光耦的工作原理及应用

1、光耦合器的压力及应用光耦合器 （opticalcoupler，英文缩写为oc ）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号 的器件 ，通常把发光器（红外线发光二极管led ）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流 ，从输出端流出， 从而实现了“电光电”转换。以光为媒介把输入端 信号耦合 到输出端的 光电耦合器 ，由于它具有体积小、寿命长、 无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路 上获得广泛的应用。工作原理耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、 输出电信号有良好的隔离作用，

2、 所以，它在各种电路中得1553b 耦合器线缆接头到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、 光的接收及信号放大。 输入的电信号驱动发光二极管 （ led） ，使之发出一定波长 的光，被光探测器接收而产生光电流 ，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号 传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件 ，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机 数字

3、通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件 ，可以大大提高计算机工作的可靠性。优点光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无光耦影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、 级间耦合、 驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲 放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、 固态继电器(ssr）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。种类光电耦合

4、器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。检测示意图非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4n 系列光耦属于非线性光耦。线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是pc817a c 系列。开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的后果是对彩电，彩显，vcd ， dcd等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。在彩电，显示器 等开关电源维修中如果光耦

5、损坏，一定要用线性光耦代换。常用的4 脚线性光耦有pc817a-c。 pc111 tlp521 等常用的六脚线性光耦有：lp632 tlp532 pc614 pc714 ps2031等。常用的4n25 4n26 4n35 4n36是不适合用于开关电源中的，因为这4 种光耦均属于非线性光耦。由于光电耦合器的品种和类型非常多，在光电子data手册中，其型号 超过上千种，通常可以按以下方法进行分类：按光路径分，可分为外光路光电耦合器（又称光电断续检测器）和内光路光电耦合器。外光路光电耦合器又分为透过型和反射型光电耦合器。按输出形式分，可分为：a、光敏器件输出型，其中包括光敏二极管输出型，光敏三极管输

6、出型，光电池输出型，光可控硅 输出型等。b、 npn三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。c、 达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型。d、 逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型，施密特 触发输出型，三态门电路输出型等。e、低导通输出型（输出低电平毫伏数量级）。f 、光开关输出型（导通电阻 小余 10 ）。g、 功率 输出型（igbt/mosfet 等输出）。按封装形式分，可分为同轴型，双列直插型，to 封装型，扁平封装型，贴片封装型，以及光纤传输型光耦等。按 传输信号分，可分为数字型光电耦合器（oc门输出型，图腾柱输出型及三态门电路输出型等）和线性光电耦合

7、器（可分为低漂移型，高线性型，宽带 型，单电源型，双电源型等）。按速度分，可分为低速光电耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速光电耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型）。按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器（一般光学胶灌封低于5000v，空封低于2000v）和高压隔离光电耦合器（可分为10kv， 20kv， 30kv 等）。按工作电压分，可分为低电源电压型光电耦合器（一般5 15v）和高电源电压型光电耦合器（一般大于30v）。结构特点光电耦合的主要特点如下：原理示意图1. 输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于100

8、00m ，耐压一般可超过1kv，有的甚至可以达到10kv 以上。2. 由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。3. 由于发光器件（砷化镓 红外二极管）是阻抗 电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。4. 容易和逻辑电路配合。5. 响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。6. 无触点、寿命长、体积小、耐冲击。性能特点光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长

9、，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、 级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(ssr）、仪器仪表、通信 设备及微机接口中。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光；由于光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响；光电耦合器的隔离电阻很大（约1012 ）、隔离电容 很小（约几个pf）所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。线性方式工作的光电耦合器是在光电耦合器的输入端加控制电压，在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压 。线性光电耦合器由发光二极管和光敏

10、三极管组成，当发光二极管接通而发光，光敏三级管导通，光电耦合器是电流驱动型，需要足够大的电流才能使发光二极管导通，如果输入信号太小，发光二极管不会导通，其输出信号将失真。在开关电源，尤其是数字开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。光纤耦合器光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降vf、正向 电流 if 、电流传输比ctr 、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极- 发射极 反向击穿电压v(br)ceo、集电极- 发射极饱和压降vce(sat ）。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。电流传输比是光

11、耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流ic 与直流输入电流if 的百分比。采用一只光敏三极管的光耦合器，ctr的范围大多为20% 300% （ 如 4n35） ， 而 pc817 则为 80% 160%，达林顿 型光耦合器（如4n30）可达100% 5000%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，ctr参数与晶体管的hfe 有某种相似之处。线性光耦合器与普通光耦合器典型的ctr-if 特性曲线。普通光耦合器的ctr-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。线性光耦合器的ctr-

12、if 特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比（ ctr= ic/ if) 很接近于直流电流传输比 ctr值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时，必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国际的有关隔离击穿电压的标准；由英国 埃索柯姆（isocom ）公司、美国摩托罗拉公司生产的4n 系列（如4n25 、4n26、4n35）光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号（高、低电平），可以用于单片机的输出隔离；所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。技术参数光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降vf、 正向电流if 、电流传输比ctr 、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极- 发射极反向击穿电压v(br)ceo、集电极- 发射极饱和压降vce(sat ）。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流ic 与直流输入电流if 的百分比。使用光电耦合器主要是为了提供输入电