高速光耦6n137典型應(yīng)用電路圖（一）：6N137光電隔離器應(yīng)用

在研制的某數(shù)據(jù)集系統(tǒng)中，要求信噪比1000，12位量化級別，并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率500kBs/。要達到上述要求，A/D能否達到轉(zhuǎn)換精度是個關(guān)鍵。在未采用光電隔離器的電路中，雖采取了一系列措施，但因各模塊間地線相聯(lián)，數(shù)字電路中尖峰噪聲影響仍較大，系統(tǒng)信噪比只達500。故我們采用6N137將模擬電路及AD變換器和數(shù)字電路徹底隔離，如圖所示。

圖 帶光電隔離器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電源部分由隔離變壓器隔離，減少電網(wǎng)中的噪聲影響。數(shù)字電源和模擬電源不共地，由于模擬電源一般只有±15V，而A/D轉(zhuǎn)換器還需要+5電源，為使數(shù)字電路與模擬電路真正隔離，+5電源由+15V模擬電源經(jīng)DC-DC變換器得到。模擬電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字電路的信號聯(lián)系都通過6N137。逐次比較型A/D并行輸出12位數(shù)據(jù)，每一路信號經(jīng)緩存器后送入6N137的腳3，進行同相邏輯傳輸至數(shù)字電路，輸入端限流電阻選用470Ω，輸出端上拉電阻選用47kQ，輸出端電源和地間（即6N137的腳8和腳5間）接0.1μF瓷片電容，作為旁路電容以減少對電源的干擾。6N137的使能端接選通信號，使6N137在數(shù)據(jù)有效時才工作，減少工作電流。模擬電路和A/D轉(zhuǎn)換所需的各路控制信號也通過6N137接收，接法同上，在時序設(shè)計中要特別注意6N137約有50ns的延時。與未采用光電隔離器的數(shù)據(jù)采集電路相比，系統(tǒng)信噪比提高了一倍以上，滿足了系統(tǒng)設(shè)計要求。

高速光耦6n137典型應(yīng)用電路圖（二）：6N137高速光耦開關(guān)電路

6N137高速光耦供電電壓在4.5V-5.5V之間一般供電電壓為5V，最大輸入電流為15mA，驅(qū)動發(fā)光二極管的電流為10mA，正向壓降為1.2-1.7V，供電電壓為3.3， 3腳接地。VCC引腳供電電壓為5V，7腳為使能端供電電壓為5V，上拉電阻為10K，6引腳為開路輸出端，通常加上上拉電阻RL這里選用的是330R和加上一個輸出負(fù)載的等效電容（這里我沒有添加），它和RL影響器件的響應(yīng)時間，當(dāng)RL=350R，CL=15PF時，響應(yīng)延遲為25-75ns。5引腳接的是8050的基極，在基極和發(fā)射機之間添加一個電阻，是為了在三極管沒有導(dǎo)通時保持基極和發(fā)射極之間電位一致性和快速退出飽和狀態(tài)。這個三極管的阻值一般和RL阻值相同或者相同，但是我這里不知道為什么相同后，三極管的基極電壓一直為1V多，使得三極管一致處于導(dǎo)通狀態(tài)，后來換成了100R就行了。仍然是330R時，在光耦沒有導(dǎo)通時，5和6引腳之間的壓降為3.9V，5腳到地的電壓是1V多，換成100R時，在光耦沒有導(dǎo)通時，5腳到地的電壓為0.5V多，三極管沒有導(dǎo)通。

高速光耦6n137典型應(yīng)用電路圖（三）：6N137 高速光耦在混凝土砌塊機上的應(yīng)用

本文所討論的混凝土砌塊機控制系統(tǒng)中，使用 PIC18F 作為控制單元的主控模塊與 PM60 作為控制單元的語音控制模塊需要相互通信，語音模塊需要主控模塊提供時鐘及數(shù)據(jù)信號，并送回反饋信號給主控模塊從而使得控制系統(tǒng)正常運行。為滿足這一要求可有以下兩種設(shè)計方案（圖 2）。

在具體使用 6N137 光耦元件時，由于光耦的電氣特性，使用時應(yīng)在 8 腳和 5 腳間接入電容以提高光耦的抗干擾性，6 腳與 8 腳接入電阻，6 腳與 5 腳間接入電容提高電容的響應(yīng)時間，通常使用的電路設(shè)計如圖 3 所示。表 3. 各芯片的電氣特性 主控單元 輸出電壓 延遲時間 PIC18F4620 單片機 5.5 V 25~60 ns S3c2440 單片機 3.3 V 7~17 ns 由光耦的電氣特性表 KS8995 單片機 2.4 V 3~5 ns 1 可知，輸入端允許流入光耦的的電流為 6.5~15 mA，所以應(yīng)在發(fā)光二極管間串聯(lián)限流電阻 RF 電阻的取值由輸入電壓 決定，應(yīng)滿足條件如下：

在輸出端 5 腳與 8 腳之間應(yīng)接入一個 0.1 μF 高頻特性較好的瓷介質(zhì)或鉭電容用以吸收電源線上的紋波，并減小光電隔離器工作時對電源的沖擊。由于 6 腳是集電極開路輸出端，所以應(yīng)接入上拉電阻 RL，并且在 5 腳和 6 腳間接入負(fù)載的等效電容，以改善光耦的響應(yīng)速度。當(dāng) RL = 350 ?，CL = 15 pF 時，響應(yīng)延遲為 25~75 ns。

從表 3 可以看出，對于使用不同的控制芯片作為砌塊機主控單元的控制芯片，會產(chǎn)生不同的輸出電壓及延遲時間。使用方案二后，只需要在模塊 I 的設(shè)計時選定不同的光耦限流電阻 RF 同時選定一個可以滿足各延遲時間的通信協(xié)議，即可讓模塊 II 正常工作。

實例中圖 4 采用 PIC18F4620 單片機作為主控單元，使用傳輸速率為 9600 bit/s 的通信協(xié)議則每一位信號的波形保持時間遠(yuǎn)大于個主控單元的延遲時間，同時光耦限流電阻 RF取 510 歐姆，可以使得兩個模塊間正常工作。如果換用其他主控單元作為模塊 I，只需要改變光耦的限流 RF，使其滿足光耦觸發(fā)條件，即可完成對模塊 II 的正常通信。

高速光耦6n137典型應(yīng)用電路圖（四）

6N137的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。

隔離器6N137典型應(yīng)用如圖3所示，假設(shè)輸入端屬于模塊I，輸出端屬于模塊II。輸入端有A、B兩種接法，分別得到反相或同相邏輯傳輸，其中RF為限流電阻。發(fā)光二極管正向電流0-250μA，光敏管不導(dǎo)通；發(fā)光二極管正向壓降1.2-1.7V（典型1.4V），正向電流6.3-15mA，光敏管導(dǎo)通。若以B方法連接，TTL電平輸入，Vcc為5V時，RF可選500Ω左右。如果不加限流電阻或阻值很小，6N137仍能工作，但發(fā)光二極管導(dǎo)通電流很大對Vcc1有較大沖擊，尤其是數(shù)字波形較陡時，上升、下降沿的頻譜很寬，會造成相當(dāng)大的尖峰脈沖噪聲，而通常印刷電路板的分布電感會使地線吸收不了這種噪聲，其峰-峰值可達100mV以上，足以使模擬電路產(chǎn)生自激。所以在可能的情況下，RF應(yīng)盡量取大。

輸出端由模塊II供電，Vcc2=4.5～5.5V。在Vcc2（腳8）和地（腳5）之間必須接一個0.1μF高頻特性良好的電容，如瓷介質(zhì)或鉭電容，而且應(yīng)盡量放在腳5和腳8附近（不要超過1cm）。這個電容可以吸收電源線上的紋波，又可以減小光電隔離器接受端開關(guān)工作時對電源的沖擊。腳7是使能端，當(dāng)它在0-0.8V時強制輸出為高（開路）；當(dāng)它在2.0V-Vcc2時允許接收端工作，見真值表2。

腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。雖然輸出低電平時可吸收電路達13mA，但仍應(yīng)當(dāng)根據(jù)后級輸入電路的需要選擇阻值。因為電阻太小會使6N137耗電增大，加大對電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上。一般可選4.7kΩ，若后級是TTL輸入電路，且只有1到2個負(fù)載，則用47kΩ或15kΩ也行。CL是輸出負(fù)載的等效電容，它和RL影響器件的響應(yīng)時間，當(dāng)RL=350Ω，CL=15pF時，響應(yīng)延遲為25-75ns。

高速光耦6n137典型應(yīng)用電路圖（五）：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，由于UF隨C充電而增加，直到UF≈1伏時，發(fā)光二極管達到飽和，接著三極管也飽和，輸出Uo≈Ec。

三極管飽和后，C放電（由C→F→E1→Er和由C→RF→+Ec→Re兩條路徑放電），uo減小，二極管在C放電到一定程度后就截止，而三極管把儲存電荷全部移走后，接著也截止，uo為零。三極管截止后，電源Ec又對C充電，重復(fù)上述過程，得出圖示的尖峰輸出波形，其周期，為（當(dāng)RF》Re時）：

T=C（RF+Re）In2

圖1（b）是原理相同的另一種形式電路。