光電耦合器，是一種發(fā)光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實(shí)現(xiàn)電―光―電信號(hào)的變換,并且輸入信號(hào)與輸出信號(hào)是隔離的。目前極大多數(shù)的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管,輸出部分采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅。這是因?yàn)榉逯挡ㄩL(zhǎng)900～940nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅光電器件的響應(yīng)峰值波長(zhǎng)相吻合,可獲得較高的信號(hào)傳輸效率。

光耦合器_光電耦合器 -解釋

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)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(lèi)較多，常見(jiàn)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(dá)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）。

光耦合器_光電耦合器 -基本資料

比較器A1將ZDl(結(jié)點(diǎn)A)的參考電壓和通過(guò)分壓電路R7和R8的輸出電壓進(jìn)行比較，因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過(guò)光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。
隨著光電耦合器的使用時(shí)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(qū)動(dòng)電流裕量是很有必要的。

光電耦合器實(shí)物圖
光電耦合器的種類(lèi)較多，常見(jiàn)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(dá)林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。

光耦合器_光電耦合器 -工作原理

基本工作特性（以光敏三極管為例）
1、共模抑制比很高
在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以?xún)?nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

光耦合器_光電耦合器 -輸出特性

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。

光電耦合器的測(cè)試
1、用萬(wàn)用表判斷好壞，如圖3，斷開(kāi)輸入端電源，用R×1k檔測(cè)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(yīng)為無(wú)限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無(wú)限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說(shuō)明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。

2、簡(jiǎn)易測(cè)試電路，如圖（4），當(dāng)接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，LED會(huì)發(fā)光，調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，說(shuō)明被測(cè)光電耦合器是好的。
光電耦合器具體應(yīng)用

1.組成開(kāi)關(guān)電路
圖1電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”．該電路因Ui為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，圖2電路中，因無(wú)信號(hào)(Ui為低電平)時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)．

2．組成邏輯電路
圖3電路為“與門(mén)”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí)，輸出P=1．同理，還可以組成“或門(mén)”、“與非門(mén)”、“或非門(mén)”等邏輯電路．

3．組成隔離耦合電路
電路如圖4所示．這是一個(gè)典型的交流耦合放大電路．適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。

4．組成高壓穩(wěn)壓電路
電略如圖5所示．驅(qū)動(dòng)管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動(dòng)管為3DG27)。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，V55
的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定．

5.組成門(mén)廳照明燈自動(dòng)控制電路

電路如圖6所示。A是四組模擬電子開(kāi)關(guān)（S1~S4）：S1，S2，S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動(dòng)功率及抗干擾能力）用于延時(shí)電路，當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)動(dòng)雙向可控硅VT，VT直接控制門(mén)廳照明燈H；S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測(cè)電路。當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，安裝在門(mén)框上的常閉型干簧管KD受到門(mén)上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開(kāi)，S1，S2，S3處于數(shù)據(jù)開(kāi)狀態(tài)。晚間主人回家打開(kāi)門(mén)，磁鐵遠(yuǎn)離KD，KD觸點(diǎn)閉合。此時(shí)9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明控制作用。房門(mén)關(guān)閉后，磁鐵控制KD，觸點(diǎn)斷開(kāi)，9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開(kāi)始對(duì)R3放電，經(jīng)一段時(shí)間延遲后，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開(kāi)啟電壓（1.5v)以下，S1，S2，S3恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來(lái)，實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)燈功能。

光耦合器_光電耦合器 -儀器測(cè)試

光耦合器_應(yīng)用電路

在圖1（a）中，當(dāng)無(wú)脈沖信號(hào)輸入時(shí)，三極管BG處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號(hào)時(shí)，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。故稱(chēng)無(wú)信號(hào)時(shí)開(kāi)關(guān)不通，為常開(kāi)狀態(tài)。

圖1中（b）所示電路則為“常閉”狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)信號(hào)輸入時(shí)，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過(guò)而發(fā)光，使a、b兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在0．3V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，故稱(chēng)“常閉”式。

可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應(yīng)滿足a端電位為正，b端為負(fù)，并使U&ab>3V為好，同時(shí)還應(yīng)注意Uab應(yīng)小于光電三極管的BVceo。
依據(jù)圖1的原理，光電耦合器可以組成如圖2中（a）、（b）等多種形式。

圖2
圖2中（a）為單刀雙擲開(kāi)關(guān)電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號(hào)時(shí)“oa”組接通，“ob”組關(guān)斷。圖中（b）為雙刀雙擲開(kāi)關(guān)電路，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，BG截止，“ob”與“od”組斷開(kāi)，“oa”與“oc”組接通；BG導(dǎo)通（即有信號(hào)輸入時(shí)），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組斷開(kāi)。它們適于自動(dòng)控制和遙控設(shè)備中使用。
光耦合的可控硅開(kāi)關(guān)

圖3
圖3中（a）所示電路為光耦合器構(gòu)成的可控硅開(kāi)關(guān)電路?？煽毓鑃CR的觸發(fā)電壓取自電阻R，其大小由通過(guò)光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡(jiǎn)單，控制端與輸出端有可靠的電隔離。

圖3中（b）所示電路，為控制負(fù)載為純電阻（如白熾燈泡）的開(kāi)關(guān)電路，圖中R1的阻值由下式確定：R1=V/1．2A，1．2A為雙向開(kāi)關(guān)的額定電流。當(dāng)主電網(wǎng)電壓為220V時(shí)，V=/2?220=308V，則R1=308/1．2=250Ω．所以，可控硅SCR的規(guī)格應(yīng)依R1的大小進(jìn)行選擇。

當(dāng)開(kāi)關(guān)電路的負(fù)載為感性負(fù)載（如電動(dòng)機(jī)等），則由于流過(guò)感性負(fù)載（線圈）的電流與電壓的相位不同，需增加相應(yīng)元件，方能保證開(kāi)關(guān)電路的正常工作，如圖46?所示。
圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流，是由R3與C的不同數(shù)值而決定的。
表46―1IG、R3及三者關(guān)系表
/IG(Ma)/R3(kΩ)/C(μF)
/15/2.4/0.1
/30/1.2/0.2
/50/0.8/0.3/

中圖6的（a）與（b）圖示電路，就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的基本電路。

圖（a）中，TTL門(mén)電路導(dǎo)通時(shí)，即輸出低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管輸出高電平；TTL門(mén)電路截止時(shí)，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出低電平。

圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管輸出低電平；TTL導(dǎo)通輸出低電平，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出高電平。

在進(jìn)行具體應(yīng)用時(shí)，因CMOS集成電路在低電平時(shí)的電流只有1～2mA，難以直接驅(qū)動(dòng)所接的負(fù)載，故一般需加一級(jí)三極管放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。
高壓穩(wěn)壓電路

圖7
串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大管需選用耐壓高的三極管，若利用光電耦合器的輸入與輸出間絕緣良好的特點(diǎn)，便可實(shí)現(xiàn)高壓控制。
圖7中的（a）與（b）所示的電路，就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。

圖（a）中，當(dāng)輸出電壓因某種原因?qū)е律邥r(shí)，則BG5的偏壓增加，發(fā)光二極管的正向電流增大，使光電三極管集電結(jié)電壓減小，即引起調(diào)整管BG1發(fā)射結(jié)電壓下降，其集電結(jié)電壓上升，從而使原來(lái)升高的輸出電壓減小，保持輸出電壓的穩(wěn)定。BG3管為限流保護(hù)電路。光電耦合器是工作在放大狀態(tài)的。圖（b）的工作原理與圖（a）相同。

光耦合器_光電耦合器 -特點(diǎn)

光耦合器_儀器測(cè)試

光耦合器_光電耦合器 -光電耦合器的分類(lèi)

光耦合器_光電耦合器 -具體應(yīng)用

1.組成開(kāi)關(guān)電路
圖1電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”．該電路因Ui為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，圖2電路中，因無(wú)信號(hào)(Ui為低電平)時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)．

2．組成邏輯電路
圖3電路為“與門(mén)”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí)，輸出P=1．同理，還可以組成“或門(mén)”、“與非門(mén)”、“或非門(mén)”等邏輯電路．

3．組成隔離耦合電路
電路如圖4所示．這是一個(gè)典型的交流耦合放大電路．適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。

4．組成高壓穩(wěn)壓電路
電路如圖5所示．驅(qū)動(dòng)管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動(dòng)管為3DG27)。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，V55的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定．

5.組成門(mén)廳照明燈自動(dòng)控制電路
A是四組模擬電子開(kāi)關(guān)（S1~S4）：S1，S2，S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動(dòng)功率及抗干擾能力）用于延時(shí)電路，當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)動(dòng)雙向可控硅VT，VT直接控制門(mén)廳照明燈H；S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測(cè)電路。當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，安裝在門(mén)框上的常閉型干簧管KD受到門(mén)上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開(kāi)，S1，S2，S3處于數(shù)據(jù)開(kāi)狀態(tài)。晚間主人回家打開(kāi)門(mén)，磁鐵遠(yuǎn)離KD，KD觸點(diǎn)閉合。此時(shí)9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明控制作用。房門(mén)關(guān)閉后，磁鐵控制KD，觸點(diǎn)斷開(kāi)，9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開(kāi)始對(duì)R3放電，經(jīng)一段時(shí)間延遲后，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開(kāi)啟電壓（1.5v)以下，S1，S2，S3恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來(lái)，實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)燈功能。

光耦合器_光電耦合器 -選取原則

在設(shè)計(jì)光耦光電隔離電路時(shí)必須正確選擇光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：

(1)由于光電耦合器為信號(hào)單向傳輸器件，而電路中數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，電路板的尺寸要求一定，結(jié)合電路設(shè)計(jì)的實(shí)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)的允許范圍是不小于500%。因?yàn)楫?dāng)CTR<500%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0mA)，才能保證信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸中不發(fā)生錯(cuò)誤，這會(huì)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(kāi)關(guān)速度過(guò)慢，無(wú)法對(duì)輸入電平做出正確反應(yīng)，會(huì)影響電路的正常工作。

(4)推薦采用線性光耦。其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。設(shè)計(jì)中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信號(hào)，故此，電路工作在非線性狀態(tài)。而在線性應(yīng)用中，因?yàn)樾盘?hào)不失真的傳輸，所以，應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)工作的要求，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路工作在線性狀態(tài)。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板面積，也使得設(shè)計(jì)的成本大大增加。

愛(ài)華網(wǎng)本文地址 » http://www.klfzs.com/a/8103590103/145345.html