光電耦合器

光電耦合器

發光器件和光敏器件組成的光電器件
光電耦合器,是一種發光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現電—光—電信号的變換,并且輸入信号與輸出信号是隔離的。目前極大多數的光耦輸入部分采用砷化镓紅外發光二極管,輸出部分采用矽光電二極管、矽光電三極管及光觸發可控矽。這是因為峰值波長900~940nm的砷化镓紅外發光二極管能與矽光電器件的響應峰值波長相吻合,可獲得較高的信号傳輸效率。
    中文名:光電耦合器 外文名:opticalcoupler 所屬品牌: 開放類型:實用插座 媒介:光 組成:發光源和受光器

解釋

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信号的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體内,彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端,受光器的引腳為輸出端,常見的發光源為發光二極管,受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多,常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。如下圖1(外形有金屬圓殼封裝,塑封雙列直插等)。

基本資料

光電耦合器(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器,簡稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信号。它對輸入、輸出電信号有良好的隔離作用,所以,它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成:光的發射、光的接收及信号放大。輸入的電信号驅動發光二極管(LED),使之發出一定波長的光,被光探測器接收而産生光電流,再經過進一步放大後輸出。這就完成了電—光—電的轉換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離,電信号傳輸具有單向性等特點,因而具有良好的電絕緣能力和抗幹擾能力。

比較器A1将ZDl(結點A)的參考電壓和通過分壓電路R7和R8的輸出電壓進行比較,因而控制Q2的導通狀态,可以定義發光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然後Q1定義脈沖寬度和輸出電壓,補償任何使輸出電壓改變的傾向。半導體光電耦合器現已發展成為一類特殊的半導體隔離器件。它體積小、壽命長、無觸點、抗幹擾、能隔離,并具有單向信号傳輸等特點。

随着光電耦合器的使用時間增加和傳輸比即增益的下降,為了防止控制失靈,給Q2提供充足的驅動電流裕量是很有必要的。目前光電耦合器正在朝着高速、高線性、高壓、寬帶、小型化方向發展,光電耦合器因其良好的性能和抗幹擾能力而被廣泛地應用于輸入和輸出信号的電氣隔離。

工作原理

在光電耦合器輸入端加電信号使發光源發光,光的強度取決于激勵電流的大小,此光照射到封裝在一起的受光器上後,因光電效應而産生了光電流,由受光器輸出端引出,這樣就實現了電一光一電的轉換。

儀器測試

1、用萬用表判斷好壞,斷開輸入端電源,用R×1k檔測1、2腳電阻,正向電阻為幾百歐,反向電阻幾十千歐,3、4腳間電阻應為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組,阻值為無限大,輸入端接通電源後,3、4腳的電阻很小。調節RP,3、4間腳電阻發生變化,說明該器件是好的。注:不能用R×10k檔,否則導緻發射管擊穿。

2、簡易測試電路,當接通電源後,LED不發光,按下SB,LED會發光,調節RP、LED的發光強度會發生變化,說明被測光電耦合器是好的。

具體應用

1.組成開關電路

當輸入信号ui為低電平時,晶體管V1處于截止狀态,光電耦合器B1中發光二極管的電流近似為零,輸出端Q11、Q12間的電阻很大,相當于開關“斷開”;當ui為高電平時,v1導通,B1中發光二極管發光,Q11、Q12間的電阻變小,相當于開關“接通”.該電路因Ui為低電平時,開關不通,故為高電平導通狀态.同理,圖2電路中,因無信号(Ui為低電平)時,開關導通,故為低電平導通狀态.

2.組成邏輯電路

其邏輯表達式為P=A.B.圖中兩隻光敏管串聯,隻有當輸入邏輯電平A=1、B=1時,輸出P=1.同理,還可以組成“或門”、“與非門”、“或非門”等邏輯電路.

3.組成隔離耦合電路

一個典型的交流耦合放大電路.适當選取發光回路限流電阻Rl,使B4的電流傳輸比為一常數,即可保證該電路的線性放大作用。

4.組成高壓穩壓電路

驅動管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅動管為3DG27)。當輸出電壓增大時,V55的偏壓增加,B5中發光二極管的正向電流增大,使光敏管極間電壓減小,調整管be結偏壓降低而内阻增大,使輸出電壓降低,而保持輸出電壓的穩定.

5.組成門廳照明燈自動控制電路

A是四組模拟電子開關(S1~S4):S1,S2,S3并聯(可增加驅動功率及抗幹擾能力)用于延時電路,當其接通電源後經R4,B6驅動雙向可控矽VT,VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構成環境光線檢測電路。當門關閉時,安裝在門框上的常閉型幹簧管KD受到門上磁鐵作用,其觸點斷開,S1,S2,S3處于數據開狀态。晚間主人回家打開門,磁鐵遠離KD,KD觸點閉合。此時9V電源整流後經R1向C1充電,C1兩端電壓很快上升到9V,整流電壓經S1,S2,S3和R4使B6内發光管發光從而觸發雙向可控矽導通,VT亦導通,H點亮,實現自動照明控制作用。房門關閉後,磁鐵控制KD,觸點斷開,9V電源停止對C1充電,電路進入延時狀态。C1開始對R3放電,經一段時間延遲後,C1兩端電壓逐漸下降到S1,S2,S3的開啟電壓(1.5v)以下,S1,S2,S3恢複斷開狀态,導緻B6截止,VT亦截止,H熄來,實現延時關燈功能。

選取原則

在設計光耦光電隔離電路時必須正确選擇光耦合器的型号及參數,選取原則如下:

(1)由于光電耦合器為信号單向傳輸器件,而電路中數據的傳輸是雙向的,電路闆的尺寸要求一定,結合電路設計的實際要求,就要選擇單芯片集成多路光耦的器件;

(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是不小于500%。因為當CTR<500%時,光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0 mA),才能保證信号在長線傳輸中不發生錯誤,這會增大光耦的功耗;

(3)光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一,光耦開關速度過慢,無法對輸入電平做出正确反應,會影響電路的正常工作。

(4)推薦采用線性光耦。其特點是CTR值能夠在一定範圍内做線性調整。設計中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信号,故此,電路工作在非線性狀态。而在線性應用中,因為信号不失真的傳輸,所以,應根據動态工作的要求,設置合适的靜态工作點,使電路工作在線性狀态。

通常情況下,單芯片集成多路光耦的器件速度都比較慢,而速度快的器件大多都是單路的,大量的隔離器件需要占用很大布闆面積,也使得設計的成本大大增加。

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