第5章 光电子器件及其应用

1、5.1 5.1 电电- -光器件及其应用光器件及其应用5.2 5.2 光光- -电器件及其应用电器件及其应用5.3 5.3 光电耦合器及其应用光电耦合器及其应用5.4 5.4 发光二极管应用电路设计制作示例发光二极管应用电路设计制作示例本章教学目标本章教学目标1、熟悉发光二极管电路符号及其特性、应用电路组成；会估算限流电阻。掌握发光二极管使用注意事项，了解LED数码管、点阵显示器构成及工作原理。 2、熟悉光敏二极管图形符号、工作原理，了解其主要参数，熟悉使用注意事项。 3、熟悉光敏晶体管图形符号，掌握使用方法。 4、熟悉光电耦合器分类、基本工作原理、电路符号，了解其主要参数，熟悉光电耦合器使用

2、注意事项。选学光电耦合器常用电路组成、工作原理。选学典型集成光电隔离放大器及其应用。 1、电光器件是通过电场或电流激发固体发光材料使之产生光辐射，将电能直接转换成光能的器件。这类器件主要有发光二极管和半导体激光器等。 2、发光二极管的光辐射是自发发射，光谱较宽，但相位不一致。 3、激光器发出的光是受激发射的相干光，其光谱宽度比发光二极管小12个数量级。 5.1 电光器件及其应用电光器件及其应用5.1.1 发光二极管发光二极管 发光二极管发光二极管(Light Emitting Diode 缩写为LED)是最常见的电-光转换器件，有红、黄、绿、蓝、白等单色发光二极管，也有双色发光二极管，有高亮度

3、和超高亮度发光二极管，还有红外发光二极管、激光二极管等，其中外形尺寸以3mm、5mm最为常见。 一、发光二极管的符号及特性一、发光二极管的符号及特性1发光二极管外形封装、图形符号、伏安特性发光二极管外形封装、图形符号、伏安特性 发光二极管的外形封装、图形符号、伏安特性曲线如图5.1.1所示。当所施加正向电压（UF）未达开启电压时，正向电流IF几乎为零，但电压一旦超过开启电压时，电流急剧上升，电流、电压几乎成线性关系，即发光二极管呈欧姆导通特性。 图5.1.1 发光二极管的外形封装、图形符号、伏安特性曲线发光二极管图片 发光二极管主要参数发光二极管主要参数 制造LED用的基本半导体材料有GaP、

4、GaAsP、GaALAs等。不同的半导体材料及工艺使发光二极管的颜色、波长、亮度、正向管压降、光功率均不相同。 (1)(1)正向电压正向电压 发光二极管的开启电压通常称作正向电压，它大小取决于制作材料。例如GaAsP红色的LED约为1.7V，而GaP绿色的LED则约为2.3V。(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压 LED的反向击穿电压一般大于5V，为使LED安全可靠地工作，安全使用电压选择在5V以下 二、发光二极管的驱动二、发光二极管的驱动 发光二极管是一种电流控制器件。正向偏置，且IF在正向工作电流所规定的范围之内，就能发光。其供电电源既可以是直流的也可以是交流的。 1 1、直流驱动、直流驱

5、动 (1)直流电源驱动直流电源驱动 发光二极管LED的直流电源驱动电路如图5.1.2a所示。限流电阻R的估算式为 式中，UF为LED正向电压，一般取12V，IF为正向工作电流， UF与IF可从产品手册中查得。 FFCCIUVR图5.1.2 发光二极管常见的驱动电路（2）晶体）晶体管驱动管驱动 如图5.1.2b所示，流过发光二极管的正向工作电流IF受到晶体管V控制，使LED的工作处于可控状态。 当三极管V饱和导通时，流过LED的正向工作电流IF经电源电压VCC和集电极电阻R形成，LED发光，当三极管V截止时，流过三极管集电极电流是微小的漏电流，不足以使LED发光，LED熄灭。通过驱动三极管的导通

6、、截止，使LED的工作处于可控状态。 图5.1.2（b）所示电路限流电阻R由下式估算 FFCESCCIUUVR式中，UCES为晶体管饱和压降，硅管取0.3V，锗管取0.1V；UF为LED正向工作电压，IF为LED正向工作电流，UF、IF可从产品手册上查得。 发光二极管输出的光强度在很宽的电流范围内与流过它的PN结的正电流成正比，因此，利用交流驱动可方便地对LED的发光强度作线性调制，并经常用于光通信及光耦合隔离电路中。另一方面，为使LED输出较大的光功率，必须采用交流电流源来驱动。 交流驱动的电路如图5.1.3所示，图5.1.3(a)中的VD对LED起反向保护作用，图5.1.3(b)的接法可提

7、高电源的利用率。限流电阻R的取值。 2、交流驱动、交流驱动图5.1.3 LED的交流驱动电路（a）二极管反向保护电路 （b）双发光二极管电路 限流电阻R可由下式估算 FFSIUUR2式中,US为交流电源电压的有效值，UF为LED正向工作电压，IF为正向工作电流。 5.1.2 发光二极管的应用发光二极管的应用 发光二极管具有体积小、驱动简单、响应速度快、寿命长、可靠性高、稳定性好、单色性好、色彩鲜艳、易与集成电路匹配等优点，因此其应用范围很广，常见的有状态指示、电平指示及信息显示等。 一、发光二极管应用示例一、发光二极管应用示例 1. LED电源指示电路电源指示电路 图5.1.4给出了LED作电

8、源通断状态指示的实用电路。图中LED与稳压管串联，它的正向电压作为稳定输出电压的一部分，其中R为限流电阻，LED所发出的光作电源指示。图5.1.4 LED电源指示电路 2.2.音频信号电平指示音频信号电平指示 电路如图5.1.5所示。它是利用LED的发光特性来对电路中电压或功率的变化作出相应的显示。它用于音响设备中，用来动态指示音响输出信号电压的大小。当输出信号电压大时，亮着的发光二极管数目增多；当输出信号电压小时，亮着的发光二极管数目减少。 图5.1.5 音频信号电平指示电路二、发光二极管使用注意事项二、发光二极管使用注意事项 （1）对于全塑形封装的LED，正、负极引脚靠环氧树脂固定，为避免

9、管芯受热损坏和因环氧树脂受热软化致使引脚移动引起内引线断开，装配焊接时要注意： 第一，印制电路板上LED安装孔应与管子两管脚间距相同，使引脚与环氧树脂管帽不产生应力； 第二，焊接所用电烙铁应选25W 以下，焊接点应离管帽4mm以上； 第三，焊接时电烙铁接触时间不要超过4 s，最好用镊子夹住管脚进行散热。 要合理选择LED的驱动电流，不能超过规定限值，以免PN结结温过高，缩短管子寿命。 限流电阻R对保证LED正常工作起决定作用。一旦R值选定，电源VCC值就不能改变，否则将会造成LED发光强度的变化，严重时会损坏LED。 严禁用有机溶液浸泡或清洗。 管子极性不能接反，一般引线较长的为正极，引线较短

10、的为负极。 5.1.3 LED数码管数码管 将发光二极管（LED）制成条状，再按一定方式连接，组成数字8，就构成LED数码管。它是目前较常用的一种数显器件。图5.1.6 LED数码管LED数码管图片 LED数码管分共阳和共阴极两种，外形及结构如图7.1.6所示。ag代表7个笔段的驱动端，DP是小数点。公共阳极的数码管，公共端接高电平，驱动端接低电平；公共阴极的数码管，公共端接低电平，驱动端接高电平。 1 1LEDLED数码管按内部电极接法分类数码管按内部电极接法分类2 2按颜色分类按颜色分类LED数码管的颜色有红、橙、黄、绿、蓝等多种。 小型LED数码管通常采用双列直插封装；大型LED则采用印

11、刷板插入式，如图7.1.6 b所示。 3 3插接方法及封装插接方法及封装 数码管有普通亮度和高亮度之分，后者在大约1mA的工作电流下可发光。4 4按亮度分类按亮度分类5 5数码管与显示器数码管与显示器 一位LED显示器就是通常所说的LED数码管，两位以上的一般称作显示器。 根据显示位数的多少，可划分成一位、双位、多位显示器。一位LED显示器就是通常所说的LED数码管，两位以上的一般称作显示器。除显示数字的LED外，还有能显示+、等各种符号和AZ26个英文字母的显示器。 5.1.4 LED点阵显示器及其应用点阵显示器及其应用 由LED排列组成矩阵(点阵)用来显示字符、图形等，称为LED点阵显示器

12、件。目前，人们用高亮度发光二极管以及含有多只高亮度芯片的平面管作为像素，组成由几万只管子构成的大屏幕显示器。现以一个57发光二极管点阵显示器为例简述其显示基本原理，如图5.1.7所示。 图5.1.7 57发光二极管点阵显示LED点阵图片 在这个57发光二极管点阵显示器中，包含36个发光二极管，排列为七行五列，另一个发光二极管是用于小数点的（D.P.）。 这个显示器能够显示字母、数字、符号等。把行输入连接到发光二极管的负极，把列输入连接到发光二极管的正极。 要产生所需符号，用扫描信号把某些行接至低电平，同时把某些列接至高电平。 例如要产生字母F，则需在行列输入线上接如下信号： 列1是高电平，同时

13、这个列上的所有七行都是低电平； 列2是高电平，同时只有行1和行4是低电平； 列3是高电平，同时只有行1 和行4是低电平； 列4是高电平，同时只有行1和行4是低电平； 列5是高电平，同时只有行1是低电平。 把脉冲程序控制连接到列输入线，并使它和向行输入线供给数据的随机存取存储器或固定存储器的寻址同步。如果扫描信号频率是100Hz以上，则发光二极管的闪烁大约是每秒100次，这样人眼感觉光是永远亮着的。图5.1.8 57发光二极管点阵显示符号 有些发光二极管点阵显示器在阳极回路中需要外接串联限流电阻器。其他种类的点阵显示器把这些电阻器装在外壳内一起包封（在制造过程中已装配好）。57发光二极管点阵显示

14、器显示符号如图5.1.8所示。 光电器件又称光敏器件，能将光能转变成电能，一般以光测控器的形式工作于各种电路和控制系统中，故又称光电探测器。 常见光-电器件有光电二极管、光敏三极管、光敏场效应管、光控晶闸管、光敏电阻器、太阳电池等。 5.2 5.2 光电器件及其应用光电器件及其应用 一、光电二极管工作原理一、光电二极管工作原理及主要参数及主要参数 5.2.15.2.1光电二极管及其应用光电二极管及其应用 光敏二极管亦称光电二极管（Photodiode，缩写PD），为了提高它的工作性能，人们研制出许多性能优良的新品种，如Si光敏二极管、PIN光敏二极管、雪崩光敏二极管、肖特基光敏二极管、HgCd

15、Te光伏二极管等等。它们的结构及制作工艺不同，而工作原理基本相同。 半导体光敏器件的基本工作原理是半导体中的光生伏特效应。由于PN结存在内建电场，在受到光照时，便有光电流流过外接电路，即使没有外加偏压，PN结也会产生光生电动势，这种光电效应（Photogalvanic effect）通常称为光生伏特效应。光电二极管有光伏和光电导两种工作模式。 光电二极管有光伏和光电导两种工作模式。光伏模式不加偏置电压，而光电导模式则要加反向偏置电压。如Si光电二极管工作于光电导工作模式，太阳能电池工作于光伏模式。 结型光电二极管图形符号、原理电路、伏安特性如图5.2.1所示。 图5.2.1 结型光电二极管及其

16、伏安特性光电二极管图片在图5.2.1（b）中，光敏二极管在外加反偏电压的作用下工作于光导模式，当未受光照时即有一微弱的二极管反向漏电流ID（0.3A）称为暗电流(Dark current)流过，该反向漏电流满足普通二极管的伏安特性方程，即 式中，IS为二极管的反向饱和电流，UT为温度的电压当量（常温时为26mV），U为外加负偏压。 当有光照时产生光电流IL，其中的负号表示光电流的方向是从二极管的N区流向P区，即与外电路所标注的电流方向相反，IL的值与入射光子数或入射光功率成正比。此时负载RL上的电流为上述两种电流的相量和，即 在图5.2.1（c）中，光敏二极管在无外加偏压下工作于光伏模式，未加

17、光照时电路中无电流流过，当有光照时产生光电流（又称亮电流Photo current），该光电流在外电路的负载RL上产生的光生电压U反过来加于光电二极管上，这等于给PN结加了一个正向偏压，从而在PN结上又会产生正向电流，其表达式如上式ID所示。 上述两种电流的叠加就是此时流过负载RL的总电流，其表达式与(5.2.2)式完全一样。 光电导模式中的U为外加负偏压，而光伏模式中的U则为正的光生电压。 (1) 灵敏度 它是给定的入射光的光电流与光照功率（或光照强度）的比值，该值愈大愈好，其典型值为0.1A/Ix数量级。(2) 光谱范围 指光电二极管入射光允许波长范围一般在0.41.1m之间。(3) 峰值

18、波长(Peak wave length) 指光电二极管灵敏度最高时入射光的波长。锗管的峰值波长为1.465m，硅管的峰值波长为0.9m。(4) 响应时间 指光电二极管将光信号转换成电信号所需要的时间。 光电二极管主要参数光电二极管主要参数二、光电二极管应用二、光电二极管应用 （一）（一） 应用示例应用示例 1. 光电二极管简单应用电路光电二极管简单应用电路 图5.2.2 光电二极管的简单应用电路 (1)图a为无偏置电路，适用于光伏模式光电二极管，输出电压Uo=IRRL。 (2)图b为反向偏置应用电路，光电二极管的响应速度比无偏置电路高几倍，Uo=IRRL。 (3)图c中，当光照射PD时，光电流

19、在RB上产生较大电压降，使三极管基极处于低电位，三极管V截止，输出高电平；当无光照时，V导通，输出低电平。 (4)图d为光控继电器电路。在无光照时，三极管V截止，继电器KA绕组无电流通过，触点处常开状态。当有光照且达到一定光强时，则V导通，KA吸合，从而实现光电开光控制。 由集成运放组成的光电流电压转换电路如图5.2.3所示。图中PD工作于光电导模式。IR为PD受光照时产生的电流。2. 光电流电压转换电路光电流电压转换电路 图5.2.3 光电流电压转换电路 根据虚地、虚断概念有 IF=IR Uo=IFRF故 Uo=IRRL（ISIL）RF式中，IS为光电二极管的反向饱和电流，一般IL IS，所

20、以 UILRF 上式表明输出电压与光照输入关系近乎线性。（二）（二） 光电二极管使用注意事项光电二极管使用注意事项 （1）RL选取时，光导模式光电二极管要保证光电二极管反偏电压不少于5V；当偏置电压小于5V时，光电流与入射光强度不再呈线性关系，使电路性能变坏。同时又不能超过最大反向电压，以免损坏光电二极管。（2）管子的光谱范围应和光源光谱相适应。 （3）安装时应使入射光路和管子的受光面垂直，应设法避免管子受外界杂散光的影响。 （4）入射光强度要适当，使用的环境温度不宜过高。 （5）必须根据不同的用途选择适当的管型，如光控电路中，一般应选灵敏度高的管子。 （6）光电二极管管壳必须保持清洁，以保证

21、器件光电灵敏度。管壳脏了，应及时用酒精棉擦拭干净。 5.2.2 光电晶体管及其应用光电晶体管及其应用一、光电晶体管一、光电晶体管 光电晶体管又称光敏三极管（Phototran sistor），它的外形、电路符号和等效电路如图5.2.4所示。它可以看作集电结上并联了一个光电二极管的普通。在光照的作用下，光电二极管将光信号转换成电信号，并经晶体管放大。显然，在晶体管的电流放大系数为时，光电晶体管的光电流要比光电二极管的光电流大倍。总之，光电晶体管有许多与光电二极管相似的特性与参数。光电晶体管的灵敏度远比光电二极管高，为了进一步提高灵敏度人们制出了达林顿光电晶体管，进一步提高了光电流。 5.2.2

22、光电晶体管及其应用光电晶体管及其应用图5.2.4 光电晶体管的外形图、图形符号和等效电路 光电晶体管组成的光敏继电器电路如图5.2.5所示。二、光电晶体管的应用二、光电晶体管的应用图5.2.5 光敏三极管组成的光敏继电器电路 图a使用了高灵敏硅光敏三极管3DU80B，该管在钨灯（2856K）照度为1000Lx时能提供2mA的光电流，因而可以直接带动灵敏继电器。 与继电器线圈并联的二极管在光敏管关断瞬间对它进行保护。 若用一普通光敏三极管时，由于灵敏度低一个数量级，因此必须进行放大。 图b为简单的达林顿放大电路，3DU32受光照产生的光电流经过一级晶体管放大后便可驱动继电器。图b中的光敏三极管与

23、放大管可用一只达林顿结构的光敏管来代替，如3DU912系列。 在使用时，光敏三极管必须外加偏置电路，以保证光敏三极管集电结反偏、发射结正偏；工作时电压、电流、功耗等不允许超过其最大值。 其它注意事项与光敏二极管相同，为提高响应速度，可使用基极带引线的光敏三极管，并加上适当偏流。 5.2.3 太阳能电池太阳能电池 利用太阳能转换为电能的半导体器件称为太阳能电池，又称为光电池（Photo cell）。自1954年美国贝尔实验室研制成功第一块有实用价值的太阳能电池后，太阳能光电池的研究开发和应用受到世界各国的高度重视，其特点是清洁、无污染、可再生、能源贮藏丰富，但目前因光电转换效率低、成本较高，限制

24、了其应用领域。我国已经能生产硅太阳能光电池，广泛应用于卫星、宇航、通信、高山、海岛、草原牧场等场所。 5.2.3 太阳能电池太阳能电池 一、太阳能电池的基本原理一、太阳能电池的基本原理 硅光电池是在P型硅片上制成极簿的N型硅片层，再在硅片上的上下两面各设一个电极，并在受光照的表面层涂上抗反射层，就形成了硅光电池。硅光电池实际上是一个大的PN结，是一种光伏模式的光电二极管。 当有光照时，硅原子中的价电子变成自由电子，而电子原来位置就成了空穴。在PN结存在的电场的作用下，PN结附近的电子被拉向N区，空穴被拉向P区，于是N 区和P区就分别积聚了大量的电子和空穴，在N区和P区两端产生电动势。这就是光生

25、伏特效应。 5.2.3 太阳能电池太阳能电池 二、太阳能电池的特性二、太阳能电池的特性 太阳能电池的图形符号和工作电路如图5.2.6所示，其中负载电阻为R ，在太阳能电池受到光照时，太阳能电池两端的电压是U ，产生一定的电流I ，太阳能电池内PN结正偏。如改变负载电阻R ，太阳能电池的输出伏安特性如图5.2.7所示，其中特性曲线1为光照特性。电压U和电流I的关系曲线处于第四象限，表现为功率输出元件，负载电阻R获得能量，当U=0时，I =ISC ，即短路电流；当I = 0时，则U = UOC，即开路电压；当太阳能电池不受光照时，即为暗特性如图5.2.7曲线2所示。影响太阳能电池的输出伏安特性的原

26、因很多，其中材料、工艺、内部等效电阻、温度等都是十分重要的因素。 5.2.3 太阳能电池太阳能电池 图5.2.7 太阳能电池的图形符号和工作电路 图5.2.8 太阳能电池的输出伏安特性 5.3 光电耦合器及其应用光电耦合器及其应用 5.3.1 光电耦合器光电耦合器 光电耦合器是将发光和受光器组成一体的以光为媒介用来传输电信号的光电器件。发光器件电光，受光器件光电，实现了电到光、光再电的传输。 光是传输的媒介，从而使输入和输出两端实现电气上的绝缘和隔离，输出端对输入端无反馈作用，信号能从输入单向传输到输出，具有抗扰能力强、响应速度快、工作稳定可靠等优点。 一、光电耦合器分类及其工作原理一、光电耦

27、合器分类及其工作原理 (1)外形划分：外形划分：双列直插型、光纤传输型、同轴型等；(2)功能划分：功能划分：发光部分都用砷化镓红外发光二极管，受光部分有光电二极管型，光电三极管型，达林顿晶体管型，双向晶闸管型，集成电路输出型、高压型、高速型等； 当发光器发光二极管中有电流IF流过时，它发出的光照射到施加有偏压的受光器硅光电三极管上，光电三极管就有光电流IL产生。如果发光二极管中没有电流IF流过，即发光二极管不发光，光电三极管就无光电流产生。因此输入电信号可以经过光媒质传输到输出端，实现输入和输出电隔离。基本原理基本原理图5.3.1 普通光电耦合器 普通光耦合器输入部分是砷化镓红外发光二极管，输

28、出部分是硅光敏三极管，如图5.3.1所示 光电耦合器图片 几种常用光电耦合器如图5.3.2所示。 它们的发光器均为发光二极管，而受光器有所不同： 图a称为光电二极管型光耦合器； 图b称为光耦合器或光隔离器； 图c为达林顿型光耦合器； 图d为双向晶闸管型光耦合器； 图e为集成电路光耦合器； 图f为光电二极管和半导体管（NPN型）光耦合器，这类光耦合器为高速型光耦合器。图5.3.2 几种常用光电耦合器 光电耦合器的参数可分为输入参数、输出参数和传输参数。输入参数、输出参数和传输参数。 二、光电耦合器的主要参数二、光电耦合器的主要参数(一一)输入参数输入参数 光电耦合器的输入参数就是发光二极管的参数

29、。(二二)输出参数输出参数 与所用的光电管基本相同，仅对光电流和饱和压降加以说明。 指在由光电三极管构成的光电耦合器中，输入一定电流（一般为20mA），输出回路按规定极性加一定电压（通常为10V），调节负载电阻，使输出电流为一定值（一般为2mA）时，光电耦合器输出的电压。其值通常为0.3V。 1. 光电流光电流2. 饱和压降饱和压降UCE（sat） 指光电耦合器输入一定的电流（一般为10mA）、输出端接有一定负载（约500）、并按规定极性加一定电压（通常为10V）时，在输出端所产生的电流。对于由光电三极管构成的耦合器，光电流为几毫安以上；由光电二极管构成的耦合器，则约为几十到几百微安。 （三）

30、（三） 传输参数传输参数 1. 电流传输比电流传输比CTR 指在直流工作状态下，光电耦合器的输出电流IL与输入电流IF之比值即CTRIL/IF ，它的大小反映光电耦合器传输效率的高低。不加复合管时，总是小于1。 2. 隔离电阻隔离电阻RISO 指发光二极管与光电管之间的绝缘电阻，反映输入与输出之间的绝缘水平，一般为1091013。 3. 极间耐压极间耐压UISO 指发光二极管与光电管之间的绝缘耐压，一般都在500V以上。5.3.2 光电耦合器的应用光电耦合器的应用一、光电耦合器的基本电路一、光电耦合器的基本电路 光电耦合器外接晶体管放大电路有两种的基本接法：发射极接地和集电极接地，集电极接地时

31、的开关时间比发射极接地时的开关时间长，因此响应速度较慢。 若需要光电耦合器有高速响应特性，宜采用发射极接地电路，常见的基本电路如图5.3.3所示。为了提高开关速度，可以提高光电二极管的反偏电压，以减小PN结的结电容，从而减小开关时间常数，如图5.3.3(b)所示，或者采用如图5.3.3(c)所示的光电晶体管型光电耦合器。 图5.3.3 光电耦合器常见的基本电路 TTL数字逻辑集成电路非常易于和光电耦合器电路配合，传输脉冲信号，如图5.3.4所示。光电耦合器作为TTL接口电路，TTL输出灌电流直接作为发光二极管的驱动电流，IF取10 mA为宜，光电晶体管的光电流作为TTL电路输入，实现两部分逻辑

32、脉冲电路隔离。 二、二、TTL接口电路与接口电路接口电路与接口电路 图5.3.4 TTL接口电路 CMOS逻辑电路输出电流小，不能直接驱动光电耦合器的发光二极管，必须经过晶体管放大后驱动光电耦合器中发光二极管，因此发光二极管驱动电流IF不受CMOS逻辑电路限制，可以适当选择。CMOS接口电路如图5.3.5所示。 图5.3.5 CMOS接口电路 光电晶体管型光电耦合器在一定条件下可以实现线性隔离放大功能，从光电耦合器输出特性曲线图中可知，输出特性由截止区、饱和区、击穿区、放大区四个区域组成，只要满足发光二极管正向工作电流iF在一定范围内变化，光电三极管输出电流ic与二极管正向工作电流iF成正比，

33、ic=CTRi F，实现输入和输出线性隔离放大功能，应用电路如图5.3.6所示。 三、光电耦合线性隔离放大器三、光电耦合线性隔离放大器 图5.3.6 光电耦合线性隔离放大电路的应用 光电晶体管型光电耦合器的响应速度快，线性度好，电流传输比CTR小，适用于要求速度快，线性度好，信号较强的场所； 达林顿晶体管型光电耦合器响应速度慢，线性度好，电流传输比CTR大，适用于小信号场合。 因此实际应用中必须根据条件加以合理选用，常见的有4N系列、TLP系列、MOC系列等。 四、光电耦合器的选用四、光电耦合器的选用 四、光电耦合器的选用四、光电耦合器的选用 光电耦合器根据电流传输比和光电耦合器发光二极管电流

34、特性曲线不同可分为线性光耦合器和普通光耦合器两种。 两种光电耦合器的CRT IF特性曲线如图5.3.7所示，其中虚线为线性光电耦合器，实线为普通光电耦合器，从图中可以看出普通光电耦合器CRT IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光电耦合器的CRT IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流传输比 CTRIL/IF很接近于直流电流传输比CTR值，可用于模拟信号的传输。 四、光电耦合器的选用四、光电耦合器的选用 图5.3.7 两种光电耦合器的CTR-IF特性曲线 四、光电耦合器的选用四、光电耦合器的选用 线性光电耦合器典型产品有PC

35、816A、PC817A、CNY17-3、SFH600-2、CNY75G、MOC8101等。 国内目前广泛应用的由英国埃索柯姆（Isocom）公司和美国摩托罗拉公司生产的4N系列光电耦合器如4N25、4N26、4N35，呈现开关特性，其线性度差，适用于传输数字电路。 在开关电源中，光电耦合器用在输出电压取样、反馈电路部分时，应选用线性光电耦合器。 5.3.3 集成光电隔离放大器及其应用集成光电隔离放大器及其应用 把运放和光电耦合器集成在同一芯片上，称为集成光电隔离放大器。光电隔离放大器ISO100如图5.3.8所示。 它由A1、A2两个运放和IREF1、IREF2两个恒流源以及一个光电耦合器组成

36、。光电耦合器由发光二极管LED和光电二极管VD1、VD2组成，对输入侧、输出侧起隔离作用。两侧电源与地均相互独立。 图5.3.8 光电隔离放大器ISO100 图5.3.8中A1为单位增益电流放大器（电流放大倍数为1）起电流电压转换器作用，IREF1、IREF2为A1、A2提供基准电流。 5.3.3 集成光电隔离放大器及其应用集成光电隔离放大器及其应用 当ISO100单极性工作时，引脚16、17、18相连，A1的同相输入端的电流必须由内电路向外流出，当输入电流i1增加时，A1的输出电压上升，驱动电流流过发光二极管LED，LED电流增加，VD1的电流也随之增加。最后使A1的反相输入端的总电流为0。

37、 VD1起反馈作用，起稳定环路的作用。流过VD1的电流应当等于输入电流和偏流之和，于是偏流不会流经外加的信号源。光电二极管VD1、VD2参数完全相同(称为全匹配)，所以流过VD1、VD2的电流相等。使用时，R f接在、引脚之间(如图5.3.8虚线所示)，VD2产生的电流全部流入R f ，因的偏流很小，约10 nA，可忽略不计，所以输出电压 uO i1Rf 5.3.3 集成光电隔离放大器及其应用集成光电隔离放大器及其应用 单极性工作受到一些限制： 输入电流必须为负值； 输入电流必须大于20 nA；否则LED不能继续导通，环路也不稳定。 ISO100双极性工作时，引脚16和15相连，17和18相连，其实用电路如图5.3.9所示。 图5.3.9中R1、R f为外接电阻。用以控制调整放大器增益。若内电路中VD1、VD2所受光照相同，则 IfOuRRu1若输入量为iI，则uO= iI R f 。 5.3.3 集成光电隔离放大器及其应用集成光电隔离放大器及其应用 ISO100双极性工作时，输入电流有一定范围，正Ii可达10.5 A，负Ii可达10 A。 图5.3.9 ISO100的基本实用电路 5.4 发光二极管应用电路设计与制作示例发光二极管应用电路设计与制作示例 5.4.1 发光二极管应用电路设计示例发光二极管应用电路