光耦合器介紹

1、光耦全稱是光耦合器，英文名字是：opticalcouple英文縮寫為0C，亦稱光電隔離器，簡稱光耦。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。目錄光耦合器的性能及類型光耦的作用光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理光耦組成的脈衝電路圖原理及應(yīng)用如何確定光耦合器性能的好壞光耦合器的性能及類型用於傳遞模擬信號的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過發(fā)光二極管時(shí)，便形成一個(gè)光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由於光耦合器的輸入端和

2、輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf左右）、耐壓高（2.5KV左右），故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決於兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10Q），對高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)於被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。事實(shí)上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路，並且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無實(shí)用價(jià)值。究

3、其原因主要有兩點(diǎn)：一是光耦合器的線性工作範(fàn)圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸係數(shù)0和集電極反向飽和電流ICB0（即暗電流）受溫度變化的影響明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，除應(yīng)選用線性範(fàn)圍寬、線性度高的光耦合器來實(shí)現(xiàn)模擬信號隔離外，還必須在電路上採取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態(tài)的影響。從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)係可以看出，若使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用，則應(yīng)盡量消除暗電流（ICB0）的影響，以提高線性度，做到靜態(tài)工作點(diǎn)IFQ隨溫度的變化而自動(dòng)調(diào)整，以使輸出信號保持對稱性，使輸入信號的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍隨溫度變化而自動(dòng)變化，以抵消0值隨溫度變化的影響，保證電路工作

4、狀態(tài)的穩(wěn)定性。光耦的作用（1）在邏輯電路上的應(yīng)用光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由於光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。（2）作為固體開關(guān)應(yīng)用在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對於一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實(shí)現(xiàn)。（3）在觸發(fā)電路上的應(yīng)用將光電耦合器用於雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由於可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負(fù)載隔離地問題。在脈衝放大電路中的應(yīng)用光電耦合器應(yīng)用於數(shù)字電路，可以將脈衝信號進(jìn)行放大。在線性電路上的應(yīng)用線性光電耦合器應(yīng)用於線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。特

5、殊場合的應(yīng)用光電耦合器還可應(yīng)用於高壓控制，取代變壓器，代替觸點(diǎn)繼電器以及用於A/D電路等多種場合。線性光耦合器的選取原則在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數(shù)，選取原則如下：光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範(fàn)圍是50%一200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR5.0mA),才能正常控制單片開關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。薦採用線性光耦合器，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定範(fàn)圍內(nèi)做線性調(diào)整。由英國埃索柯姆(Isocom公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4NXX系列如4N25、4N26、4N35

6、)光耦合器，目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒於此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(高、低電平)，因此不推薦用在開關(guān)電源中。光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理光耦合器是以光形式傳遞信號的，內(nèi)部電路是由光敏三極管和發(fā)光二極管組合成一個(gè)電子元件被封裝在個(gè)塑料殼內(nèi)，接入電路後，輸入端的電信號通過發(fā)光二極管變換成相同規(guī)律光束，再傳給光敏三極管。光敏三極管把接收的光束還原成與發(fā)光二極管變化相同的光束電信號，即實(shí)現(xiàn)了電光電的轉(zhuǎn)換。光起著媒介的作用。光耦合器的結(jié)構(gòu)、引腳功能，封裝外形見左圖，內(nèi)部電路見中圖。11_ts.1圖1光耦外形圖圖2光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)光耦合器的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，壽命長，傳輸效率高，輸入端與輸出

7、端完全電隔離，其技術(shù)主要參數(shù)有：發(fā)光二極管的正向壓降VF(單位V)、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極與發(fā)射極間反向擊穿電壓、集電極與發(fā)射極間飽和壓降、電流傳輸比CTR(光耦合器的主要參數(shù)，當(dāng)工作電壓保持確定時(shí)，它等於直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比，CTR=(I0/IF)*100%)。右圖是光耦合器817的Vce與發(fā)光二極管的正向電流IF以及Ic的關(guān)係。表1是光耦合器的直流參數(shù)及測試條件；表2是一些光耦合器的技術(shù)參數(shù)。圖3PC817發(fā)光二極管正向電流電壓曲線符號條件最小值典型值1單位Vkii=20mA1.2L41VlnVr=4V,10M-AVq20VIl=0imMlh=035lf

8、=101日&6VJclSniAV.-5V2.530niArJiHATlhuZOnrALlmAVRedDC5OOV40%60%RH5xlO101011flCfV=OMMHz0.6LOpFfcV(t=5lc=.2mAR口00-3dB80kHz表1光耦合器的直流參數(shù)及測試條件壇號CTR10mAU(的V)(V)TIV)ft換嗯號般七帖啟Milil仙gl人Hi8!75060035610.2miA8I7,扎pcsivnw!?PQH7A803560.2HIIAS17A.K：817BPCKI7R1302枷3560.2HHA817B.PCSHCK8I7C20040035(J.2HllABnCJC817D|3U0

9、600齡！61)2H11A8171)PS25ll804(X)出】:7OJPS2561TI.P72I506005廠7|().4TLP62ITI.P52I-)5060055fl.-lT】r5d:KPS175()60055:704RCR17)表2PC817,PS2501,TLP721,TLP521,KP81光耦合器的技術(shù)參數(shù)光耦組成的脈衝電路圖原理及應(yīng)用光耦是由發(fā)光二極管和光敏三極管組合起來的器件，發(fā)光二極管是把輸入邊的電信號變換成相同規(guī)律變化的光，而光脈敏三極管是把光又重新變換成變化規(guī)律相同的電信號，因此，光起著媒介的作用。由於光電耦合器抗干擾能力強(qiáng)，容易完成電平匹配和轉(zhuǎn)移，又不受信號源是否接地的

10、限制。所以應(yīng)用日益廣泛。一、用光電耦合器組成的多諧振蕩電路用光電耦合器組成的多諧振蕩電路見圖1。當(dāng)圖1(a)剛接通電源Ec時(shí)，由於UF隨C充電而增加，直到UF料犬時(shí)，發(fā)光二極管達(dá)到飽和，接著三極管也飽和，輸出UoEc。三極管飽和後，C放電(由C-FE1fEr和由C-RFf+Ec-Re兩條路徑放電)，uo減小，二極管在C放電到一定程度後就截止，而三極管把儲(chǔ)存電荷全部移走後，接著也截止，uo為零。三極管截止後，電源Ec又對C充電，重複上述過程，得出圖示的尖峰輸出波形，其週期，為(當(dāng)RFRe時(shí))：T=C(RF+Re)In2圖1(b)是原理相同的另一種形式電路。圖1、用光電耦合的多諧振蕩器二、用光電耦

11、合器組成的雙穩(wěn)態(tài)電路用光電耦合器組碭雙穩(wěn)態(tài)電路如圖2所示。電路接通電源後的穩(wěn)態(tài)是BG截止，輸出高電位。在觸發(fā)正脈衝作用下，讓增加使BG進(jìn)入放大狀態(tài)，形成ibf-ift-ibff,結(jié)果BG截止，這種電路比普通的觸發(fā)順具有更高的抗干擾能力。若設(shè)BG的極限電流Ic=6毫安，則R2=取為：R2(13-1)/=24歐限流電阻R1可按下式計(jì)算R1(E-IbmRce2min)/Ibm式中：Ibm是晶體管的最大基極電流，Rce2min是光敏三極管集射間的最小電阻值。圖2、用光電耦合的雙穩(wěn)態(tài)電路三、用光電耦合器組成的整形電路由於用光電耦合器組成的脈衝耦合電路，其前後沿時(shí)間都比較大，因此在耦合器後面接一級晶體管的

12、整形放大電路。見表一列出幾種整形電路的應(yīng)用實(shí)例。表一用光電耦合器組成的整形電路迸電耦合-晶體管整形電蹄光電耦臺(tái)-固定組件整形反相整形快速整形寵是一種施密特整形常電路因?yàn)椴还茌敎鏢是失真方波、正弦波月:還是需齒波，在輸出端均得到方波光電耦合順的輸出接一與非門時(shí)右整形光電耦合器的輸出端后面連接兩級與非門，構(gòu)成反相整形光電耦合器的輸出端后面連接兩貝晶愜管，構(gòu)成同相整形電路四、用光電耦合器組成的斬波電路用光電耦合器組成的斬皮電路見表二如何確定光耦合器性能的好壞確定光耦合器的好壞首先確定光耦合器輸大端發(fā)光二極管的好壞。如圖1所示，將萬用表置於Rx100擋或Rx1k擋，黑表筆接發(fā)光二極管的正極，紅表筆接發(fā)

13、光二極管的負(fù)極，此時(shí)萬用表顯示電阻值應(yīng)為幾百歐2kQ左右,然後對調(diào)表筆再測試，阻值應(yīng)接近8,表明輸入端的發(fā)光二極管是好的。如出現(xiàn)阻值與上述阻值相差甚遠(yuǎn)，表明發(fā)光二極管性能不良或是已經(jīng)損壞。RXlk鞘隹庫電子市場網(wǎng)www.DZ&c.cau全球爆KIC采購網(wǎng)站圖1測試光耦合器的輸入端測試光耦合器輸出端的光敏器件，如光敏器件是光敏晶體管，將萬用表置於Rx1k擋或RxlOO擋，按圖2所示的接好，黑表筆接光敏晶體管的集電極，紅表筆接光敏晶體管的發(fā)射極，萬用表的顯示應(yīng)為接近幻，交換表筆，阻值仍為8，表明輸出端的光敏晶體管是好的。如果測試的阻值與上述相差太多表明光敏晶體管性能不良或損壞。圖2測試光耦合器的輸

14、出端如果輸出端不採用光敏晶體管的其他類型光耦合器，應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的光敏器件進(jìn)行判斷如何檢測光耦的好壞？光電耦合器又稱光耦合器或光耦，它屬於較新型的電子產(chǎn)品，現(xiàn)在它廣泛應(yīng)用於計(jì)算機(jī)、音視頻各種控制電路中。由於光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管和光敏三極管只是把電路前後級的電壓或電流變化，轉(zhuǎn)化為光的變化，二者之間沒有電氣連接，因此能有效隔斷電路間的電位聯(lián)繫，實(shí)現(xiàn)電路之間的可靠隔離。判斷光耦的好壞，可在路測量其內(nèi)部二極管和三極管的正反向電阻來確定。更可靠的檢測方法是以下三種。1比較法拆下懷疑有問題的光耦，用萬用表測量其內(nèi)部二極管、三極管的正反向電阻值，用其與好的光耦對應(yīng)腳的測量值進(jìn)行比較，若阻值相差較大，則說明光耦已損壞。數(shù)字萬用表檢測法下面以PC111光耦檢測為例來說明數(shù)字萬用表檢測的方法，檢測電路如圖1所示。檢測時(shí)將光耦內(nèi)接二極管的十端1腳和-端2腳分別插入數(shù)字萬用表的Hfe的c、c插孔內(nèi)，此時(shí)數(shù)字萬用表應(yīng)置於NPN擋；然後將光耦內(nèi)接光電三極管c極5腳接指針式萬用表的黑表筆，e極4腳接紅表筆，並將指針式萬用表撥在Rx1k擋。這樣就能通過指針式萬用表指針的偏轉(zhuǎn)角度一一實(shí)際上是光電流的變化，來判斷光耦的情況。指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，說明光耦的光電轉(zhuǎn)換效率越高，即傳輸比越高，反之越低；