Wie funktioniert diese 5-24-V-Eingangsschaltung?

Ihre Schaltung fungiert als 5- bis 10-mA-Stromquellentreiber für den Optoisolator. Etwas weniger bei niedrigeren Spannungen.

Der "Trick" hier ist, dass der BFR30 ein JFET (Junction Field Effect Transistor) und KEIN (heutzutage) üblicherer MOSFET ist und sich grundlegend anders verhält als ein MOSFET. BFR30 Datenblatt hier . Es ist im Wesentlichen ein Gerät im "Verarmungsmodus", das vollständig eingeschaltet ist, wenn Vgs = 0 ist, und erfordert, dass Vgs negativ ist, um es auszuschalten. Wenn Vgs positiv genommen wird, fließt ein Gate-Strom (anders als bei einem mOSFET), da die normalerweise in Sperrrichtung vorgespannte Gate-Source-Diode leitet. (Igs absmax erlaubt ist 5 mA - siehe Datenblatt).

Wenn das Gate mit der Source verbunden ist, ist der Transistor eingeschaltet und fungiert als Stromquelle mit Ids von min. 5 mA und max. 10 mA bei Vds = 10 V. Siehe Datenblatt.

Um den Transistor auszuschalten, muss Vgs negativ sein.

Vds absmax wird als +/- 25 V angezeigt, sodass die maximal zulässige Spannung in Ihrem Stromkreis festgelegt wird.

Abb. 3 zeigt den erwarteten Strom Id bei Vds = 10 V für verschiedene Werte von Vgs mit typischen Min- und Max-Kurven.

Fig. 4 zeigt Ids gegen Vgs für verschiedene Werte von Vds von 0 bis 10 V. Zu dem Zeitpunkt, an dem Vds 10 V erreicht, hat sich der Strom abgeflacht, um sich einer Stromquelle anzunähern - zunehmend, da Vgs zunehmend negativ angenommen wird.

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HINZUGEFÜGT

F1: R18 fungiert also nur als Spannungsteiler und senkt Vsupply - Vds @5mA max?

F2: Würde eine 5-V-Versorgung als Mindesteingang überhaupt ausreichen?

Bei beispielsweise 5 mA ist der Abfall über R18 = I x R = 0,005 x 100 = 0,5 V, sodass die verfügbare Spannung beeinflusst wird, jedoch nicht erheblich.
Seine Hauptaufgabe besteht darin, als Strombegrenzer bei erheblichen Eingangsspitzen zu fungieren, wenn D18 leitet – ohne ihn wird D18 versuchen, jede Energie sofort zu akzeptieren – was fatal sein kann.

Um eine solche Schaltung zu entwerfen oder um zu sehen, ob sie unter bestimmten Bedingungen funktioniert, müssen Sie den Worst-Case-Wert verwenden. Für Komponenten kann der "schlechteste" Maximal- oder Minimalwert sein, je nachdem, wie er sich auf die Schaltung auswirkt.

In diesem Fall gibt es 3 nichtlineare Teile in Reihe (Diode, GET, Optodiode), sodass ein einfacher Ansatz darin besteht, einen Mindestsatz von Annahmen zu treffen, Worst-Case-Parameter für diesen Annahmesatz einzufügen und dann zu sehen, ob es darunter funktioniert hat Annahmesatz und wie nahe die Grenze ist.

Ich konnte keinen Optokoppler finden, der mit den angegebenen Namen übereinstimmt, also wähle ich den billigsten, den Digikey für Beispielzwecke verkauft. Preise hier - LTV817, 37 Cent in Einer, 7,6 Cent in 10.000 Stück.

BFR30 JFET Datenblatt hier:
BAV100 Diodendatenblatt hier:
LTV817 Pto Datenblatt hier:

Angenommen: 5 mA Strom.
Verwendung von Datenblättern:

Ungünstigster Fall Optodiode Vf bei 20 mA = 1,4 V (1,2 V typisch).
Bei 5 mA wird es etwas niedriger sein, ABER 1,4 V sind in Ordnung, wie man sehen wird.

BAV103-Diode bei 5 mA = ca. 0,7 V. Verwenden Sie zur Sicherheit 0,8 V. Erwarten Sie niedriger.

R18-Abfall = 0,5 V.

Bei Vin = 5 V bleibt die Balance für den FET = 5 - 0,5 - 0,7 - 1,4 = 2,4 V.

JFET-Datenblatt Abb. 4 zeigt Ids vs. Vds, typisch bei Vgs = 0./ Vds ~ = 1,25 V bei 4 mA Vds ~ = 1,6 V bei 4,5 mA Vds = 2,25 V bei 5 mA

Das sind typische Spannungen. Bei Vgs = 0V und Vds = 10V ist Ids ~= 4 / 6 / 10 mA.

Rühren Sie die ganze Menge zusammen und braten Sie bis sie weich sind, und ich würde daraus schließen, dass Sie im schlimmsten Fall möglicherweise keine 5 mA erhalten und mit ziemlicher Sicherheit 4 mA erhalten würden.
Die billigste Version dieses Optos hat eine CTR von 50 % bei 4 mA, sodass Sie bei Vout opto = 10 V 2 mA erhalten würden.

Wenn Sie versuchen, einen Rail-Rail-Spannungshub von 5 V mit einer 5-V-Versorgung zu erreichen, erhalten Sie mit einem 10-k-Lastwiderstand 2x bis 4x so viel Hub pro spezifiziertem Eingangs-mA wie Sie benötigen.

Ja, es funktioniert in vielen Anwendungen bei 5 V.
Wahrscheinlich bei 4V.
Bei 3V entschieden unglücklich werden.