Здравствуйте уважаемые разработчики!
Прошу вашей помощи по данному вопросу. Имеется более десяти исполнительных устройств (Исп. ус-ва), которые содержат модули со входами управления путем замыкания на землю(вкл/выкл). Необходимо управлять этими устройствами на расстоянии примерно 70-100 метров между устройствами 5-7метров. Суть управления состоит в подаче микроконтроллером (МК) через транзистор (VT1) кратковременно отрицательного импульса(10-100мс) на линию управления и последующей паузы несколько секунд.
Система установлена на улице. Питание у всех исп. ус-в свое. Управление по радиоканалу недопустимо. Необходимо по максимуму защитить исп. ус-в от различных скачков напряжения в линии управления (может от грозы или пробоя изоляции линии управления). Прикидочную схему прилагаю.
Вопросы:
1.Какие подводные камни/грабли могут быть?
2.Что можно было бы добавить/убрать из схемы?
3.Какие оптопары можно применить? (посоветуйте пож-ста конкретные образцы)
4.Как защитить диод в оптопаре от ложного срабатывания(от наводки в линии)?(поставить стабилитрон или что-то еще..?!)
5.Есть опасения по поводу блока питания +5В питающего линию управления и МК. Необходимо ли их как нибудь обезопасить?
Заранее спасибо за советы!

Грабли в первую очередь в изоляции и в том, что по линии нужно гнать ток, а не напряжение.
Добавить гальваническую изоляцию выходного ключа и соответственно добавить еще один источник питания (гальванически изолированный от основного) от которого и запитать линию связи (обычно 12-24В).
Если вы не перепутали размерность длительности управляющих импульсов (именно 10-100 мкс, а не 10-100 мс, интересно, а где вообще такое применяется? ), то твердотельные реле с полевиками на выходе, которые вы изобразили на схеме не подойдут. Они не обеспечат требуемого быстродействия. Требования к фронтам обычно до 10-15% от длительности импульса, т.е. оптрон должен обеспечивать 1-2мкс время переключения выхода. Я даже не скажу сходу какие оптроны с транзисторным выходом способны на такое. Нужно смотреть диодно-диодные оптоизоляторы с триггером Шмидта на выходе. Например, H11L1 можно использовать, но ей на выход нужно доп. ключ для управления исп. устройством ставить. Кстати нигде не указано, что за исп. устройства, каким напряжением питаются и какой ток коммутации от оптронов требуется?
Впараллель диоду оптрона обратновключенный (только не выпрямительный! типа 1N4001, а нормальный быстродействующий) диод и еще впараллель резистор номиналом порядка 240 Ом, который обеспечит устойчивость к помехам/наводкам в линии связи. Номинал последовательно с диодом оптрона подбирать в зависимости от напряжения источника питания линии связи и требуемого тока управления оптрона..
См. комментарий к вопросу 2.

Вот тут то я и подумал что токовая петля к помехам более устойчивая. А в чем грабли то? На счет изоляции тут думаю все нормально. Вопрос скорее о наводках и грозозащите.
Ага, понятно.. попробую прикинуть. Но, как я понимаю, останутся элементы попадающие под риск сгореть? Как вообще с такой длинной работать? в смысле могут ли возникнуть такие статические напряжения(при такой длине) которые вывели бы чтото из строя?( устройство находится на удалении от излучающих антен и электростанций)
Да, спасибо! очепятался, исправил на 10-100 мс.
Напряжение питания исп. уст-в 12В. Ток коммутации требуется не больше 10мА(это с запасом).
Если несложно, приведите пример какого нибудь ходового диода для этого случая. Что то вроде 1N4933...1N4937, BAS28,FR101...FR107 да? А по току прямому сколько?

- Ложные срабатывания от помех
- Выгорание в процессе работы (из-за молний, из-за электростатических разрядов, из-за того, что сетевое напряжение попало)


Когда управляющий транзистор закрыт, то провод, который подключен к его коллектору, болтается в воздухе и ловит любые помехи. Поскольку мин. ток срабатывания оптронов оговорен плохо (он может быть очень мал), то даже маленькая наведенная помеха может вызвать ложное срабатывание. Будут ложные срабатывания от каждого кошкина бздеха.

Для увеличения помехоустойчивости необходимо
- Увеличить питание с +5В до минимум +12В, лучше - до +24В
- Вкючить параллельно линии (т.е. от стока VT1 до +питания) мощный резистор сопротивлением не более 1 кОм. Он будет гасить наведенную помеху и мирно спускать ее на источник питания.
- Переделать входные цепи каждого устр-ва таким образом, чтобы для его срабатывания требовалась значительная мощность. Не напряжение или ток по отдельности, а именно мощность. Для ориентировки, входы пром. автоматизации обычно "срабатывают" при напряжении порядка 10 В и при токе в несколько мА. В простейшем случае последовательно со светодиодом надо включить стабилитрон, а сам светодиод шунтировать резистором сопротивлением порядка 470 Ом или менее, который будет отсасывать ток и пускать его мимо светодиода.
- Отфильтровать быстрые помехи кондерами. Как минимум шунтировать каждый светодиод кондюком не менее 0.1 мкФ

Защита от выгорания - обширная тема, в двух словах не изложишь...

Ладно, думаю надо отбросить случаи попадания молнии и напрямую сетевого напряжения, а то уж совсем с защитой мудрить придется. Вот из-за электрических разрядов.. незнаю...? резюков хватит? Может разрядники еще какието нужно добавить?
Хотелось бы оставить 5В, чтобы не добавлять еще один БП.
Как я понял нагрузить оптопару, так?
извините, не совсем понял что куда?
Переделал схему (см. прилож.) Развязку VT1 пока не делал.

Автор, а самый длинный провод на оптику заменить не думаете? Или все?
Грозы бывают... убивают.

Неплохое решение, только слишком возни много (ИМХО) со скалывателями, разветвителями и т.д.
Опять же с прокладкой кабеля и защитой от механич. повреждений и в случае чего замены много плясок получается. Да и опыта с оптикой нуль без кепки.
Спасибо, но с оптикой думаю пока повременить.

Кабели бывают специальные. крепкие. Знакомый рассказывал, что их кабель висел на заборе. Забор поломал грузовой автомобиль, кабель целехонек.

http://www.pskovgeokabel.ru/cats.html?id=2

Проблема в том, что заранее вам никто не скажет, хватит ли вам одних резюков. Как фишка ляжет. Поскольку кабель лежит на улице, я бы все же порекомендовал параллельно R3 включить трансил или газовый разрядник. И еще по одному трансилу или разряднику с каждого провода на землю. И MOSFET поставить хотя бы 100-вольтовый.


Для увеличения порога срабатывания стабилитрон последовательно с R2.

А сам R2 лучше разделить на два одинаковых резистора половинного номинала, один от точки "а" на линию VCC1, а другой от точки "b" на линию "с". Это поможет придавить наносекундные помехи, проникающие с линии через оптрон.

Если нет специальных требований, оптрон лучше использовать какой попроще и подубовее, обычный транзисторный, с большим пробивным напряжением изоляции. Скажем, шарповские PC817 или подобные (пробивное 5 кВ). Если применить оптрон с более-менее жестко специфицированным CTR (коэфф. передачи по току), то сопротивления резисторов удастся выбрать поточнее, а параметры схемы будут более предсказуемы.

Вот нарисовал. Трансилы включил встречно между линиями(есть в этом смысл?). Посоветуйте пожалуйста на какие напряжения и токи выбрать трансил.
Если всетаки питающее напряжение VCC1 на линии управления будет 5В, то какой стабилитрон(на какое напряжение) поставить последовательно R2?
Объясните пожалуйста в двух словах целесообразность использование оптопары с транзисторным и полевым транзисторами на выходе оптопары. Что в каких случаях применяется. Может это както на фронты или еще на что влияет?

VD3 надо убрать. Трансилы бывают биполярные и однополярные. Если трансилы биполярные (хотя вам лучше использовать однополярные), то VD3 просто не нужен, поскольку есть VD2, а если однополярные - то VD3 вреден, он закоротит линию.

VD1 - должен быть обычный кремниевый диод, типа 1N4148, 1N914, КД522 или подобный


Напряжение должно быть несколько выше, чем напряжение питания. Мощность - побольше, зависит от того, сколько не жалко места их установки, и сколько не жалко денег.


Общий принцип такой: для увеличения помехоустойчивости напряжение срабатывания должно быть как можно больше. Какими средствами это достигается - не играет роли. Можно и без стабилитрона.

При 5В напряжение питания слишком маленькое, чтобы можно было впендюрить стабилитрон.

Предположим, что макс. допустимое напряжение "нуля" на входе исп. устр-ва равно 1В. Тогда напряжение на R5 должно быть не менее 4В. Предположим, что R5=2.2k, тогда вых. ток включенного оптрона должен быть не менее 4В/2.2k=1.82mA. Предположим, что вы используете оптрон PC817A, имеющий CTR=80...160%. Следовательно, для гарантированного обеспечения "нуля" на выходе оптрона, через его светодиод должен протекать ток не менее 1.82mA/80%=2.3mA. В даташите оптрона находим график зависимисти напряжения на светодиоде от тока, при 2.3mA напряжение будет примерно 1.25В при -25^oС (см. рисунок, красная линия). Поскольку R4=240, при 1.25В он отсосет 1.25/240=5.2mA, суммарный ток через R2+R6 должен быть не менее 5.2+2.3=7.5mA. Учитывая падение напряжения в кабеле, на VT1 и т.п., напряжение срабатывания при 5В питания должно быть не более, скажем, 4В. Сопротивление (R2+R6)=(4В-1.25В)/7.5mA=366 Ом. Выбираем R2=180, R6=180.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А теперь просчитываем "противоположный" вариант. Предположим, в худшем случае исп. устр-во может воспринять как "ноль" напряжение величиной 40% от питания, т.е 2В. Тогда при R5=2.2k устр-во сработает при вых.токе оптрона 3В/2.2k=1.36mA. Предположим, что вам попался оптрон с CTR=160%, тогда срабатывание произойдет при токе светодиода 1.36mA/160%=0.85mA. При температуре 75^oС напряжение на светодиоде будет всего 0.8В (зеленая линия), R4 отсосет 0.8/240=3.3mA, суммарный ток через R2+R6 должен быть всего 3.3+0.85=4.15mA. Напряжение срабатывания будет (180+180)*4.15mA+0.8В=2.3В. Разброс 2.3В...4В - это 74%

Получается, что порог срабатывания определен не очень точно. А при более высоком напряжении питания можно последовательно включить стабилитрон. Например, если питание равно 12В, то со стабилитроном с номиналом 6.8В (разброс, скажем, от 6.3В до 7.3В) напряжение срабатывания бyдет в пределах от 8.6В до 11В, это всего 28%. А помехоустойчивость вырастет в 8.6В/2.3В = 3.7 раз


Применяйте что хотите, но просчитывайте схему. Как просчитать на транзисторном оптроне я вам показал. Попробyйте проделать аналогичные расчеты для оптрона, который вам приглянулся, и сравните результаты. Не забудьте оценить влияние темнового тока вых. каскада, для транзисторного оптрона я им пренебрег в силу его малости (0.1 мкА max для PC817). Цены оптронов тоже сравните. После этого, я думаю, вопросов у вас не бyдет.

В рассматриваемой схеме (сообщение 11) линия связи является симметричной, что предполагает при наличии наводок от разряда молнии большой уровень синфазной помехи и не столь уж большую дифференциальную помеху. Ранее был совет включить в схему резистор R3, который якобы должен помочь в подавлении дифференциальной помехи. В действительности при наводке на удаленный конец линии связи ввиду короткой длительности импульса и заметной индуктивности проводов этот резистор вряд ли поможет, так что его можно спокойно выкинуть. Не нужен и один из резисторов R2, R6, ведь они включены последовательно в одну цепь.
Обычна практика оценки работоспособности устройства при воздействии помехи по следующим критериям: работоспособность не нарушается, работоспособность восстанавливается по окончании воздействия, работоспособность нарушается. Для линии связи, проложенной по открытой местности, предположительно можно реализовать только второй критерий, да и то, если применить двухступенчатую защиту из газовых разрядников и варисторов или полупроводниковых ограничителей напряжения. Схем полно в публикациях на эту тему в Интернете, посмотрите хотя бы каталог на разрядники от EPCOS.

Симетричность линии связи нигде не оговаривалась, соответственно, предположения о ее хорошей симметричности не имеют основания. Я лично крайне сомневаюсь, что качестве кабеля будет использован какой-то дорогой RS-485 кабель или подобный, обеспечивающий высокую симметричность. Скорее пробросят каким-то обычным силовым каблом, да еще засунут в один кондуит с сетевыми проводами. И если, не дай бог, послушают ваших вредных советов, то долго будут рвать волосы, что не поставили копеечный резистор.


Вы не учитываете, что оптрон имеет проходную емкость. Резисторов два для того, чтобы защитить устройство управления от вредного влияния наносекундных помех. Что это такое, вы сможете узнать, ознакомившись со статьей "помехоустойчивые устройства". Там, на рис.11, как раз приведен пример разделения резистора оптрона на два (R4,R5).

Ув. =AK=, спасибо за подробную выкладку с расчетами!
Ага, посмотрел... Только не совсем понятно как включить разрядники в схему? По рекомендациям нужно делать несколько уровней с индуктивностью и варистором. Возможно подключение такой цепочки непосредственно около VT1 и у каждой оптопары. Как это скажется на работу линии?Линия не симметрична. Да, прально, предполагается пробросить обычным силовым каблем. И скорее всего рядышком с сетевым. (Знаю что ни есть гут.. но вот такие условия.. Отдельный шланг кидать не совсем удобно.) Поставим, чтоб без волос не остаться)) А если серьезно, правильней его поставить в конце линии т.к. токовая петля, или это не имеет значения? Питание на линии поднял до 12В. Добавил стабилитрон. См. прилож. Куда, если надо, подключать разрядники и как?

Не имеет значения. Удобнее ставить рядом с VT1, чтобы легче было отлаживаться при отключенном кабеле - при этом на стоке VT1 будут видны импульсы управления во всей красе.

Имейте ввиду, у вас вовсе не токовая петля. Предложение об использовании токовой петли прозвучало, но не получило дальнейшего развития. Я лично не вижу преимуществ токовой петли по сравнению с тем, что получилось у вас.

ага.
Вот здесь я не совсем уяснил почему? В моем понимании токовая петля выглядит так (см. прилож). В первом случае напряжение падающее на резисторе прикладывается к линии, а во втором ток проходящий по линии устанавливает напряжение на резисторе. Поясните пожалуйста в чем я заблуждаюсь?

Токовая петля должна состоять из источника тока (который является источником сигнала), нагруженного на соединенные последовательно низкоомные нагрузки. То есть, ваш VT1 надо преобразовать в источник тока (делается достаточно просто добавкой резистора в исток и еще одного транзистора), а все светодиоды оптронов включить последовательно, без резисторов R2, R6 и стабилитронов.

Сейчас у вас избыток мощности и всяческие помехи рассеиваются в основном резисторами R2, R6, а транзистор VT1 рассеивает мизер, поскольку работает в ключевом режиме; кроме того, обрыв одной нагрузки не нарушает работоспособности остальных узлов. А в токовой петле избыток мощности рассеивался бы на VT1, любой обрыв приводил бы к полному отказу, зато к.з. одной нагрузки не нарушал бы работу остальных. Есть еще всякие нюансы с наносекундными помехами и т.п.

Согласен. Спасибо!
Схему подправил(см. пост 15), все ли корректно? И что с разрядниками делать?

У меня замечаний нет.

Для полной икебаны можно было бы заменить VT1 на какой-нибудь ключ с защитой от к.з. и перегрева, а также замедлить фронты переключения, скажем, добавив кондерчик с затвора на землю - это чтобы меньше излучать помех другим. Но это мелкие рюшечки.


Дело вкуса. По мне, так трансилов в большинстве случаев достаточно. Разрядники предполагают иные порядки величин токов и тщательно организованные цепи заземления/зануления. Это уже не совсем электроника, а более относится к ПУЭ.

Для данного случая "настоящий" источник тока не нужен, вполне сойдёт этот же ключ и последовательный резистор в стоке. Основное рассеивание мощности действительно будет именно на резисторе, а не транзисторе, но это не принципиально.


Да зачем ему ещё кондёрчик? Затвор и сам обладает приличной ёмкостью. Тут транзистор быстро открыть/закрыть от МК (да через затворный резистор) захочешь - не получится.

Затем, чтобы время включения-выключения меньше зависело от конкретного экземляра транзистора. Поскольку разброс параметров у них очень велик.

Поставлю, так называемый, интеллектуальный ключ - IPS021. Правда максимальное напряжение 50В. datasheet IPS021

Так конкретного времени вроде и не требуется. Пусть хоть в два раза отличается. Речь же лишь об ограничении скорости...

У себя в схеме, рассчитанной на длинный кабель в отсутствие наводок и помех, я сделал так, как на приведенном листе. Управление 2-мя сигналами - "единица" и "ноль".
Это позволяет отключать драйвер от линии управления, осуществлять прием и проводить самоконтроль. Может понравится, гляньте. Прошу прощения, что без номиналов, но вы их и сами рассчитаете. Или спросите потом, я гляну в схему.

--
С уважением, Тиро

Вы можете расчитать, какой величины будет это ограничение, если не ставить конденсатор? Что-то сомневаюсь.

Может, вам и невдомек, но емкость затвора MOSFET очень нелинейно зависит от напряжения. Это вдобавок к тому, что она имеет значительный разброс от экземпляра к экземпляру и часто вообще толком не нормируется в даташитах. Конечно, можно понадеяться "на авось" и запустить изделие в работу без расчетов, по принципу мультяшного Вовки в Тридевятом царстве - "и так сойдет". Но я не считаю себя вправе рекомендовать кому бы то ни было ламерско/радиолюбительские подходы к решению задач.

А к выше приведенному IPS021 это тоже относиться? Есть ли необходимость ставить кондер, если затвор находится за триггером?
Еще, если не затруднит, обьясните пожалуйста что будет излучать помехи в случае с обычным полевиком и как на это влияет конденсатор? Насколько я знаю завал фронтов при работе с полевиком в ключевом режиме вызывает дополнительное рассеивание мощности на полевике.

Это верно. Но при малой частоте импульсов это дополнительное рассеивание мощности пренебрежимо мало.

Длинный провод всегда является довольно эффективной антенной, как приемной, так и передающей, даже для "симметричных" сигналов, поскольку кабель неидеальный. При каждом переключении сигнала ваш кабель излучает электромагнитную волну. Одиночный импульс с быстрым фронтом имеет очень широкий спектр. А ваш кабель как антенна эффективен начиная с частот, длина волны которых сопоставима с длиной кабеля.

Для кабеля можно принять, что он, как антенна, становится эффективным излучателем начиная в длины волны примерно 0.1 от его собственной длины. Для 100м кабеля это значит, что начиная с длины волны 1 км он может оказаться эффективной антенной. Длина волны 1 км - это всего 300 кГц. Следовательно, очень желательно, чтобы спектр импульсов, бегающих в вашем кабеле, не содержал гармоник выше 300 кГц. Проще всего ограничить спектр сигналов путем затягивания фронтов переключения сигнала. Ориентировочно можно задать фронт таким длинным, чтобы макс. частота переключен была в несколько раз ниже пресловутых 300 кГц.

Например, зададимся макс. частотой переключений 100 кГц, гарантированно затянув фронты на затворе до 5 мкс (по уровню 0.1-0.9). Длительность T=2.2*R*C=5 мкс. Зная, сопротивление в затворе равно, скажем, 1 кОм, емкость должна быть 2.2 нФ. Частично эта емкость состоит из емкости затвора, но ее можно вообще не принимать во внимание, а поставить конденсатор величиной не менее 2.2 нФ (скажем, 10 нФ) и спать с чистой совестью, зная, что ваш кабель не излучает больших помех при переключениях. В идеале желательно прогнать получившуюся схему на симуляторе (например, на бесплатной версии Simetrix) и поточнее оценить спектр вых. сигнала.

А Вы не сомневайтесь. Если у Вас самого это почему-то вызывает затруднения, потренируйтесь, что ли...

Да что Вы говорите? И что, что нелинейно? Или Вы считаете, что всё нелинейное не поддаётся рассчётам? Кстати, вот даташит на конкретный MOSFET, упоминавшийся в теме. Нажмите для просмотра прикрепленного файла Покажите мне, где говорится о разбросе? Напротив, значение входной ёмкости указано довольно точно, не находите? Мне невдомёк, может быть, Ваш большой профессиональный опыт сталкивал Вас с "разбросанными" экземплярами и даже с сомнительными компонентами с толком не нормированными параметрами...
Обратите, кстати, внимание на такие вполне хорошо нормируемые параметры, как Total Gate Charge, Gate-to-Source Charge, Gate-to-Drain ("Miller") Charge, раз уж заговорили о нелинейности. Вам они о чём-нибудь говорят?
Это ли не ламерско/радиолюбительский подход?

Я полагаю, что вы вряд ли способны самостоятельно произвести такой расчет в силу его сложности. Несмотря на то, что он возможен в принципе.


Нет, не нахожу. Я нахожу, что там вообще не указаны минимальное и максимальное этой емкости, а указано только типовое значение. То есть, ориентировочное значение, не гарантированное производителем.

Уважаемые =AK= и Herz, в споре рождается истина, только прошу вас не переходить на взаимные оскорбления. Давайте как-то уж мирно уживаться)) -"К людЯм надо помяхше, а на вопросы смотреть поширше"
то =AK=: дак как быть с "интеллектуальным" ключем IPS021? Как в этом случае избавится от помех?

Точно так же, как в случае с обычным MOSFET. Ведь я как раз и пропагандирую подход, при котором помехи будут задавлены гарантированно, безотносительно к параметрам ключа. Расчитайте такую RC-цепочку, чтобы спектр выходного сигнала был ограничен так, как вам требуется, даже в случае какого-нибудь быстрого MOSFET c малой (или нулевой) емкостью затвора и высокой крутизной. Тогда какой бы "реальный" MOSFET вы ни поставили, спектр будет ограничен еще больше. Очень простой и надежный инженерный подход, никаких "авось".

Дык там же на входе логические уровни! ?

Хотелось бы знать, по каким критериям Вы судите о моих способностях...

Что значит не гарантированное? А какие у Вас есть основания для сомнений? Да, оно типовое, приведено для определённых условий и, естесственно, имеет разброс. Но Вы говорили о "значительном" разбросе. Можете привести порядок?

Смело. Вы забываете, что затягивая фронты сигнала на затворе, Вы, в основном, влияете лишь на задержку включения/выключения ключа относительно изменения управляющего напряжения. И лишь в очень небольшой степени на скорость нарастания/спада напряжения на стоке транзистора и следовательно, спектра сигнала в линии. Значительно эффективнее было бы поставить конденсатор параллельно сток-истоку, а лучше - после резистора.
Вот именно.

По сути это MOSFET с некоторой защитной обвязкой. К сожалению, похоже, что обвязка не очень хорошо работает если входной сигнал меняется слишком медленно. В табл. на стр.2 сказано: Max recommended rise time for IN signal - не более 1 мкс. Возможно, для полного кайфа вам было бы лучше использовать Zetex BSP75G.


Значит - не оговоренное документацией.


Если не оговорены мин-макс значения, то рассуждать о конкретных величинах разброса довольно бессмысленно. Для пп процессов разбросы "в разы" являются обыденными.


По этой (и не только) причине для более корректной оценки я рекомендовал воспользоваться spice-ом (Simetrix-ом).

Кстати, если вы внимательно почитаете, что написано, то увидите, что в моих словах нигде нет знака равенства между длительностью фронта на затворе и длительностью фронта выходного сигнала. Я использую очень корректные формулировки, и не могу нести ответственности за то, как искаженно или предвзято вы воспринимаете то, что написано.

Читаю внимательно Вами написанное и никак не могу интерпретировать Ваши рассуждения корректными. Не столько по форме, сколько по содержанию. Вы же про RC-цепочку в цепи затвора, не так ли? А про спектр выходного сигнала.

Ну никак не инженерный подход, уж простите. Ибо о крутизне Вы совершенно уместно здесь упомянули, но вывод сделали абсолютно противоположный логике.

А после какого резистора? На линии? т.е. шунтировать линию, да?.. Но ведь линия и так имеет приличную емкость? Или я что-то непонимаю?!

В Вашем случае эти ухищрения выглядят излишними, как и опасения неких наносекундных помех. Следует прежде уяснить, что от чего требуется зщитить. Оптроны от срабатывания из-за помех? Неактуально. Сторонние устройства от илучаемой линией помехи при коммутации - это одно. МК устройства от сбоя из-за возможной помехи, "пролезшей" из линии - это другое (и, наверное, более важное). Линия - элемент с распределёнными параметрами и обладает, как ёмкостью , так и индуктивностью. Следовало бы подобрать демфирующую RС-цепь для уменьшения "звона" в линии при переключениях, но только если необходимо.

Совершенно верно. Поскольку при помощи RC-цепочки в цепи затвора можно влиять на спектр выходного сигнала. А в чем некорректность?


Будьте любезны, изложите свою мысль подробно. Декларативная часть вам удалась, но содержательная пока что отсутствует.

Оптроны стоят для защиты исполнительных устройств от случайного попадания высокого напряжения на линию управления со всеми вытекающими. Т.е. что бы при случайном попадании недопустимого напряжения на линию или на одно из исп. устройств не сгорела все система целиком.
Добавлю, что наиболее важный элемент в схеме это любое исп. устройство. Линия и контроллер со своим БП по защите от выгорания не так приоритетны. Ко всему этому о помехоустойчивости тоже забывать не хочется.

Некорректность я вижу в увязывании постоянной времени RC-цепочки в цепи затвора со спектром выходного сигнала. Влияние действительно будет, но весма слабым, как раз сильно зависящим от характеристик самого прибора. Вы обратили внимание на параметр Gate Threshold Voltage в даташите на MOSFET, значение которого регламентируется, как Вы и хотели, и "сверху" и "снизу"? Так вот, грубо, при достижении напряжением на затворе этого значения ключ откроется со скоростью, не зависящей от параметров RC-цепочки в затворе. А вот от крутизны - таки да. Поэтому всё, что данная цепочка может обеспечить - задержать время включения/выключения. Достаточно подробно?

Достаточно подробно для того, чтобы проявились ошибки в ваших рассуждениях. Вот это утверждение "при достижении напряжением на затворе этого значения ключ откроется со скоростью, не зависящей от параметров RC-цепочки в затворе" - является фундаментально неверным. После этого (т.е. после выхода из отсечки) транзистор переходит в линейный режим и находится в нем вплоть до того, как начнет входить в насыщение. А в линейном режиме сигнал на его стоке является усиленным сигналом на затворе и, соответственно, скорость изменения сигнала на стоке прямо пропорциональна скорости изменения сигнала на затворе. Вследствие чего RC-цепочка в затворе очень эффективно ограничивает скорость изменения сигнала в стоке.

Достаточно часто встречающаяся ошибка - думать, что работающий в ключевом режиме транзистор вообще никогда не находится в линейном режиме. А на самом деле транзистор работающий в ключевом режиме в каждый момент времени находится в одном из трех режимов - в режиме отсечки, линейном режиме или в режиме насыщения. Несколько общеизвестных формул для линейного режима:

S = dI_с/dU_зи - крутизна определяет, как меняется ток стока при изменении напряжения на затворе

dUвых = dI_с*Rн = S*dU_зи*Rн

Надеюсь, вам не надо расписывать, как влияет RC-цепочка на скорость изменения напряжения на затворе dU_зи?

Спасибо за ликбез. Хорошо, что Вы привели формулы: как видите, скорость изменения тока стока таки зависит от крутизны, которая у приборов, специально предназначенных для работы в ключевом режиме, довольно высока. (так, для того же IRF540 в даташите приводится только её минимальное значение. Что, по Вашим же словам, говорит о разбросе параметра минимум в разы. Полагаю, разброс значений крутизны гораздо выше разброса входной ёмкости). Да, ключ - не компаратор, да и тот не переключается мгновенно. Но чтобы заявлять, что RC-цепочка в затворе очень эффективно ограничивает скорость изменения сигнала в стоке, нужно знать область активного режима транзистора. Вы можете её чётко обозначить? Она регламентируется в документации на эти приборы? Посмотрите на график Typical Transfer Characteristics (ключевое слово тypical ) в даташите и скажите мне, где она находится для токов стока в десятки - сотни миллиампер (речь ведь о таких порядках?) Особенно у приборов с "логическими" уровнями управления...
То, что эффект ограничения будет - бесспорно, но что эффективный... Достаточный - может быть. И я продолжаю утверждать, что дополнительныя ёмкость по затвору - ни к чему, Может, и не аргумент, но нигде не встречалось такого безобразия. Может, Вам встречалось?

P.S. Отчего Вы, кстати, обращаетесь ко мне во множественном числе? Думал, показалось...

Пожалуйста.


Увы, вы превратно истолковали мои слова. Еще раз: если не оговорены мин-макс значения, то рассуждать о конкретных величинах разброса довольно бессмысленно. Для пп процессов разбросы "в разы" являются обыденными. Но из этого никак не следует, что разброс составляет "минимум разы" или "максимум разы", или что вам там еще в голову взбредет. Становится понятно, почему вы высказываете столь ошибочные суждения - раз вы превратно истолковываете слова собеседников на форуме, то можно предположить, что вы так же превратно истолковывали слова преподавателей и тексты учебников.


Я ее уже обозначил: между отсечкой и насыщением. Если вас интересует более точно - постройте нагрузочную прямую на выходных характеристиках.


Ой... Студенту второго курса, изучающему курс "основы радиоэлектроники", за такой вопрос полагается "банан". Просто за сам факт постановки вопроса.


Ну не "тыкать" же вам, ведь я с вами на брудершафт не пил.

Я уже пожалел, что вступил с Вами в полемику - не ожидал от Вас такой "аргументации"... Видно, из-за стремления к "очень корректным формулировкам" Ваши слова всё сложнее истолковывать Непревратно. А по существу, без хамства, опровергнуть "столь ошибочные суждения" не получается? Ну не это же принимать всерьёз:

Вы бы ещё написали: между землёй и питанием...


Ну так, насколько мне известно, письменное обращение на "Вы" к собеседнику принято с заглавной буквы...

В общих чертах вы верно ухватили идею, действительно, линейный режим - это когда напряжение на стоке находится между землей и питанием. Как раз во время формирования фронта сигнала. Сказанное про нагрузочную прямую, похоже, мимо вас прошло, но что уж поделаешь...


Чтобы писать грамотно по-русски, читайте классиков и берите с них пример. Если же вас интересуют нюансы написания обращения "вы", то можете их найти, например, здесь http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1187746

Да уж, настоящие ценности...
Эту рекомендацию бережно возвращаю Вам.
А на эту филькину грамоту я бы и ссылаться постеснялся.
Что ж, мне жаль, откровенно говоря, времени, потраченного на дискуссию с Вами.
Успехов.

Уважаемые =AK= и Herz, прошу вас не переходить в оффтоп, и еще раз прошу вас не переходить на личности и уделить большее внимание техническим вопросам. Я безмерно благодарен вам за помощь!
Предлагаю вам обоим для окончательной расстановки точек над i, взять конкретную марку полевого транзистора (IRF540), и привести цитаты и графики подтверждающие ту или иную точку зрения, что-бы обсуждение было более предметным.
зы: в конце концов я могу провести опыт когда соберу электронику и подробно сообщу о результатах.

Результаты прогона на spice-e каскада на транзисторе IRLL014, который гораздо более подходит под задачу. Сопротивление последовательно с затвором 1к, сопротивление нагрузки 100 Ом, управляющие импульсы амплитудой 5В частотой 5 кГц (меандр), питание нагрузки 12В.

Без дополнительной емкости в цепи затвора длительность падающего фронта вых.сигнала равна примерно 0.6 мкс, длительность нарастающего фронта примерно 1.2 мкс, спектр вых. сигнала показан на рисунке внизу красной линией. При добавлении конденсатора 22 нФ между затвором и истоком, длительность падающего фронта вых. сигнала выросла до примерно 2.6 мкс, длительность нарастающего фронта увеличилась до примерно 5 мкс, спектр вых.сигнала показан на рис. внизу зеленой линией. То есть, с кондером помех будет излучаться примерно на 20 дБ меньше.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Можно подавить высшие гармоники вых.спектра еще больше, если увеличить линейность каскада. Для этого можно последовательно с истоком включить резистор величиной несколько ом. Поскольку пороговое напряжение IRLL014 весьма низкое (это Logic-Level Gate Drive MOSFET, какой, собственно, и должен применяться в таком каскаде, управляемом от 5В логики), то небольшое дополнительное падение напряжения (в пределах до вольта) на этом резисторе никак не повлияет на работоспособность каскада. Спектр вых. сигнала в случае, когда (вдобавок к кондеру с затвора на землю) в исток добавлен резистор 6.8 Ома, показан синим цветом.

Имея такой резистор в истоке, логично было бы добавить npn транзистор и получить драйвер c защитой от к.з. нагрузки

Ну так сошлитесь на источник, который представляется авторитетным вам. Пока что все ваши утверждения были удивительно голословны.
А пока не приведете источник, я буду продолжать придерживаться правил русского языка и не стану менять сложившегося у меня убеждения, что написание обращения "вы" с большой буквы, столь распространившееся в последние годы, имеет обоснование категории "миллионы леммингов не могут ошибаться".