Так называется статья, размещенная в журнале Радио двадцать семь лет назад, но мне показались очень актуальными эти схемы и сейчас. Они прекрасно подойдут для согласования выходов микроконтроллеров и нагрузок. Предлагаю вашему вниманию эту стать с небольшой редакцией.

Транзисторные ключи с оптоэлектронной гальванической развязкой цепей управления широко применяют в аппаратуре передачи информации, в системах управления технологическим оборудованием, однако такие ключи обычно не имеют защиты от перегрузки по току или замыкания нагрузочной цепи. Это существенно снижает показатели надежности подобной аппаратуры. На рис. 1 представлена схема оптоэлектронного ключа с защитой от перегрузки по току*.

Преимущество этого устройства заключается в том, что его узел электронной защиты прост по схеме, а мощность, рассеиваемая выходным транзистором ключа в режиме замыкания выходной цепи – режим короткого замыкания, не превышает мощности, рассеиваемой этим транзистором при коммутации номинального тока. Оптоэлектронный ключ имеет весьма совершенные технические характеристики: напряжение питания — 24...30 В; номинальный ток коммутации — 0,7 А; напряжение гальванической развязки — не более 100 В; ток управления — 10...15 мА; ток замыкания выходной цепи — не более 20 мА. Использование транзисторных оптронов АОТ127Б или АОТ128Б вместо АОТ123Б позволяет увеличить напряжение гальванической развязки до 500 В или 1500 В соответственно. При замене выходного транзистора КТ817Б на транзистор КТ827В номинальный ток коммутации можно увеличить до 10 А.

В исходном состоянии, когда нет тока в цепи светодиода оптрона U1, будет закрыт и транзистор оптрона, а значит, и транзисторы VT1 и VT2. При появлении управляющего сигнала Uвх оптрон откроется и через резистор R3 на базу транзистора VT1 поступает отрицательный открывающий его потенциал. Резистор R4 задает ток эмиттера транзистора VT1. Большая часть этого тока является базовым током транзистора VT2. Таким образом, когда откроется транзистор VT1, транзистор VT2 окажется в режиме насыщения и через нагрузку Rн потечет ток, расчетное значение которого должно быть меньше произведения тока базы этого транзистора на его статический коэффициент передачи тока. В этом состоянии диод VD1 будет закрыт обратным напряжением, и не будет влиять на работу ключа. В случае уменьшения сопротивления нагрузки, ток в ее цепи будет увеличиваться до тех пор, пока транзистор VT2 не начнет выходить из насыщения. Увеличение падения напряжения между его коллектором и эмиттером приведет сначала к открыванию диода VD1, а затем к уменьшению падения напряжения на резисторе R2. При этом уменьшится ток эмиттера транзистора VT1, а значит, еще более закроется транзистор VT2 и уменьшится его ток коллектора. В случае замыкания цепи нагрузки падение напряжения на резисторе R2 не превысит падения напряжения на открытом диоде VD1 (около 0,7 В), поэтому будет весьма мал и ток эмиттера транзистора VT1. Сопротивление резистора R5 выбирают таким, чтобы падение напряжения на нем от тока коллектора транзистора VT1 было недостаточным для открывания транзистора VT2. В цепи нагрузки будет протекать только прямой ток диода VD1. Таким образом, ток замыкания будет значительно меньше номинального коммутируемого тока. После устранения короткого замыкания ключ автоматически возвращается в рабочий режим. Дальнейшая работа по совершенствованию оптоэлектронного ключа позволила создать устройство** с аналогичными техническими характеристиками, но построенное на еще меньшем числе элементов. Его схема показана на рис. 2.

Упростить ключ оказалось возможным благодаря использованию вывода базы фототранзистора оптрона для управления его работой. Зависимость тока коллектора фототранзистора оптрона от тока управления при двух значениях сопротивления резистора R1 в цепи базы представлена на рис. 3.

При нулевом напряжении на базе транзистора оптрон по передаточной характеристике подобен диодному оптрону с коэффициентом передачи тока около 0,7. При паспортном значении сопротивления резистора R1 =1 МОм уже при токе управления 5 мА и более оптрон АОТ110Б будет надежно открыт. Сопротивление резистора R3 выбирают таким, чтобы в режиме замыкания цепи нагрузки падение напряжения на нем было недостаточным для открывания транзистора VT1. Поэтому мощность, рассеиваемая этим транзистором, как в нормальном режиме работы, так и при замыкании нагрузки, не превысит 1 Вт. Примерно такую же мощность будет рассеивать и резистор R3. Использование предлагаемых оптоэлектронных ключей с защитой по току позволяет существенно упростить согласование цифровых выходов систем управления с исполнительными устройствами и повысить надежность их эксплуатации.

г. Черновцы В. БАКАНОВ Радио 1990 №8 стр. 58
* Техническое решение, положенное в основу ключа, защищено авторским свидетельством СССР N" 1354409. Опубликовано в бюл. «Изобретения, открытия,...» № 43 от 23.11.87
** Техническое решение, положенное в основу ключа, защищено авторским свидетельством СССР N" 1398074. Опубликовано в бюл. «Изобретения, открытия,...» № 10 от 25.05.88

Ключи можно с успехом использовать для управления светодиодными лентами, двигателями постоянного тока в устройствах автоматики, электромагнитами, нагревательными элементами. В любом случае при возникновении аварийной ситуации в цепи нагрузки микроконтроллер останется не поврежденным. Для увеличения коммутируемого тока нагрузки в схеме на рисунке 2 в качестве транзистора VT1 можно применить КТ825 или импортный транзистор из серии TIP, например, TIP147. С током коллектора 10А.