar: daha yüksek minimum CTR (IF=1.6mA'de %500'e karşı %300), kapalı durumda daha düşük çıkış sızıntı akımı ve test altında biraz farklı anahtarlama karakteristikleri. 6N138 daha düşük özelliklere sahip varyanttır.

S2: Giriş akım sınırlama direnci değerini nasıl seçerim?

C2: Uygulamanızdan gerekli ileri akımı (IF) belirleyin (örneğin, hız ve CTR dengesi için 1.6 mA). Veri sayfasından tipik VF'yi (1.3V) ölçün veya kullanın. Sürücü voltajınız 5V ise, direnç R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω'dur. Standart bir 2.2kΩ direnç uygun bir seçim olacaktır.

S3: Optokuplörüm neden yavaş anahtarlanıyor?

C3: Anahtarlama hızı büyük ölçüde IF ve yük direnci RL'den etkilenir. Hızı artırmak için şunları yapabilirsiniz: a) LED sürme akımını (IF) artırın. b) Çıkış kollektöründeki yük direncinin (RL) değerini azaltın. c) İsteğe bağlı olarak, depolanan yükü boşaltmak için beyz bacağını (7) küçük bir dirençle toprağa bağlayın, ancak bu CTR'yi azaltacaktır.

S4: "Ortak Mod Geçici Bağışıklığı" ne anlama gelir?

C4: Bu, izolasyon bariyerinin hem giriş hem de çıkış tarafında eşit olarak görünen hızlı voltaj ani artışlarını görmezden gelme yeteneğini ölçer. Yüksek bir CMTI (1000 V/µs gibi), çıkışın bu tür gürültü nedeniyle yanlış tetiklenmeyeceği anlamına gelir; bu, gürültülü güç ortamlarında çok önemlidir.

9. Pratik Tasarım Örneği

Örnek: RS-232 İletişimi için Bir Mikrodenetleyici UART Sinyalinin İzolasyonu.

Bir mikrodenetleyicinin 3.3V UART TX hattı, farklı bir toprak düzlemindeki bir RS-232 transceiver yongasına bağlanmadan önce izole edilmelidir. Bir 6N139 kullanılabilir. Mikrodenetleyici pini, LED'i 1kΩ'luk bir direnç üzerinden sürer (IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA). Çıkış kollektörü (bacak 6), RS-232 yongasının VCC'sine (5V) 4.7kΩ'luk bir çekme direnci üzerinden RS-232 yongasının giriş pinine bağlanır. Beyz bacağı (7) kararlılık için açık bırakılır veya büyük bir direnç (örneğin, 1MΩ) üzerinden toprağa bağlanır. Bu basit devre, sağlam bir izolasyon sağlar, mikrodenetleyiciyi RS-232 hattındaki toprak kaymalarından veya dalgalanmalardan korur ve sinyal bütünlüğünü korur.

10. Çalışma Prensibi

Cihaz, optoelektronik kuplaj prensibiyle çalışır. Giriş bacaklarına (Anot ve Katot) uygulanan bir elektrik akımı, kızılötesi Işık Yayan Diyot'un (LED) ışık yaymasına neden olur. Bu ışık, şeffaf bir izolasyon boşluğundan geçer ve ayrık bir Darlington çifti silikon fototransistörlerin ışığa duyarlı beyz bölgesine çarpar. Gelen ışık bir beyz akımı üretir, bu da iki transistör katı tarafından yükseltilerek çıkışta çok daha büyük bir kollektör akımı ile sonuçlanır. "Ayrık" konfigürasyon, tipik olarak ilk transistörün beyzine erişilebildiği (bacak 7) ve harici öngerilim uygulanabildiği anlamına gelir. Giriş LED'i ile çıkış transistörleri arasındaki tam elektriksel izolasyon, yüksek dielektrik dayanıma sahip olan kalıplanmış plastik paket tarafından sağlanır.

11. Sektör Trendleri ve Bağlam

6N138/139 gibi optokuplörler, olgun ve güvenilir bir izolasyon teknolojisini temsil eder. Sinyal izolasyonundaki mevcut trendler, üstün hız, güç verimliliği ve entegrasyon (tek pakette çoklu kanal) sunan CMOS ve RF veya kapasitif kuplaja dayalı dijital izolatörlerin büyümesini içerir. Ancak, optokuplörler belirli alanlarda güçlü avantajlarını korumaktadır: çok yüksek çalışma voltajı izolasyonu (birkaç kV), mükemmel ortak mod geçici bağışıklığı, basitlik ve yüksek voltaj dv/dt streslerine karşı dayanıklılık sunarlar. Genellikle yüksek gürültülü endüstriyel ortamlarda, güç kaynağı geri besleme döngülerinde ve kanıtlanmış güvenilirlik ve güvenlik sertifikalarının çok önemli olduğu uygulamalarda tercih edilirler. Yeni LED ve dedektör malzemelerinin geliştirilmesi, optokuplörlerin hızını ve CTR'sini iyileştirmeye devam ederek, yeni teknolojilerin yanı sıra geçerliliklerini de sürdürmelerini sağlamaktadır.