Орловские твердотельные реле
Когда-то твердотельные реле "дискредитировали себя" в моих глазах: этим звучным именем обозначался модуль из мощного симистора и оптрона, который должен был коммутировать нагрузку 220 вольт, управляясь гальванически развязанным сигналом в десятки миллиампер и пару вольт.
Увы, на них неизбежно падало 1-2 вольта, что при нагрузке в десяток ампер сразу означало необходимость весьма мощного теплоотвода, что для реле - нонсенс! Ну и применение только на 220 вольтах и выше, где такое падение ещё как-то можно потерпеть.
Оказывается, я немного отстал от жизни, и вовсю выпускается новый класс твердотельных реле. Что приятно, выпускается заводом Протон в городе Орёл.
Фотография 1, реле К293КП11АП:
С помощью 1,2 вольт 10 мА коммутируется 12 вольт, 3 ампера (вообще, до 4), при этом на реле падает 0,22 вольта. Всё это в маленьком SIP-корпусе, массой 5 грамм. Здесь же на фото я с помощью мегаомметра подал 1000 вольт между управляющей и выходной стороной, и это ничуть не нарушило работу реле, и сопротивление изоляции оказалось свыше 2,2 гигаом.
Фотография 2, реле К293КП9Б в корпусе DIP8:
Маломощное, но с очень интересной особенностью: один из "контактов" в нём НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫЙ! Т.е в этой чисто электронной штуке, пока мы ничего не подали на вход, два контакта фактически замкнуты между собой, и для этого не нужно подавать никакого питающего напряжения! Собственно, на этом фото всё, что "чувствует" это реле - это падение в 0,2 вольта, и светодиодик горит. А как подашь с управляющей стороны свои 10 мА (а вообще пишут о срабатывании начиная с 0,5 мА) - контакты "РАЗМЫКАЮТСЯ".
Никогда ранее я такого не видел. К счастью, внутреннее строение этих штук задокументировано довольно хорошо. Сейчас расскажем подробнее, и ещё занятную историю, как товарищ Лисин с ютуб-канала Lisin YT нашёл логотип Протона внутри китайского оптрона, купленного на Алиэкспрессе.
Идём на сайт производителя: https://optron.proton-orel.ru/upload/library/information/optoelectronsReleMedium/k293kp11ap.pdf
и находим такое схематическое обозначение для реле К293КП11АП:
Тут мы видим, что на входе светодиод, как обычно. На выходе - МОП-транзисторы, две штуки. Если хочется коммутировать переменный ток (или постоянный, но потенциально в обе стороны) - подключаемся к выводам 2 и 6, тогда мы ограничены 2 амперами и 60 вольтами. А если нужно включать постоянный ток известной полярности, то "минус" подключаем к входу 4, а входы 2 и 6 соединяем вместе, и на них подаём "плюс". Так сопротивление открытого реле снижается в 4 раза, и можно коммутировать уже 4 ампера, при тех же 60 вольтах.
Да, МОП-транзисторы славятся возможным маленьким сопротивлением открытого канала, там вовсе не обязательно должно 1-2 вольта упасть. Наши 0,2 вольта - это ещё не предел...
Фото релюшки, корпус SIP-12:
(что ножки гнутые - это я к ним припаивался "на весу", сейчас всё это безобразие отпаял)
Одно непонятно: С КАКИХ ЭТО ПОР МОП-ТРАНЗИСТОРЫ УПРАВЛЯЮТСЯ СВЕТОМ??? Оптрон вида "светодиод-фототранзистор" - это была классика жанра. На базу биполярного транзистора мы подаём свет, и там генерятся свободные носители заряда, так, будто между базой и эмиттером поставили источник тока. А затем ток, обусловленный этими носителями заряда, усиливается ещё в h21э раз, благодаря чему такие оптроны обеспечивают коэффициент передачи тока порядка 1..10. Подали с одной стороны 1 мА - получили на выходе 1..10 мА.
Где-то по тому же принципу делаются оптроны "светодиод-фотодинистор" - тут свет выступает аналогом тока, поданного на управляющий выход тринистора, заставляя того открыться. В общем, биполярная технология хорошо "дружит с оптронами". Но полевая...
Там же надо на затворе создать приличное напряжение - единицы вольт. И это напряжение на тончайшем слое диэлектрика создаст поле чудовищной напряжённости, которое там все зоны сместит, превратив p-слой в n-слой! Как тут свет может на что-то повлиять?
Разгадка в том, что это СХЕМАТИЧНОЕ изображение. В каталоге "Твердотельные реле - 2023" (https://optron.proton-orel.ru/upload/library/catalog/optrony-i-ttr-2023.pdf) на странице 123 приведена полная схема подобного твердотельного реле:
В центре композиции - так называемый ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ОПТРОН. Свет с ИК светодиода попадает на ЧЕТЫРНАДЦАТЬ фотодиодов, размещённых на одном кристалле, что позволяет ВЫРАБОТАТЬ напряжение порядка 0,6 В * 14 = 8,4 вольта - за глаза хватит, чтобы открыть МОП-транзистор. Конечно, 8,4 вольта - это на "холостом ходу", когда ток потребления равен нулю.
Фотовольтаический оптрон сам по себе (без выходных МОП-транзисторов) тоже продаётся, например, 759ПП1Н1 (страница 86 каталога). Оттуда мы можем узнать, что ток короткого замыкания этих фотодиодов (при токе светодиода 10 мА): не менее 8 мкА. Вроде бы и крохи, но для МОП-транзисторов достаточно!
Наконец, на схеме мы видим "тиристор" на транзисторах VT3,VT4, назначение которого - резко разрядить ёмкости затворов МОП-транзисторов, когда мы захотим выключить реле, т.е выключим свет. Пока свет подаётся - тиристор держится закрытым, т.к фототранзисторы VT1,VT2 открыты и не позволяют открыться транзисторам VT3,VT4. Но как только свет выключился, эти фототранзисторы закрываются, а тиристор открывается за счёт резистора R1, после чего остаётся открытым, пока всё напряжение не стравит через себя.
Мы видим, как легко в такой схеме реализовать коммутацию переменного тока! У нас же это напряжение, вырабатываемое фотодиодами, гальванически развязано от всего, поэтому мы легко и непринуждённо "привязываем" его к средней точке двух МОП-транзисторов!
И, наконец, объясняется, как удалось реализовать нормально замкнутые контакты: вместо привычных нам МОП-транзисторов С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ достаточно поставить транзисторы С ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ. Так-то они сейчас весьма редки, поскольку обычно неудобны в работе. Пока на затворе ноль вольт относительно истока, они уже пропускают ток. Чтобы их запереть, нужно подать смещение "в обратную сторону". Например, n-канальный транзистор ведёт себя как электронная лампа: условно, в схеме с напряжениями 0 и +12 вольт, нам ещё нужен источник отрицательного смещения -12 вольт, чтобы закрывать такой транзистор. Поэтому если они где и применяются - так это в качестве "источников тока", т.к из них можно сделать детальку с 2 выводами, так что при напряжении от 2 до десятков вольт ток через неё будет оставаться неизменным. Хотя там и старые добрые полевые транзисторы с управляющим PN-переходом неплохо себя чувствуют...
Но с фотовольтаическим оптроном, транзисторы с встроенным каналом обретают вторую жизнь! Опять, благодаря гальванической развязке, нам совсем нетрудно те же 8 вольт приложить В ДРУГУЮ СТОРОНУ. Теперь, пока светодиод потушен, транзистор открыт "настежь", а как только мы его зажигаем - транзистор запирается. Ранее подобное поведение могло обеспечить только обычное реле с механическими контактами!
Описание К293КП9Б с сайта производителя: https://optron.proton-orel.ru/upload/library/information/optoelectronsReleSmall/kr293kp9b.pdf
тут схема ещё более условная:
но здесь она оправдана: не имея возможности подключиться "к средней точке" (разменять опцию коммутации переменного тока на возможность повысить ток вдвое, а сопротивление снизить вчетверо), мы можем уже не раздумывать, "что там под капотом" - оно максимально похоже на обычные контакты реле! Полевые транзисторы в открытом состоянии, пока их ток не превысишь, представляют собой просто омическое сопротивление!
Фото К293КП9Б:
Но у реле К293КП23 всё же показаны транзисторы:
Обратите внимание: на верхних транзисторах канал изображён прерывистой линией - тремя отдельными штрихами, "исток - подложка - сток". Потому как этого канала изначально не существует, он появляется только при подаче напряжения на затвор. Это наши привычные транзисторы с индуцированным каналом.
А на нижних - канал изображён сплошным, потому что он есть ИЗНАЧАЛЬНО, но у нас есть возможность его временно "уничтожить" с помощью отрицательного смещения на затвор.
Это конкретное реле, К293КП9Б, рассчитано на переменное и постоянное напряжение амплитудой не более 230 вольт (в розетку - нельзя, там амплитуда под 310 вольт...) и ток до 80 мА. Сопротивление открытого канала: не более 25 Ом. Его мы и наблюдали, подключив светодиодик с током 10 мА и снова получив падение в 0,2 вольта. У него два отдельных "реле", одно с нормально замкнутыми и одно с нормально разомкнутыми контактами, но они легко объединяются в "переключатель": светодиоды соединяем последовательно, и получаем подключение то одного источника, то другого.
Делать коммутаторы сигналов на таких - должно быть одно удовольствие! Вполне возможен "байпас", когда обесточенный прибор пропускает сигнал "насквозь", в обход себя, чего раньше можно было достичь только на механических контактах. Не нужно задумываться о всяких нелинейностях, о наводках от управляющих сигналов, ибо гальв. развязка и проходная ёмкость не более 3 пФ.
И ещё у этих реле есть баг, который скорее фича: переключение за 0,1..2 мс. Так-то МОП-транзисторы способны переключаться побыстрее, и это ой как нужно в преобразователях напряжения с рабочими частотами 100..500 кГц. Понятно, такие штуки сделать на этих реле не получится. Ну не получится быстро переключить транзистор, когда затвор заряжаешь током в 8 мкА.
Зато естественным образом переключение получается плавным. Можно не заморачиваться с дребезгом контактов кнопок и переключателей, управляющих такими реле - самое реле "сгладит" этот дребезг. И если оно коммутирует какой-то аудио- или видеосигнал, на том не будет никаких громких щелчков. Скорее, будет кроссфейд - плавное перетекание одного сигнала в другой (если у нас переключатель) или просто fade-in/fade-out, плавное нарастание и спад, если сигнал один-единственный. Ну, очень шустрый, но этого хватит, чтобы неприятных щелчков не было.
Хотел всё это посмотреть воочию, но ВНЕЗАПНО все цифровые осциллографы сдали на поверку. Расчехлил свой старый электронно-лучевой, попытался им увидеть переключение двух меандров разных частот, но настроить синхронизацию так и не смог, он реагировал на сами меандры, а не на импульс переключения, поэтому там всё накладывалось. Так что пока упростил себе задачу: на нормально замкнутый контакт подал 0 вольт, на нормально разомкнутый: +5 вольт, и стал смотреть переключения.
Вот сигнал, поступающий на светодиод (т.е управляющий реле):
2 миллисекунды пауза, потом 7 миллисекунд мы вроде как держим реле включённым.
А теперь сигнал на выходе релюшки (напомним: на 2 миллисекунды там должен быть "ноль", и ещё на 7 миллисекунд "+5"):
Очень резкий спад, настолько, что он фактически "не прорисовывается", и весьма приличный фронт, хоть и более затянутый. Но при всём этом, ширина импульса изменилась: пауза ("нолик") длится все 3 мс вместо 2. Иными словами, достаточно длительное время напряжение на затворе нарастает, пока транзистор остаётся полностью закрыт, а потом хватает последних 0,5-1 вольт, чтобы он из закрытого состояния перешёл в открытое, примерно так.
Чтобы лучше "прочувствовать", снизим все длительности вдвое, вот управляющий сигнал:
(картинка фактически та же, но переключатель длительности на одну позицию сдвинут, 1 мс/дел, а в прошлый раз был 2 мс/дел)
И что получилось на выходе релюшки:
Здесь "затянутость" видна отчётливее: мы получили практически 50% заполнение при исходном 25%, хотя пауза затянулась всё на ту же одну миллисекунду, как и раньше. Закрытие происходит буквально за 0,1 мс, фронт открытия - порядка 0,5 мс.
И ускоряем управляющие импульсы ещё вдвое, смотрим, что на выходе:
Тут, наконец, начинаем видеть подробности закрытия.
И ещё один небольшой эксперимент: поменять местами "0" и "+5", т.е теперь нормально закрытый "контакт" даёт +5, а при срабатывании реле - 0.
Просто картинка проинвертировалась, фронты и спады поменялись местами. Оно и понятно: генерация напряжения на затворах занимает прилично времени, тогда как его обнуление через тиристоры - гораздо быстрее. Т.е нормально замкнутый контакт очень тяжело размыкается (для этого нужно, чтобы на затворе появилось напряжение что-нибудь "-5 вольт"), но очень легко замыкается назад.
И ещё проверка изоляции КП9Б на испытательном напряжении 1000 вольт:
Держит спокойно, сопротивление свыше 2,2 ГОм, на работу релюшки появление и исчезновение этого киловольта не влияет никак.
Это я развлекался с ширпотребными версиями, в пластиковом корпусе, которые я на свои деньги купил в Чип и Дипе. Что радует: цены не то, чтобы сильно кусаются, даже в ЧиД, и даже совсем в розницу (по штучке). А так-то есть и версии для спецприменений, металлокерамика и всё в этом духе, как мы любим, и некоторые модели с совершенно зверской радиационной стойкостью, что не может не радовать. Собственно, так я и узнал о данной технологии - у меня в приборчике стоял древнючий 249КП1 для формирования двухуровневой телеметрии, но его "завернули" по радстойкости, предложив более новые. Посмотрев на их схемотехнически обозначения, я немного прифигел, а потом прочитал документацию и проникся.
Теперь про Лисина. Вот оно, то видео:
Если кратко, он заказал себе VOM1271 от компании Vishay - фотовольтаический оптрон, который при подаче около 1,2 вольт на входе (с током 10 мА) даст 8,4 вольта на выходе, с теми самыми микроамперами тока. Ему приехало нечто другого размера, с другой маркировкой, он попробовал так и эдак - нихрена не заработало, и он растворил штуку в кислоте, чтобы посмотреть на кристалл под микроскопом.
Он увидел такой кристалл:
Большие прямоугольные площадки - это как раз фотодиоды, сверху пара транзисторов для быстрого разряда, и волоски идут на два МОП-транзистора, выполненных отдельными кристаллами.
Справа сверху на кристалле виден логотип. Вот он поближе:
Что бы это могло быть? Ах да:
Ему в комменты пришёл представитель "Протона" и рассказал, что они разработали этот кристалл для Vishay, а не работает оно потому, что Лисин считал, эта штука должна напряжение давать, а на деле это уже законченное твердотельное реле, т.е оно должно замыкать выходные ножки, причём хоть для постоянного, хоть для переменного тока - это Лисин не проверял. Короче, китайцы ему вполне рабочую вещь прислали, да только не то, что он заказывал!
Так что мы здесь законодатели мод!
По мне, так эти реле - самая близкая альтернатива обычным электромагнитным:
- гальваническая развязка присутствует, и как видно, очень хорошая (1500 вольт, ёмкость не более 3 пФ),
- контакты могут быть нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми (последнее до сих пор было недоступно другим методам),
- можно коммутировать и постоянный, и переменный ток,
- в открытом состоянии ведёт себя как небольшое омическое сопротивление, в отличие от тех же симисторных релюшек, где форма сигнала будет искажена, а иногда просто нормально не заработает, с какой-нибудь индуктивной или ёмкостной нагрузкой.
В качестве прямой замены очень хорошо зайдёт. Да и для новых изделий может быть чрезвычайно полезно. Пока, я так понимаю, мощность не очень велика, но лиха беда начало. А для малосигнальных приложений тоже классно. Не знаю только, как любители качественного аудио эту новинку примут, позволят ли через такие штуки пойти их бесценному звуку.
PS. С днём космонавтики!
Увы, на них неизбежно падало 1-2 вольта, что при нагрузке в десяток ампер сразу означало необходимость весьма мощного теплоотвода, что для реле - нонсенс! Ну и применение только на 220 вольтах и выше, где такое падение ещё как-то можно потерпеть.
Оказывается, я немного отстал от жизни, и вовсю выпускается новый класс твердотельных реле. Что приятно, выпускается заводом Протон в городе Орёл.
Фотография 1, реле К293КП11АП:
С помощью 1,2 вольт 10 мА коммутируется 12 вольт, 3 ампера (вообще, до 4), при этом на реле падает 0,22 вольта. Всё это в маленьком SIP-корпусе, массой 5 грамм. Здесь же на фото я с помощью мегаомметра подал 1000 вольт между управляющей и выходной стороной, и это ничуть не нарушило работу реле, и сопротивление изоляции оказалось свыше 2,2 гигаом.
Фотография 2, реле К293КП9Б в корпусе DIP8:
Маломощное, но с очень интересной особенностью: один из "контактов" в нём НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫЙ! Т.е в этой чисто электронной штуке, пока мы ничего не подали на вход, два контакта фактически замкнуты между собой, и для этого не нужно подавать никакого питающего напряжения! Собственно, на этом фото всё, что "чувствует" это реле - это падение в 0,2 вольта, и светодиодик горит. А как подашь с управляющей стороны свои 10 мА (а вообще пишут о срабатывании начиная с 0,5 мА) - контакты "РАЗМЫКАЮТСЯ".
Никогда ранее я такого не видел. К счастью, внутреннее строение этих штук задокументировано довольно хорошо. Сейчас расскажем подробнее, и ещё занятную историю, как товарищ Лисин с ютуб-канала Lisin YT нашёл логотип Протона внутри китайского оптрона, купленного на Алиэкспрессе.
Идём на сайт производителя: https://optron.proton-orel.ru/upload/library/information/optoelectronsReleMedium/k293kp11ap.pdf
и находим такое схематическое обозначение для реле К293КП11АП:
Тут мы видим, что на входе светодиод, как обычно. На выходе - МОП-транзисторы, две штуки. Если хочется коммутировать переменный ток (или постоянный, но потенциально в обе стороны) - подключаемся к выводам 2 и 6, тогда мы ограничены 2 амперами и 60 вольтами. А если нужно включать постоянный ток известной полярности, то "минус" подключаем к входу 4, а входы 2 и 6 соединяем вместе, и на них подаём "плюс". Так сопротивление открытого реле снижается в 4 раза, и можно коммутировать уже 4 ампера, при тех же 60 вольтах.
Да, МОП-транзисторы славятся возможным маленьким сопротивлением открытого канала, там вовсе не обязательно должно 1-2 вольта упасть. Наши 0,2 вольта - это ещё не предел...
Фото релюшки, корпус SIP-12:
(что ножки гнутые - это я к ним припаивался "на весу", сейчас всё это безобразие отпаял)
Одно непонятно: С КАКИХ ЭТО ПОР МОП-ТРАНЗИСТОРЫ УПРАВЛЯЮТСЯ СВЕТОМ??? Оптрон вида "светодиод-фототранзистор" - это была классика жанра. На базу биполярного транзистора мы подаём свет, и там генерятся свободные носители заряда, так, будто между базой и эмиттером поставили источник тока. А затем ток, обусловленный этими носителями заряда, усиливается ещё в h21э раз, благодаря чему такие оптроны обеспечивают коэффициент передачи тока порядка 1..10. Подали с одной стороны 1 мА - получили на выходе 1..10 мА.
Где-то по тому же принципу делаются оптроны "светодиод-фотодинистор" - тут свет выступает аналогом тока, поданного на управляющий выход тринистора, заставляя того открыться. В общем, биполярная технология хорошо "дружит с оптронами". Но полевая...
Там же надо на затворе создать приличное напряжение - единицы вольт. И это напряжение на тончайшем слое диэлектрика создаст поле чудовищной напряжённости, которое там все зоны сместит, превратив p-слой в n-слой! Как тут свет может на что-то повлиять?
Разгадка в том, что это СХЕМАТИЧНОЕ изображение. В каталоге "Твердотельные реле - 2023" (https://optron.proton-orel.ru/upload/library/catalog/optrony-i-ttr-2023.pdf) на странице 123 приведена полная схема подобного твердотельного реле:
В центре композиции - так называемый ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ОПТРОН. Свет с ИК светодиода попадает на ЧЕТЫРНАДЦАТЬ фотодиодов, размещённых на одном кристалле, что позволяет ВЫРАБОТАТЬ напряжение порядка 0,6 В * 14 = 8,4 вольта - за глаза хватит, чтобы открыть МОП-транзистор. Конечно, 8,4 вольта - это на "холостом ходу", когда ток потребления равен нулю.
Фотовольтаический оптрон сам по себе (без выходных МОП-транзисторов) тоже продаётся, например, 759ПП1Н1 (страница 86 каталога). Оттуда мы можем узнать, что ток короткого замыкания этих фотодиодов (при токе светодиода 10 мА): не менее 8 мкА. Вроде бы и крохи, но для МОП-транзисторов достаточно!
Наконец, на схеме мы видим "тиристор" на транзисторах VT3,VT4, назначение которого - резко разрядить ёмкости затворов МОП-транзисторов, когда мы захотим выключить реле, т.е выключим свет. Пока свет подаётся - тиристор держится закрытым, т.к фототранзисторы VT1,VT2 открыты и не позволяют открыться транзисторам VT3,VT4. Но как только свет выключился, эти фототранзисторы закрываются, а тиристор открывается за счёт резистора R1, после чего остаётся открытым, пока всё напряжение не стравит через себя.
Мы видим, как легко в такой схеме реализовать коммутацию переменного тока! У нас же это напряжение, вырабатываемое фотодиодами, гальванически развязано от всего, поэтому мы легко и непринуждённо "привязываем" его к средней точке двух МОП-транзисторов!
И, наконец, объясняется, как удалось реализовать нормально замкнутые контакты: вместо привычных нам МОП-транзисторов С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ достаточно поставить транзисторы С ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ. Так-то они сейчас весьма редки, поскольку обычно неудобны в работе. Пока на затворе ноль вольт относительно истока, они уже пропускают ток. Чтобы их запереть, нужно подать смещение "в обратную сторону". Например, n-канальный транзистор ведёт себя как электронная лампа: условно, в схеме с напряжениями 0 и +12 вольт, нам ещё нужен источник отрицательного смещения -12 вольт, чтобы закрывать такой транзистор. Поэтому если они где и применяются - так это в качестве "источников тока", т.к из них можно сделать детальку с 2 выводами, так что при напряжении от 2 до десятков вольт ток через неё будет оставаться неизменным. Хотя там и старые добрые полевые транзисторы с управляющим PN-переходом неплохо себя чувствуют...
Но с фотовольтаическим оптроном, транзисторы с встроенным каналом обретают вторую жизнь! Опять, благодаря гальванической развязке, нам совсем нетрудно те же 8 вольт приложить В ДРУГУЮ СТОРОНУ. Теперь, пока светодиод потушен, транзистор открыт "настежь", а как только мы его зажигаем - транзистор запирается. Ранее подобное поведение могло обеспечить только обычное реле с механическими контактами!
Описание К293КП9Б с сайта производителя: https://optron.proton-orel.ru/upload/library/information/optoelectronsReleSmall/kr293kp9b.pdf
тут схема ещё более условная:
но здесь она оправдана: не имея возможности подключиться "к средней точке" (разменять опцию коммутации переменного тока на возможность повысить ток вдвое, а сопротивление снизить вчетверо), мы можем уже не раздумывать, "что там под капотом" - оно максимально похоже на обычные контакты реле! Полевые транзисторы в открытом состоянии, пока их ток не превысишь, представляют собой просто омическое сопротивление!
Фото К293КП9Б:
Но у реле К293КП23 всё же показаны транзисторы:
Обратите внимание: на верхних транзисторах канал изображён прерывистой линией - тремя отдельными штрихами, "исток - подложка - сток". Потому как этого канала изначально не существует, он появляется только при подаче напряжения на затвор. Это наши привычные транзисторы с индуцированным каналом.
А на нижних - канал изображён сплошным, потому что он есть ИЗНАЧАЛЬНО, но у нас есть возможность его временно "уничтожить" с помощью отрицательного смещения на затвор.
Это конкретное реле, К293КП9Б, рассчитано на переменное и постоянное напряжение амплитудой не более 230 вольт (в розетку - нельзя, там амплитуда под 310 вольт...) и ток до 80 мА. Сопротивление открытого канала: не более 25 Ом. Его мы и наблюдали, подключив светодиодик с током 10 мА и снова получив падение в 0,2 вольта. У него два отдельных "реле", одно с нормально замкнутыми и одно с нормально разомкнутыми контактами, но они легко объединяются в "переключатель": светодиоды соединяем последовательно, и получаем подключение то одного источника, то другого.
Делать коммутаторы сигналов на таких - должно быть одно удовольствие! Вполне возможен "байпас", когда обесточенный прибор пропускает сигнал "насквозь", в обход себя, чего раньше можно было достичь только на механических контактах. Не нужно задумываться о всяких нелинейностях, о наводках от управляющих сигналов, ибо гальв. развязка и проходная ёмкость не более 3 пФ.
И ещё у этих реле есть баг, который скорее фича: переключение за 0,1..2 мс. Так-то МОП-транзисторы способны переключаться побыстрее, и это ой как нужно в преобразователях напряжения с рабочими частотами 100..500 кГц. Понятно, такие штуки сделать на этих реле не получится. Ну не получится быстро переключить транзистор, когда затвор заряжаешь током в 8 мкА.
Зато естественным образом переключение получается плавным. Можно не заморачиваться с дребезгом контактов кнопок и переключателей, управляющих такими реле - самое реле "сгладит" этот дребезг. И если оно коммутирует какой-то аудио- или видеосигнал, на том не будет никаких громких щелчков. Скорее, будет кроссфейд - плавное перетекание одного сигнала в другой (если у нас переключатель) или просто fade-in/fade-out, плавное нарастание и спад, если сигнал один-единственный. Ну, очень шустрый, но этого хватит, чтобы неприятных щелчков не было.
Хотел всё это посмотреть воочию, но ВНЕЗАПНО все цифровые осциллографы сдали на поверку. Расчехлил свой старый электронно-лучевой, попытался им увидеть переключение двух меандров разных частот, но настроить синхронизацию так и не смог, он реагировал на сами меандры, а не на импульс переключения, поэтому там всё накладывалось. Так что пока упростил себе задачу: на нормально замкнутый контакт подал 0 вольт, на нормально разомкнутый: +5 вольт, и стал смотреть переключения.
Вот сигнал, поступающий на светодиод (т.е управляющий реле):
2 миллисекунды пауза, потом 7 миллисекунд мы вроде как держим реле включённым.
А теперь сигнал на выходе релюшки (напомним: на 2 миллисекунды там должен быть "ноль", и ещё на 7 миллисекунд "+5"):
Очень резкий спад, настолько, что он фактически "не прорисовывается", и весьма приличный фронт, хоть и более затянутый. Но при всём этом, ширина импульса изменилась: пауза ("нолик") длится все 3 мс вместо 2. Иными словами, достаточно длительное время напряжение на затворе нарастает, пока транзистор остаётся полностью закрыт, а потом хватает последних 0,5-1 вольт, чтобы он из закрытого состояния перешёл в открытое, примерно так.
Чтобы лучше "прочувствовать", снизим все длительности вдвое, вот управляющий сигнал:
(картинка фактически та же, но переключатель длительности на одну позицию сдвинут, 1 мс/дел, а в прошлый раз был 2 мс/дел)
И что получилось на выходе релюшки:
Здесь "затянутость" видна отчётливее: мы получили практически 50% заполнение при исходном 25%, хотя пауза затянулась всё на ту же одну миллисекунду, как и раньше. Закрытие происходит буквально за 0,1 мс, фронт открытия - порядка 0,5 мс.
И ускоряем управляющие импульсы ещё вдвое, смотрим, что на выходе:
Тут, наконец, начинаем видеть подробности закрытия.
И ещё один небольшой эксперимент: поменять местами "0" и "+5", т.е теперь нормально закрытый "контакт" даёт +5, а при срабатывании реле - 0.
Просто картинка проинвертировалась, фронты и спады поменялись местами. Оно и понятно: генерация напряжения на затворах занимает прилично времени, тогда как его обнуление через тиристоры - гораздо быстрее. Т.е нормально замкнутый контакт очень тяжело размыкается (для этого нужно, чтобы на затворе появилось напряжение что-нибудь "-5 вольт"), но очень легко замыкается назад.
И ещё проверка изоляции КП9Б на испытательном напряжении 1000 вольт:
Держит спокойно, сопротивление свыше 2,2 ГОм, на работу релюшки появление и исчезновение этого киловольта не влияет никак.
Это я развлекался с ширпотребными версиями, в пластиковом корпусе, которые я на свои деньги купил в Чип и Дипе. Что радует: цены не то, чтобы сильно кусаются, даже в ЧиД, и даже совсем в розницу (по штучке). А так-то есть и версии для спецприменений, металлокерамика и всё в этом духе, как мы любим, и некоторые модели с совершенно зверской радиационной стойкостью, что не может не радовать. Собственно, так я и узнал о данной технологии - у меня в приборчике стоял древнючий 249КП1 для формирования двухуровневой телеметрии, но его "завернули" по радстойкости, предложив более новые. Посмотрев на их схемотехнически обозначения, я немного прифигел, а потом прочитал документацию и проникся.
Теперь про Лисина. Вот оно, то видео:
Click to viewЕсли кратко, он заказал себе VOM1271 от компании Vishay - фотовольтаический оптрон, который при подаче около 1,2 вольт на входе (с током 10 мА) даст 8,4 вольта на выходе, с теми самыми микроамперами тока. Ему приехало нечто другого размера, с другой маркировкой, он попробовал так и эдак - нихрена не заработало, и он растворил штуку в кислоте, чтобы посмотреть на кристалл под микроскопом.
Он увидел такой кристалл:
Большие прямоугольные площадки - это как раз фотодиоды, сверху пара транзисторов для быстрого разряда, и волоски идут на два МОП-транзистора, выполненных отдельными кристаллами.
Справа сверху на кристалле виден логотип. Вот он поближе:
Что бы это могло быть? Ах да:
Ему в комменты пришёл представитель "Протона" и рассказал, что они разработали этот кристалл для Vishay, а не работает оно потому, что Лисин считал, эта штука должна напряжение давать, а на деле это уже законченное твердотельное реле, т.е оно должно замыкать выходные ножки, причём хоть для постоянного, хоть для переменного тока - это Лисин не проверял. Короче, китайцы ему вполне рабочую вещь прислали, да только не то, что он заказывал!
Так что мы здесь законодатели мод!
По мне, так эти реле - самая близкая альтернатива обычным электромагнитным:
- гальваническая развязка присутствует, и как видно, очень хорошая (1500 вольт, ёмкость не более 3 пФ),
- контакты могут быть нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми (последнее до сих пор было недоступно другим методам),
- можно коммутировать и постоянный, и переменный ток,
- в открытом состоянии ведёт себя как небольшое омическое сопротивление, в отличие от тех же симисторных релюшек, где форма сигнала будет искажена, а иногда просто нормально не заработает, с какой-нибудь индуктивной или ёмкостной нагрузкой.
В качестве прямой замены очень хорошо зайдёт. Да и для новых изделий может быть чрезвычайно полезно. Пока, я так понимаю, мощность не очень велика, но лиха беда начало. А для малосигнальных приложений тоже классно. Не знаю только, как любители качественного аудио эту новинку примут, позволят ли через такие штуки пойти их бесценному звуку.
PS. С днём космонавтики!