4N35 Optocoupler Pinout, Datasheet, and Working Explained

L'optocoppia 4N35 è un componente di isolamento semplice ma importante utilizzato in molti circuiti elettronici. Questo articolo spiega il pinout del 4N35, il principio di funzionamento, le caratteristiche, le specifiche, gli esempi di circuito e il confronto con altri optocoppie comuni.

Catalogo

4N35 Optocoupler Overview

L'optocoppia 4N35 di Vishay 4N35 è un optocoppia con fototransistor a 6 pin progettato per trasferire segnali elettrici tramite luce mantenendo i lati di ingresso e uscita elettricamente isolati. Contiene un LED infrarosso sul lato di ingresso e un fototransistor NPN in silicio sul lato di uscita.

Quando la corrente scorre attraverso il LED, produce luce interna che attiva il fototransistor. Questo consente il trasferimento del segnale senza una connessione elettrica diretta, contribuendo a migliorare la sicurezza del circuito, l'immunità al rumore e la protezione contro le differenze di tensione. Il 4N35 offre un'alta tensione di isolamento, un imballaggio DIP compatto e una semplice configurazione dei pin, rendendolo adatto per progetti che richiedono un'affidabile isolamento del segnale e prestazioni di commutazione stabili.

Se sei interessato all'acquisto del 4N35, contattaci per informazioni su prezzi e disponibilità.

4N35 Pinout and Pin Details

• Pin 1 - Anodo (A): Pin di input positivo del LED infrarosso interno. Questo pin riceve la corrente di ingresso che attiva l'optocoppia.

• Pin 2 - Catodo (C): Pin di input negativo del LED infrarosso interno. È tipicamente collegato a massa tramite una resistenza limitatrice di corrente.

• Pin 3 - NC (Nessuna Connessione): Questo pin non è collegato internamente ad alcun componente all'interno del 4N35 ed è solitamente lasciato non collegato.

• Pin 4 - Emettitore (E): Terminale di emittitore del fototransistor interno. È comunemente collegato a massa o utilizzato come parte del circuito di commutazione di uscita.

• Pin 5 - Collettore (C): Terminale di collettore del fototransistor interno. Il segnale di uscita è tipicamente prelevato da questo pin tramite una resistenza di pull-up.

• Pin 6 - Base (B): Terminale di base del fototransistor interno. Può essere utilizzato per il biasing, la regolazione della sensibilità o l'ottimizzazione della commutazione, ma è spesso lasciato non collegato nelle applicazioni di base.

4N35 Optocoupler Basic Operating Principle

L'optocoppia 4N35 funziona trasferendo un segnale elettrico tramite luce mantenendo i circuiti di ingresso e uscita elettricamente isolati l'uno dall'altro. All'interno del 4N35 ci sono due componenti principali: un LED infrarosso sul lato di ingresso e un fototransistor sul lato di uscita. Quando la corrente scorre attraverso il LED tra i pin anodo e catodo, il LED emette luce infrarossa all'interno del pacchetto. Questa luce non è visibile esternamente perché rimane all'interno dell'involucro dell'optocoppia.

Come mostrato nell'immagine, la luce infrarossa emessa colpisce il fototransistor interno. Una volta che il fototransistor rileva la luce, inizia a condurre corrente tra i terminali collettore ed emettitore. Questo consente al lato di uscita del circuito di commutare o rispondere al segnale di ingresso senza alcuna connessione elettrica diretta tra i due lati. Il segnale viene trasferito otticamente anziché elettricamente, motivo per cui il dispositivo è chiamato optocoupler o optoisolatore.

L'isolamento elettrico fornito dal 4N35 è molto importante in molti sistemi elettronici. Aiuta a proteggere dispositivi sensibili a bassa tensione come microcontrollori, schede Arduino, PLC e circuiti digitali da picchi di alta tensione, rumore elettrico e problemi di loop di massa. Poiché l'ingresso e l'uscita sono isolati, i guasti o le interferenze su un lato sono meno probabili danneggiare l'altro lato del circuito.

La fase di uscita del fototransistor del 4N35 si comporta in modo simile a un normale interruttore a transistor. Quando il LED è acceso, il fototransistor conduce. Quando il LED è spento, il fototransistor smette di condurre. La quantità di corrente in uscita dipende dall'intensità luminosa prodotta dal LED, che è influenzata dalla corrente di ingresso. Questa relazione è comunemente descritta dal Current Transfer Ratio (CTR) presente nel datasheet del 4N35.

Sebbene il 4N35 sia semplice e affidabile, non è progettato per applicazioni di commutazione ad altissima velocità. La sua uscita a fototransistor è più lenta rispetto agli optocoupler ad alta velocità moderni, ma rimane ampiamente utilizzata nei controlli industriali, nei circuiti di isolamento relè, nei sistemi di feedback SMPS e nell'interfacciamento con microcontrollori grazie al suo basso costo, semplicità e forte capacità di isolamento elettrico.

Caratteristiche del 4N35 Optocoupler

• 5000 VRMS Tensione di isolamento - Fornisce un forte isolamento elettrico tra i lati di ingresso e uscita, aiutando a proteggere i circuiti a bassa tensione da danni ad alta tensione e rumore elettrico.

• Compatibile con le famiglie logiche comuni - Può interfacciarsi facilmente con microcontrollori, TTL, CMOS, Arduino, PLC e altri circuiti logici digitali.

• Bassa capacità di accoppiamento ingresso-uscita (< 0.5 pF) - Aiuta a ridurre il rumore elettrico e le interferenze di segnale indesiderate tra circuiti isolati.

• Pacchetto standard a 6 pin Dual-In-Line (DIP) - Utilizza un formato di pacchetto ampiamente supportato, facile da montare su PCB e breadboard.

• LED infrarossi e uscita fototransistor - Utilizza il trasferimento di segnale basato sulla luce per un isolamento elettrico sicuro e affidabile.

• Buona immunità al rumore - Aiuta a migliorare la stabilità del segnale in ambienti industriali e di commutazione con interferenze elettriche.

• Integrazione del circuito semplice - Richiede solo pochi componenti esterni, rendendolo adatto per design di circuiti sia per principianti che per professionisti.

• Compatibile con RoHS e WEEE - Soddisfa gli standard di sicurezza ambientale e dei materiali pericolosi per la produzione elettronica moderna.

• Isolamento elettrico affidabile - Previene la connessione elettrica diretta tra circuiti di controllo e di potenza, migliorando la sicurezza del sistema.

• Soluzione di isolamento a basso costo - Comunemente utilizzato in applicazioni elettroniche industriali, di consumo ed embedded a prezzi accessibili.

Valori massimi del 4N35

• Indice di tracciamento comparativo - 175. Indica la resistenza del materiale al tracciamento elettrico sulla sua superficie.

• Resistenza di isolamento a 25°C - 10¹² Ω. Mostra una resistenza molto elevata tra i lati di ingresso e uscita a temperatura ambiente.

• Resistenza di isolamento a 100°C - 10¹¹ Ω. Mostra che l'isolamento rimane forte anche a alta temperatura.

• Temperatura di stoccaggio - da -55°C a +150°C. L'intervallo di temperatura sicuro quando il 4N35 è conservato ma non in funzione.

• Temperatura di esercizio - da -55°C a +100°C. L'intervallo di temperatura di lavoro sicuro durante l'uso normale.

• Temperatura di giunzione - 100°C. La temperatura massima della giunzione interna del semiconduttore.

• Temperatura di saldatura - 260°C. La temperatura massima consentita durante la saldatura per un breve periodo.

• Tensione inversa - 6 V. La massima tensione inversa che il LED di ingresso può sopportare.

• Corrente diretta - 50 mA. La corrente continua massima consentita attraverso il LED di ingresso.

• Corrente di picco - 1 A. La corrente di impulso breve massima che il LED può gestire.

• Dissipazione di potenza in ingresso - 70 mW. La potenza massima che il lato di ingresso può dissipare in sicurezza.

• Tensione di breakdown collettore-emettitore - 70 V. La tensione massima che il transistor di uscita può bloccare tra collettore ed emettitore.

• Tensione di breakdown emettitore-base - 7 V. La massima tensione inversa consentita tra emettitore e base.

• Corrente del Collettore - 50 mA. La massima corrente continua consentita attraverso l'uscita del fototransistor.

• Corrente di Picco del Collettore - 100 mA. La massima corrente di uscita per breve durata consentita fino a 1 ms.

• Dissipazione di Potenza in Uscita - 70 mW. La massima potenza che il transistor di uscita può dissipare in modo sicuro.

• Tensione di Isolamento di Test - 5000 VRMS. La forza di isolamento elettrico testata tra ingresso e uscita.

• Distanza di Creepage - ≥ 7 mm. La distanza minima sulla superficie tra i pin di ingresso e di uscita per l'isolamento di sicurezza.

• Distanza di Chiarimento - ≥ 7 mm. Il gap d'aria minimo tra i conduttori di ingresso e di uscita.

• Spessore di Isolamento tra Emittente e Rivelatore - ≥ 0.4 mm. Lo spessore fisico dell'isolamento tra il LED e il fototransistor.

Applicazioni Comuni del 4N35 Optocoupler

Isolamento del Microcontrollore

Il 4N35 è comunemente usato per isolare microcontrollori come Arduino, Raspberry Pi, PIC e STM32 da circuiti a tensione più alta. L'isolamento elettrico aiuta a proteggere i pin GPIO sensibili da picchi di tensione, rumore elettrico e cortocircuiti accidentali. In molti sistemi embedded, il 4N35 consente una comunicazione sicura tra logica digitale a bassa tensione e circuiti industriali o di controllo della potenza.

Circuiti di Pilotaggio Relè

Molti circuiti di controllo del relè utilizzano il 4N35 per separare il lato di controllo dal lato di commutazione del relè. Questa isolazione aiuta a proteggere i controllori a bassa tensione dall'EMF inverso della bobina del relè, transitori di commutazione e rumore ad alta corrente. È comunemente trovato in sistemi di automazione, dispositivi per case intelligenti e schede di controllo industriale.

Isolamento di Feedback SMPS

Le alimentazioni a commutazione (SMPS) usano spesso optocoupler come il 4N35 per il controllo di feedback isolato. L'optocoupler trasferisce segnali di feedback dal lato secondario al lato primario mantenendo un isolamento elettrico sicuro. Questo aiuta a regolare la tensione di uscita senza creare una connessione elettrica diretta tra le sezioni ad alta tensione e a bassa tensione.

PLC e Sistemi di Automazione Industriale

I sistemi di controllo industriale utilizzano frequentemente il 4N35 per l'isolamento del segnale tra PLC, sensori, attuatori e driver di motori. Gli ambienti industriali contengono solitamente rumore elettrico, picchi di tensione e problemi di loop di terra, quindi l'isolamento ottico migliora l'affidabilità del sistema e protegge l'elettronica di controllo sensibili.

Circuiti di Carico AC e Controllo TRIAC

Il 4N35 può essere utilizzato in circuiti di commutazione AC e circuiti di controllo TRIAC dove i controllori a bassa tensione devono interagire in modo sicuro con carichi AC ad alta tensione. L'optocoupler aiuta ad isolare il circuito di controllo dalla pericolosa tensione di rete AC, migliorando la sicurezza per l'utente e la protezione del circuito in dimmer di luci, controllori di riscaldamento e controlli degli elettrodomestici.

Circuiti di Controllo Motore e Driver

I sistemi di driver per motori utilizzano spesso il 4N35 per isolare i segnali PWM, la logica di controllo o le linee di feedback dai circuiti di potenza rumorosi dei motori. L'isolamento aiuta a ridurre le interferenze causate da carichi induttivi, rumore di commutazione e picchi di tensione improvvisi generati da motori DC e motori industriali.

Isolamento del Segnale tra Diversi Livelli di Tensione

Il 4N35 è utile in sistemi in cui i dispositivi operano a livelli di tensione diversi. Ad esempio, un microcontrollore a 3.3 V può comunicare in modo sicuro con un circuito a 12 V o 24 V tramite isolamento ottico. Questo previene la connessione elettrica diretta, consentendo comunque il trasferimento del segnale tra i due circuiti.

Sistemi di Gestione e Ricarica delle Batterie

I circuiti di ricarica delle batterie e i sistemi di gestione delle batterie a volte utilizzano il 4N35 per monitoraggio e funzioni di controllo isolate. L'isolamento aiuta a migliorare la sicurezza nei sistemi di batterie ad alta tensione separando il circuito di monitoraggio a bassa tensione dalla fase di ricarica o di alimentazione.

Isolamento del Rumore in Circuiti Audio e di Comunicazione

Il 4N35 può aiutare a ridurre i problemi di loop di terra e interferenze elettriche in alcuni sistemi di comunicazione e audio. Isolando il percorso del segnale, l'optocoupler aiuta a ridurre il rumore indesiderato che può influenzare la qualità del segnale e la stabilità del sistema.

Commutazione Digitale e Interfacciamento Logico

I circuiti di commutazione digitale utilizzano spesso il 4N35 come un interruttore a transistor isolato. L'uscita del fototransistor può interfacciarsi con porte logiche, contatori, timer o controllori digitali mantenendo una separazione sicura tra le diverse sezioni del circuito.

Esempi Tipici di Circuito del 4N35

Circuito di Isolamento per INGRESSO MIDI Utilizzando l'Optocoupler 4N35

In questo circuito di ingresso MIDI, l'optocoupler 4N35 viene utilizzato per isolare in sicurezza il ricevitore MIDI dal dispositivo di trasmissione. Il segnale MIDI in ingresso passa attraverso componenti di limitazione della corrente e di filtraggio del rumore prima di attivare il LED interno del 4N35. Quando il segnale MIDI è attivo, il LED all'interno dell'optocoupler emette luce infrarossa, che accende il fototransistor interno sul lato di uscita. Il fototransistor genera quindi il segnale di uscita MIDI isolato etichettato come “MIDI In.”

Questa isolamento ottico è molto importante nei sistemi MIDI perché diversi dispositivi audio possono utilizzare alimentazioni e connessioni a terra separate. Senza isolamento, anelli di terra indesiderati e rumore elettrico potrebbero influenzare la qualità del segnale o danneggiare l'attrezzatura collegata. Le sfere di ferrite nel circuito aiutano a sopprimere il rumore ad alta frequenza, mentre la resistenza di pull-up consente al transistor di uscita di generare un segnale digitale stabile per il circuito di ricezione.

Circuito di Interfaccia di Isolamento di Base Arduino Utilizzando l'Optocoupler 4N35

Questo circuito di interfaccia Arduino utilizza il 4N35 per isolare una sorgente di segnale esterna dal pin di ingresso dell'Arduino. Il segnale di ingresso esterno passa attraverso la resistenza R1, che limita la corrente del LED all'interno dell'optocoupler. Quando viene applicato il segnale di ingresso, il LED interno si accende e emette luce che attiva il fototransistor sul lato di uscita. Il fototransistor quindi tira la linea di ingresso dell'Arduino verso terra, consentendo all'Arduino di rilevare il segnale in modo sicuro.

La resistenza di pull-up collegata a 5V aiuta a creare un livello logico digitale pulito per il pin di ingresso dell'Arduino. Poiché il segnale viene trasferito tramite luce invece di una connessione elettrica diretta, l'Arduino rimane elettricamente isolato dal circuito esterno. Questo aiuta a proteggere il microcontrollore da picchi di tensione, rumore elettrico e esposizione accidentale ad alta tensione comunemente trovata in ambienti industriali o di controllo motori.

4N35 vs Altri Optocouplers Popolari

4N35 vs PC817

Il 4N35 e il PC817 sono entrambi optocouplers a fototransistor utilizzati per l'isolamento del segnale. Il 4N35 fornisce accesso al pin della base del fototransistor interno, consentendo un maggiore controllo e flessibilità del circuito, mentre il PC817 utilizza un design più semplice a 4 pin. Il PC817 è spesso preferito per circuiti di isolamento compatti e a basso costo e applicazioni di feedback SMPS. Il 4N35 è generalmente una scelta migliore quando è necessario un comportamento del transistor regolabile o configurazioni di uscita più flessibili.

4N35 vs 4N25

Il 4N35 e il 4N25 hanno uscite a fototransistor simili e forniscono entrambi isolamento ottico. Tuttavia, il 4N35 offre tipicamente CTR più elevato e migliori prestazioni rispetto al vecchio design del 4N25. Mentre il 4N25 rimane adatto per circuiti di isolamento di base e sistemi legacy, il 4N35 è di solito preferito per nuovi progetti perché offre switching più affidabile e un'efficienza di trasferimento del segnale migliorata.

4N35 vs MOC3021

Il 4N35 e il MOC3021 servono a scopi diversi nonostante entrambi siano optocouplers. Il 4N35 utilizza un'uscita a fototransistor ed è progettato per l'isolamento del segnale DC, l'interfacciamento con il microcontrollore e i circuiti di controllo. Il MOC3021 utilizza un'uscita a driver TRIAC specificamente destinata ad attivare TRIAC in applicazioni di controllo della potenza AC. Per l'isolamento del segnale a livello logico, il 4N35 è la scelta migliore, mentre il MOC3021 è più adatto per il switching di carichi AC, dimmer e sistemi di controllo alimentati dalla rete.

Produttore

Vishay Intertechnology è uno dei principali produttori dell'optocoupler 4N35 ed è ampiamente riconosciuto per la produzione di semiconduttori discreti e componenti elettronici passivi affidabili. Le capacità di produzione di Vishay includono fabbricazione di semiconduttori su larga scala, assemblaggio automatizzato, testing di precisione, produzione di tecnologia di isolamento ottico e rigorosi processi di controllo qualità progettati per soddisfare gli standard internazionali di affidabilità e sicurezza.

Domande Frequenti FAQ]

1. Perché l'isolamento elettrico è importante quando si utilizza il 4N35?

Protegge i circuiti a bassa tensione da picchi, rumore e problemi di anello di terra trasferendo segnali tramite luce anziché tramite contatto elettrico diretto.

2. Come influisce il fototransistor 4N35 sulle prestazioni di switching?

Il fototransistor si accende quando riceve luce dal LED. Funziona bene per switching a velocità moderata ma non è ideale per segnali dati ad alta velocità.

3. Cosa succede se la resistenza in ingresso del LED è errata?

Una resistenza troppo bassa può danneggiare il LED, mentre una troppo alta può causare switching debole o instabile in uscita.

4. In che modo il 4N35 è diverso dal MOC3021?

Il 4N35 ha un'uscita a fototransistor per l'isolamento del segnale DC, mentre il MOC3021 è progettato per attivare i TRIAC in controllo del carico AC.

5. In che modo il 4N35 riduce il rumore e i loop di terra?

Separa i terreni di ingresso e uscita, quindi correnti indesiderate e interferenze non possono facilmente passare tra i circuiti collegati.