Circuit Analysis
Galwanicznie izolowany interfejs logiczny PC817 funkcjonuje w pięciu następujących po sobie fazach elektrycznych i optycznych:
1. **Podanie sygnału wejściowego i polaryzacja diody IRED:** Gdy sterownik lub czujnik wymusi stan logiczny WYSOKI (nominalnie +5.0 V) na wejściu P_IN, prąd płynie przez metalizowany rezystor ograniczający R1 (390 Ω). Po pokonaniu napięcia przewodzenia diody GaAs (VF ≈ 1.2 V) ustala się stabilny prąd przewodzenia IF = (VIN - VF) / R1 ≈ (5.0 V - 1.2 V) / 390 Ω ≈ 9.74 mA.
2. **Optyczna transmisja fotonów przez barierę galwaniczną:** Prąd przewodzenia wywołuje rekombinację promienistą w strukturze GaAs, generując fotony podczerwieni o długości fali 940 nm. Fotony przenikają przez przezroczysty silikonowy dielektryk, zachowując pełną separację o wytrzymałości 5000 Vrms i pojemności sprzęgającej zaledwie 0.6 pF.
3. **Przewodzenie fototranzystora i nasycenie kolektora:** Fotony wnikające w bazę fototranzystora NPN generują pary elektron-dziura, wytwarzając fotoprąd bazy Iph. Przy minimalnym współczynniku transferu prądowego (CTR) 80% do 160% (klasa A), tranzystor oferuje wydajność prądową IC = IF × CTR ≈ 9.74 mA × 0.8 ≈ 7.8 mA, znacznie przewyższającą ~1.04 mA wymagane przez rezystor R2. Wprowadza to fototranzystor w stan głębokiego nasycenia (VCE(sat) ≤ 0.1 V).
4. **Podciąganie wyjścia i odtworzenie logiki odwracającej:** Gdy sygnał wejściowy przejdzie w stan NISKI (0 V), prąd diody natychmiast zanika. Emisja fotonów ustaje, a nośniki w bazie rekombinują w czasie opadania (ts + tf ≈ 3 μs do 5 μs). Fototranzystor przechodzi w stan odcięcia (prąd ciemny ICEO ≤ 100 nA), a rezystor R2 (4.7 kΩ) podciąga wyjście P_OUT do szyny VCC_ISO (+5.0 V).
5. **Tłumienie odwrotnej polaryzacji diodą antyrównoległą:** Podczas łączeń w instalacjach przemysłowych na zaciskach wejściowych mogą pojawić się ujemne szpilki napięcia. Ponieważ dioda GaAs wytrzymuje napięcie wsteczne do VR = 6.0 V, szybka dioda D1 (1N4148) włącza się niezwłocznie po spadku VIN poniżej GND1, ograniczając przepięcie do -0.7 V i zapobiegając przebiciu złącza.
