Les 4N25 et 4N35 sont des optocoupleurs phototransistors largement utilisés pour transférer des signaux entre circuits électriquement isolés. Bien qu’ils partagent le même principe de fonctionnement de base et des configurations de broches similaires, leurs caractéristiques électriques peuvent varier selon le fabricant, la qualité de l’appareil et les conditions de test. Cet article compare les 4N25 et 4N35 en termes de CTR, de classifications électriques, de comportement de commutation, de performances réelles et de besoins en circuits afin de vous aider à choisir le bon dispositif ou à déterminer s’ils peuvent être remplacés en toute sécurité.
Différences entre 4N25 et 4N35
Les 4N25 et 4N35 utilisent la même architecture d’isolation basique LED-phototransistor, donc la comparaison la plus utile concerne les caractéristiques électriques pouvant affecter la performance du circuit et l’interchangeabilité.
| Paramètre | 4N25 | 4N35 |
|---|---|---|
| CTR | En fonction du fabricant, du grade et de la condition d’essai ; vérifier le CTR minimum garanti dans la fiche technique spécifique | En fonction du fabricant, du grade et de la condition d’essai ; certaines familles de produits ou des catégories peuvent spécifier un CTR minimum plus élevé, donc vérifiez la fiche technique spécifique |
| Capacité de courant de sortie | Cela dépend du courant LED et du CTR garanti | Cela dépend du courant LED et du CTR garanti |
| Performances de commutation | Cela dépend de la charge, du lecteur LED, de la saturation et des spécifications de l’appareil | Cela dépend de la charge, du lecteur LED, de la saturation et des spécifications de l’appareil |
| Interchangeabilité électrique | Doit être vérifié à partir de la fiche technique spécifique | Doit être vérifié à partir de la fiche technique spécifique |
| Considération principale de la sélection | CTR garanti, capacités électriques et exigences de commutation | CTR garanti, capacités électriques et exigences de commutation |
La différence pratique réside dans l’efficacité avec laquelle le courant LED produit le courant collecteur de phototransistors. Cependant, le CTR varie selon le fabricant, la grade et les conditions de test, donc le 4N35 ne garantit pas toujours un CTR plus élevé que le 4N25. La sélection doit se faire en fonction de la fiche technique spécifique et des exigences du circuit.
Que sont les 4N25 et 4N35 ?
Les 4N25 et 4N35 sont des optocoupleurs phototransistors à canal unique contenant une LED infrarouge côté entrée et un phototransistor NPN côté sortie. Les deux éléments sont couplés optiquement tout en restant électriquement isolés.
Lorsque le courant alimente la LED, sa lumière infrarouge active le phototransistor, permettant à un signal de franchir la barrière d’isolement sans connexion conductrice directe. Leur principe de fonctionnement de base est essentiellement le même ; Les différences pratiques dépendent principalement des caractéristiques électriques spécifiées par le fabricant et la qualité de l’appareil en particulier.
4N25 vs 4N35 Brochage et circuit interne
Une configuration courante à 6 broches pour ces optocoupleurs est :
| Pin | Fonction |
|---|---|
| 1 | Anode |
| 2 | Cathode |
| 3 | Aucun lien |
| 4 | Émetteur |
| 5 | Collectionneur |
| 6 | Base |
Les broches 1 et 2 se connectent à la LED interne, tandis que les broches 4 et 5 assurent les connexions émetteur et collecteur du phototransistor.
La broche 6 expose la base du phototransistor. Dans de nombreux circuits simples, la base reste ouverte. Dans d’autres conceptions, une résistance peut être connectée entre la base et l’émetteur pour influencer la fuite, le comportement de commutation et la sensibilité.
Les versions DIP courantes utilisent la même disposition de broches de base, ce qui rend la substitution physique possible dans de nombreux circuits. Cependant, la compatibilité des broches ne garantit pas l’interchangeabilité électrique. Avant la substitution, vérifiez les caractéristiques électriques pertinentes et le CTR garanti dans la fiche technique du fabricant spécifique.
Caractéristiques électriques 4N25 vs 4N35
Les spécifications électriques déterminent si le 4N25 ou le 4N35 peut répondre aux exigences de tension, courant, isolation et commutation d’un circuit. Les caractéristiques les plus importantes incluent le rapport de transfert de courant, les caractéristiques des LED d’entrée, les caractéristiques côté sortie, les indices d’isolation et la vitesse de commutation.
Rapport de transfert de courant (CTR)
Le rapport de transfert de courant, ou CTR, indique à quel point le courant LED d’entrée produit efficacement le courant collecteur sur la sortie du phototransistor.
La formule de base est la suivante :
CTR = (IC / SI) × 100 %
Où :
• IC = courant collecteur de phototransistor
• SI = Courant direct de la LED
Le CTR n’est pas un gain fixe de transistor. Elle varie selon le courant direct des LED, la tension collecteur-émetteur, la température, les variations individuelles des appareils et le vieillissement des LED. Elle dépend également du fabricant et du grade de l’appareil.
Pour une conception fiable du circuit, utilisez le CTR garanti spécifié dans la fiche technique applicable dans des conditions pertinentes à l’application, plutôt que de se fier à une valeur typique ou de supposer qu’un numéro de pièce a toujours un CTR plus élevé que l’autre. La section 6 montre comment différentes valeurs hypothétiques de CTR affectent la capacité de courant collecteur dans une interface pratique de microcontrôleur.
Caractéristiques des LED d’entrée
Le côté entrée des 4N25 et 4N35 se comporte comme une LED infrarouge et nécessite une limitation de courant correcte. Les spécifications importantes incluent la tension directe, le courant direct, le courant direct de crête, la tension inverse nominale et la dissipation de puissance.
La résistance de limitation de courant LED peut être estimée en utilisant :
RLED = (VIN − VF) / SI
Où :
• RLED = Résistance de limitation de courant LED
• VIN = tension d’entrée ou de transmission
• VF = tension directe de la LED
• SI = courant direct de la LED souhaité
La résistance sélectionnée doit fournir le courant LED requis sans dépasser les limites nominales de l’optocoupleur ou du circuit d’entraînement. Utilisez la plage de tension directe et le courant autorisé spécifiés dans la fiche technique du fabricant concerné.
Notes côté sortie
La sortie du phototransistor doit correspondre aux exigences de tension et de courant du circuit contrôlé. Les spécifications importantes incluent la tension collecteur-émetteur, le courant collecteur, la tension de saturation collecteur-émetteur, le courant de fuite collecteur et la dissipation de puissance de sortie.
Le courant de collecteur requis doit également être comparé au courant disponible du CTR garanti au courant LED sélectionné. Un dispositif peut avoir une puissance maximale de courant collecteur suffisamment élevée mais être incapable de fournir le courant requis si son CTR garanti est trop faible. La tension de saturation et le courant de fuite sont également importants dans les applications de commutation car ils affectent le comportement de sortie en état BAS et OFF.
Classements d’isolation
Les deux dispositifs offrent une isolation galvanique entre la LED d’entrée et le phototransistor de sortie. Cependant, la tension d’essai d’isolement spécifiée ne doit pas être automatiquement considérée comme la tension de travail continue autorisée. Pour les conceptions critiques pour la sécurité, la tension de fonctionnement, le fluage, le dégagement, les exigences d’isolation, la disposition des circuits imprimés et les normes de sécurité applicables doivent également être prises en compte.
Vitesse de commutation
Les 4N25 et 4N35 sont des optocoupleurs phototransistors polyvalents, plutôt que des dispositifs d’isolation numérique à haute vitesse. Leur performance réelle de commutation dépend du courant de l’entraînement LED, de la résistance de charge du collecteur, de la capacité de sortie, du courant du collecteur, de la saturation du phototransistor et de la configuration base-terminale.
Pousser le phototransistor profondément en saturation peut augmenter la charge stockée et ralentir sa réponse d’arrêt. Pour les signaux de contrôle et d’état basse fréquence, cela peut ne pas être significatif. Lorsque des communications numériques plus rapides ou un synchronisation plus précise sont nécessaires, un optocoupleur à grande vitesse ou un isolateur numérique peut être plus approprié.
Comment les 4N25 et 4N35 se comportent dans des circuits réels
Microcontrôleur, logique et isolation du signal à faible courant
Les 4N25 et 4N35 peuvent isoler le microcontrôleur GPIO et d’autres signaux de contrôle à faible courant.
Un parcours typique est :
Résistance limitante de courant → LED → barrière d’isolation → → GPIO du MCU Entrée logique → phototransistor
Le phototransistor est couramment utilisé avec une résistance de tirage vers le haut et doit absorber suffisamment de courant pour produire un LOW logique valide. Les considérations clés sont le courant des LED, le CTR garanti, la résistance au tirage et les seuils logiques. L’article 6 démontre cette relation numériquement.
Retour et contrôle de l’alimentation
Les optocoupleurs phototransistors sont couramment utilisés pour transférer des informations de rétroaction ou de contrôle à travers la barrière d’isolation dans les alimentations. Dans une boucle de rétroaction isolée, les variations du courant du collecteur d’optocoupleur peuvent influencer le signal de rétroaction perçu par le contrôleur côté primaire.
La variation du CTR peut donc affecter le gain de la boucle de rétroaction, la plage de contrôle, le comportement de régulation et la marge de fonctionnement disponible. La conception peut devoir prendre en compte le CTR minimum et maximal, les effets de température, le vieillissement des LED et la variation d’un appareil à l’autre, plutôt que de s’appuyer sur une seule valeur typique. Dans les alimentations de précision ou strictement régulées, les caractéristiques de l’optocoupleur doivent être évaluées dans le cadre de la conception complète de la boucle de rétroaction.
Détection AC et secteur
Les 4N25 et 4N35 peuvent également être utilisés pour détecter la présence ou l’état d’un signal AC. L’optocoupleur assure l’isolation, mais il ne garantit pas à lui seul un circuit connecté au réseau sécurisé. Une limitation de courant appropriée, une protection, un espacement d’isolation, des tensions nominales des composants et d’autres mesures de sécurité applicables restent nécessaires.
Exemple pratique : 4N25 vs 4N35 avec un microcontrôleur
Considérons un microcontrôleur qui doit envoyer un signal logique à un circuit électriquement isolé.
L’organisation de base est la suivante :
Résistance LED GPIO → MCU → 4N25/4N35 → résistance de tirage → entrée logique
Supposons :
• Tension GPIO = 5 V
• Tension directe des LED = 1,2 V
• Courant LED = 10 mA
La résistance LED est :
RLED = (5 V − 1,2 V) / 0,01 A
RLED = 3,8 V / 0,01 A
RLED = 380 Ω
Considérons maintenant la sortie en utilisant deux cas hypothétiques de CTR. Les valeurs de 20 % et 100 % ci-dessous sont utilisées uniquement pour démontrer comment le CTR affecte le courant potentiel du collecteur. Ils ne doivent pas être interprétés comme des spécifications universelles CTR pour les 4N25 et 4N35.
Pour un CTR hypothétique de 20 % :
IC = 10 mA × 0,20
IC = 2 mA
Pour un CTR hypothétique de 100 % :
IC = 10 mA × 1,00
IC = 10 mA
Ces calculs indiquent le courant collecteur associé aux valeurs de CTR supposées dans les conditions pertinentes. Elles ne garantissent pas à elles seules une tension BASSE de sortie saturée particulière dans un circuit de commutation réel.
Pour une sortie 5 V avec un pull-up de 4,7 kΩ :
I = V / R
I = 5 V / 4700 Ω
J’ai ≈ 1,06 mA
Selon ce calcul simplifié, les deux cas hypothétiques de CTR indiquent une capacité suffisante de courant de collecteur pour le courant de tirage d’environ 1,06 mA. Dans un circuit réel, la tension de sortie BASSE requise, la tension collecteur-émetteur, le comportement de saturation, la variation de température, le seuil d’entrée logique et la marge de conception appropriée doivent également être vérifiées.
Réduire la résistance de tirage à 1 kΩ augmente la demande de courant approximatif :
I = 5 V / 1000 Ω
I = 5 mA
Si le courant du collecteur garanti dans les conditions de fonctionnement concernées n’est qu’environ 2 mA, cela ne fournirait pas une marge suffisante pour un chemin de remontée nécessitant environ 5 mA. Un dispositif capable d’offrir un courant collecteur beaucoup plus élevé dans les mêmes conditions offrirait une marge de conception plus grande.
4N25 vs 4N35 : Lequel choisir ?
Le dispositif correct dépend des exigences électriques plutôt que du numéro de pièce seul.
| Exigence | Considération de la sélection |
|---|---|
| Lecteur LED limité | Assurez-vous d’une marge de courant de sortie suffisante au courant LED disponible |
| MCU ou interface logique | Vérifiez les marges de sortie FAIBLES/ÉLEVÉES, les exigences de pull-up et le temps de commutation |
| Retour d’alimentation | Évaluer la plage CTR, le comportement de température, le vieillissement et l’impact sur la boucle de contrôle |
| Commutation de signal plus rapide | Évaluer les temps de montée/baisse, la saturation et la charge du circuit |
| Remplacement de circuit existant | Correspondre aux exigences électriques, ensemble, brochage, isolation et commutation |
| Communication à haute vitesse | Envisagez plutôt un optocoupleur haute vitesse ou un isolateur numérique |
Problèmes courants lors de l’utilisation du 4N25 ou du 4N35
| Problème | Causes probables | Que vérifier |
|---|---|---|
| La sortie ne bascule pas complètement | Courant LED insuffisant, CTR insuffisant, résistance LED incorrecte, charge de sortie excessive, résistance de traction inadéquate ou connexions de broches incorrectes | Vérifiez le lecteur LED, le courant requis du collecteur, la résistance de pull-up, la charge et les connexions des broches par rapport aux limites de la fiche technique. |
| La commutation de sortie est trop lente | Saturation profonde du phototransistor, résistance du collecteur, capacité, niveau de transmission LED ou configuration base-borne | Réduisez la saturation inutile et évaluez la résistance du collecteur, la capacité, l’entraînement LED et la connexion de la base. Utilisez un optocoupleur plus rapide si nécessaire. |
| Le circuit fonctionne avec une pièce mais pas l’autre | Marge électrique insuffisante ou caractéristiques différentes de l’appareil | Concevoir en fonction des limites électriques garanties plutôt que de la performance d’un échantillon individuel. |
| Le circuit devient peu fiable aux extrêmes de température | CTR, courant de fuite, caractéristiques des LED et comportement de commutation varient avec la température | Vérifier le fonctionnement dans la plage de température requise et fournir une marge de conception suffisante. |
Conclusion
Les 4N25 et 4N35 sont des optocoupleurs fonctionnellement similaires, mais ils ne sont pas automatiquement interchangeables. Choisissez entre elles en fonction de l’entraînement LED, de la capacité de courant de sortie, des indices électriques et d’isolation, ainsi que des exigences de commutation. Pour les applications nécessitant un timing nettement plus rapide ou plus prévisible, considérez un optocoupleur à grande vitesse ou un isolateur numérique.
Foire aux questions [FAQ]
Q1. Le 4N25 et le 4N35 peuvent-ils être utilisés comme remplacements directs l’un de l’autre ?
Dans certains circuits, oui, car les versions DIP 4N25 et 4N35 communes partagent une architecture de brochage et phototransistor similaire. Cependant, la compatibilité des broches ne garantit pas l’interchangeabilité électrique. Avant la substitution, comparez les fiches techniques spécifiques des fabricants pour le CTR garanti, les tensions et courants, les exigences d’isolation, les caractéristiques de commutation, les détails du boîtier et les conditions de test.
Q2. Pourquoi devrait-on utiliser un CTR minimum garanti au lieu du CTR typique lors de la conception d’un circuit ?
Le CTR typique représente la performance attendue plutôt qu’une limite garantie. L’utilisation du CTR minimum garanti permet d’assurer une capacité suffisante de courant collecteur à travers les variations autorisées des dispositifs et les conditions de fonctionnement, ce qui est particulièrement important pour les interfaces logiques et le retour d’alimentation.
Q3. Comment le courant LED et la résistance au pull-up affectent-ils les performances de commutation 4N25 ou 4N35 ?
Le courant LED influence le courant collecteur disponible via CTR, tandis que la résistance de tirage vers le haut détermine combien de courant le phototransistor doit absorber pour tirer la sortie BAS. Une résistance de tirage plus faible nécessite plus de courant de collecteur. Si le courant collecteur disponible est insuffisant, la sortie peut ne pas atteindre le niveau BAS logique requis. Une saturation excessive peut aussi augmenter le temps d’arrêt, il faut donc prendre en compte à la fois la marge de courant et la vitesse de commutation.
Q4. Pourquoi un circuit peut-il fonctionner avec un 4N25 ou 4N35 mais tomber en panne avec un autre appareil portant le même numéro de pièce ?
Chaque dispositif peut présenter différentes caractéristiques CTR et autres caractéristiques électriques tout en respectant les mêmes spécifications de la fiche technique. Si un circuit fonctionne uniquement avec des échantillons de meilleure performance, il peut avoir une marge de conception insuffisante. Le circuit doit donc tolérer toute la plage de fonctionnement garantie du dispositif sélectionné.
10,5 Q5. Quand devriez-vous choisir un optocoupleur haute vitesse ou un isolateur numérique plutôt qu’un 4N25 ou 4N35 ?
Envisagez une alternative lorsque l’application nécessite des débits de données plus élevés, un délai de propagation plus court ou plus prévisible, un timing plus serré ou une commutation plus rapide que ce qu’un optocoupleur phototransistor polyvalent peut fournir de manière fiable. Les optocoupleurs haute vitesse comme le 6N137 conviennent mieux à de nombreux signaux numériques, tandis que les isolateurs numériques peuvent fournir une isolation logique à haute vitesse sans dépendre du CTR LED-phototransistor.
