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標簽 > 光電耦合器
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。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。
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。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。
光電耦合的主要特點如下:
：①光信號單向傳輸，輸出信號對輸入端無反饋，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號傳遞。②隔離性能好，輸入端與輸出端之間完全實現(xiàn)了電隔離。③光信號不受電磁波干擾，工作穩(wěn)定可靠。④光發(fā)射器件與光敏器件的光譜匹配十分理想，響應速度快，傳輸效率高，光電耦合器件的時間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒級。⑤抗共模干擾能力強，能很好地抑制干擾并消除噪音。⑥無觸點，使用壽命長，體積小，耐沖擊能力強。⑦易與邏輯電路連接。⑧工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標準。
由于光電耦合器的輸入端是發(fā)光器件，發(fā)光器件是阻抗電流驅動性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。它在計算機數(shù)字通信及實時控制電路中作為信號隔離的接口元件可以大大增加計算機工作的可靠性。在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。
輸入和輸出端之間絕緣,其絕緣電阻一般都大于10Ω,耐壓一般可超過1kV,有的甚至可以達到10kV以上。由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐?所以信號從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象,其輸出信號也不會影響輸入端。由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅動性器件,而噪音是一種高內(nèi)阻微電流的電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大,所以,光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。它在計算機數(shù)字通信及實時控制電路中作為信號隔離的接口元件可以大大增加計算機工作的可靠性。在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。
光電耦合器具體應用
組成開關電路
當輸入信號ui為低電平時，晶體管V1處于截止狀態(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，相當于開關“斷開”；當ui為高電平時，v1導通，B1中發(fā)光二極管發(fā)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，故為高電平導通狀態(tài)．同理，圖2電路中，因無信號(Ui為低電平)時，開關導通，故為低電平導通狀態(tài)。
組成邏輯電路
電路“與門”邏輯電路。其邏輯表達式為P=A．B.兩只光敏管串聯(lián)，只有當輸入邏輯電平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。
隔離耦合電路
這是一個典型的交流耦合放大電路．適當選取發(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。
高壓穩(wěn)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(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。
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。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。
基本原理
在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)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后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。
光電耦合器主要由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。 光的發(fā)射部分主要由發(fā)光器件構成，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管加上正向電壓時，能將電能轉化為光能而發(fā)光，發(fā)光二極管可以用直流、交流、脈沖等電源驅動，但發(fā)光二極管在使用時必須加正向電壓。光的接收部分主要由光敏器件構成，光敏器件一般都是光敏晶體管， 光敏晶體管是利用 PN 結在施加反向電壓時，在光線照射下反向電阻由大變小的原理來工作的。
光的信號放大部分主要由電子電路等構成。發(fā)光器件的管腳為輸入端，而光敏器件的管腳為輸出端。工作時把電信號加到輸入端，使發(fā)光器件的芯體發(fā)光， 而光敏器件受光照后產(chǎn)生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實現(xiàn)電→光→電的轉換，從而實現(xiàn)輸入和輸出電路的電器隔離。由于光電耦合器輸入與輸出電路間互相隔離，且電信號在傳輸時具有單向性等優(yōu)點， 因而光電耦合器具有良好的抗電磁波干擾能力和電絕緣能力。
基本工作特性（光敏三極管）
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小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
2、輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF》0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對應B、C、E極，接在儀器插座上。
3、隔離特性
1．隔離電壓Vio（Isolation Voltage）
光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。
2．隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：
光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值
3．隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）
半導體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。
4、傳輸特性：
1．電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）
輸出管的工作電壓為規(guī)定值時，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。
2．上升時間Tr （Rise Time）& 下降時間Tf（Fall Time）
光電耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時間為脈沖上升時間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時間為脈沖下降時間tf。
其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復述。
5、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偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(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，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。
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