光耦合器介绍

1、光耦全稱是光耦合器，英文名字是：opticalcouple英文縮寫為0C，亦稱光電隔離器，簡稱光耦。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。目錄光耦合器的性能及類型光耦的作用光耦內部結構原理光耦組成的脈衝電路圖原理及應用如何確定光耦合器性能的好壞光耦合器的性能及類型用於傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由於光耦合器的輸入端和

2、輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩定，抗干擾能力強。發光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高（2.5KV左右），故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決於兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻小（約10Q），對高內阻源的噪聲相當於被短接。因此，由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。事實上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構成模擬放大電路，並且輸入與輸出間可實現電隔離。然而，這類放大電路的工作穩定性較差，無實用價值。究

3、其原因主要有兩點：一是光耦合器的線性工作範圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發射極電流傳輸係數0和集電極反向飽和電流ICB0（即暗電流）受溫度變化的影響明顯。因此，在實際應用中，除應選用線性範圍寬、線性度高的光耦合器來實現模擬信號隔離外，還必須在電路上採取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態的影響。從光耦合器的轉移特性與溫度的關係可以看出，若使光耦合器構成的模擬隔離電路穩定實用，則應盡量消除暗電流（ICB0）的影響，以提高線性度，做到靜態工作點IFQ隨溫度的變化而自動調整，以使輸出信號保持對稱性，使輸入信號的動態範圍隨溫度變化而自動變化，以抵消0值隨溫度變化的影響，保證電路工作

4、狀態的穩定性。光耦的作用（1）在邏輯電路上的應用光電耦合器可以構成各種邏輯電路，由於光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的邏輯電路更可靠。（2）作為固體開關應用在開關電路中，往往要求控制電路和開關之間要有很好的電隔離，對於一般的電子開關來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現。（3）在觸發電路上的應用將光電耦合器用於雙穩態輸出電路，由於可以把發光二極管分別串入兩管發射極回路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。在脈衝放大電路中的應用光電耦合器應用於數字電路，可以將脈衝信號進行放大。在線性電路上的應用線性光電耦合器應用於線性電路中，具有較高地線性度以及優良地電隔離性能。特

5、殊場合的應用光電耦合器還可應用於高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用於A/D電路等多種場合。線性光耦合器的選取原則在設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數，選取原則如下：光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是50%一200%。這是因為當CTR5.0mA),才能正常控制單片開關電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR200%，在啟動電路或者當負載發生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發，影響正常輸出。薦採用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。由英國埃索柯姆(Isocom公司、美國摩托羅拉公司生產的4NXX系列如4N25、4N26、4N35

6、)光耦合器，目前在國內應用地十分普遍。鑒於此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數字信號(高、低電平)，因此不推薦用在開關電源中。光耦內部結構原理光耦合器是以光形式傳遞信號的，內部電路是由光敏三極管和發光二極管組合成一個電子元件被封裝在個塑料殼內，接入電路後，輸入端的電信號通過發光二極管變換成相同規律光束，再傳給光敏三極管。光敏三極管把接收的光束還原成與發光二極管變化相同的光束電信號，即實現了電光電的轉換。光起著媒介的作用。光耦合器的結構、引腳功能，封裝外形見左圖，內部電路見中圖。11_ts.1圖1光耦外形圖圖2光耦內部結構光耦合器的優點：抗干擾能力強，壽命長，傳輸效率高，輸入端與輸出

7、端完全電隔離，其技術主要參數有：發光二極管的正向壓降VF(單位V)、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極與發射極間反向擊穿電壓、集電極與發射極間飽和壓降、電流傳輸比CTR(光耦合器的主要參數，當工作電壓保持確定時，它等於直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比，CTR=(I0/IF)*100%)。右圖是光耦合器817的Vce與發光二極管的正向電流IF以及Ic的關係。表1是光耦合器的直流參數及測試條件；表2是一些光耦合器的技術參數。圖3PC817發光二極管正向電流電壓曲線符号条件最小值典型值1单位Vkii=20mA1.2L41VlnVr=4V,10M-AVq20VIl=0imMlh=035lf

8、=101日&6VJclSniAV.-5V2.530niArJiHATlhuZOnrALlmAVRedDC5OOV40%60%RH5xlO101011flCfV=OMMHz0.6LOpFfcV(t=5lc=.2mAR口00-3dB80kHz表1光耦合器的直流參數及測試條件壇号CTR10mAU(的V)(V)TIV)ft换嗯号般七帖啟Milil仙gl人Hi8!75060035610.2miA8I7,扎pcsivnw!?PQH7A803560.2HIIAS17A.K：817BPCKI7R1302枷3560.2HHA817B.PCSHCK8I7C20040035(J.2HllABnCJC817D|3U0

9、600齡！61)2H11A8171)PS25ll804(X)出】:7OJPS2561TI.P72I506005厂7|().4TLP62ITI.P52I-)5060055fl.-lT】r5d:KPS175()60055:704RCR17)表2PC817,PS2501,TLP721,TLP521,KP81光耦合器的技術參數光耦組成的脈衝電路圖原理及應用光耦是由發光二極管和光敏三極管組合起來的器件，發光二極管是把輸入邊的電信號變換成相同規律變化的光，而光脈敏三極管是把光又重新變換成變化規律相同的電信號，因此，光起著媒介的作用。由於光電耦合器抗干擾能力強，容易完成電平匹配和轉移，又不受信號源是否接地的

10、限制。所以應用日益廣泛。一、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。當圖1(a)剛接通電源Ec時，由於UF隨C充電而增加，直到UF料犬時，發光二極管達到飽和，接著三極管也飽和，輸出UoEc。三極管飽和後，C放電(由C-FE1fEr和由C-RFf+Ec-Re兩條路徑放電)，uo減小，二極管在C放電到一定程度後就截止，而三極管把儲存電荷全部移走後，接著也截止，uo為零。三極管截止後，電源Ec又對C充電，重複上述過程，得出圖示的尖峰輸出波形，其週期，為(當RFRe時)：T=C(RF+Re)In2圖1(b)是原理相同的另一種形式電路。圖1、用光電耦合的多諧振蕩器二、用光電耦

11、合器組成的雙穩態電路用光電耦合器組碭雙穩態電路如圖2所示。電路接通電源後的穩態是BG截止，輸出高電位。在觸發正脈衝作用下，让增加使BG進入放大狀態，形成ibf-ift-ibff,結果BG截止，這種電路比普通的觸發順具有更高的抗干擾能力。若設BG的極限電流Ic=6毫安，則R2=取為：R2(13-1)/=24歐限流電阻R1可按下式計算R1(E-IbmRce2min)/Ibm式中：Ibm是晶體管的最大基極電流，Rce2min是光敏三極管集射間的最小電阻值。圖2、用光電耦合的雙穩態電路三、用光電耦合器組成的整形電路由於用光電耦合器組成的脈衝耦合電路，其前後沿時間都比較大，因此在耦合器後面接一級晶體管的

12、整形放大電路。見表一列出幾種整形電路的應用實例。表一用光电耦合器组成的整形电路迸电耦合-晶体管整形电蹄光电耦台-固定组件整形反相整形快速整形宠是一种施密特整形常电路因为不管输灭S是失真方波、正弦波月:还是需齿波，在输出端均得到方波光电耦合顺的输出接一与非门时右整形光电耦合器的输出端后面连接两级与非门，构成反相整形光电耦合器的输出端后面连接两貝晶愜管，构成同相整形电路四、用光電耦合器組成的斬波電路用光電耦合器組成的斬皮電路見表二如何確定光耦合器性能的好壞確定光耦合器的好壞首先確定光耦合器輸大端發光二極管的好壞。如圖1所示，將萬用表置於Rx100擋或Rx1k擋，黑表筆接發光二極管的正極，紅表筆接發

13、光二極管的負極，此時萬用表顯示電阻值應為幾百歐2kQ左右,然後對調表筆再測試，阻值應接近8,表明輸入端的發光二極管是好的。如出現阻值與上述阻值相差甚遠，表明發光二極管性能不良或是已經損壞。RXlk鞘隹庫电子市场网www.DZ&c.cau全球爆KIC采购网站圖1測試光耦合器的輸入端測試光耦合器輸出端的光敏器件，如光敏器件是光敏晶體管，將萬用表置於Rx1k擋或RxlOO擋，按圖2所示的接好，黑表筆接光敏晶體管的集電極，紅表筆接光敏晶體管的發射極，萬用表的顯示應為接近幻，交換表筆，阻值仍為8，表明輸出端的光敏晶體管是好的。如果測試的阻值與上述相差太多表明光敏晶體管性能不良或損壞。圖2測試光耦合器的輸

14、出端如果輸出端不採用光敏晶體管的其他類型光耦合器，應根據不同結構的光敏器件進行判斷如何檢測光耦的好壞？光電耦合器又稱光耦合器或光耦，它屬於較新型的電子產品，現在它廣泛應用於計算機、音視頻各種控制電路中。由於光耦內部的發光二極管和光敏三極管只是把電路前後級的電壓或電流變化，轉化為光的變化，二者之間沒有電氣連接，因此能有效隔斷電路間的電位聯繫，實現電路之間的可靠隔離。判斷光耦的好壞，可在路測量其內部二極管和三極管的正反向電阻來確定。更可靠的檢測方法是以下三種。1比較法拆下懷疑有問題的光耦，用萬用表測量其內部二極管、三極管的正反向電阻值，用其與好的光耦對應腳的測量值進行比較，若阻值相差較大，則說明光耦已損壞。數字萬用表檢測法下面以PC111光耦檢測為例來說明數字萬用表檢測的方法，檢測電路如圖1所示。檢測時將光耦內接二極管的十端1腳和-端2腳分別插入數字萬用表的Hfe的c、c插孔內，此時數字萬用表應置於NPN擋；然後將光耦內接光電三極管c極5腳接指針式萬用表的黑表筆，e極4腳接紅表筆，並將指針式萬用表撥在Rx1k擋。這樣就能通過指針式萬用表指針的偏轉角度一一實際上是光電流的變化，來判斷光耦的情況。指針向右偏轉角度越大，說明光耦的光電轉換效率越高，即傳輸比越高，反之越低；