光耦的工作原理及应用

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播电信号的器件，一般把发光器（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，单向传播信号等长处，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播电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，因此，它在多种电路中得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构成：光的发射、光的接受及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接受而产生光电流，再通过深入放大后输出。这就完毕了电—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，电信号传播具有单向性等特点，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克制能力。因此，它在长线传播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。长处光耦合器的重要长处是：信号单向传播，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，传播效率高。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、远距离信号传播、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，运用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调整控制端电流来变化占空比，到达精密稳压目的。种类光电耦合器分为两种：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播特性曲线是非线性的，此类光耦适合于开关信号的传播，不适合于传播模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。线性光耦的电流传播特性曲线靠近直线，并且小信号时性能很好，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。假如使用非线性光耦，有也许使振荡波形变坏，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。同步电源带负载能力下降。在彩电，显示屏等开关电源维修中假如光耦损坏，一定要用线性光耦代换。常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111TLP521等常用的六脚线性光耦有：LP632TLP532PC614PC714PS2031等。常用的4N254N264N354N36是不合用于开关电源中的，由于这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，一般可以按如下措施进行分类：⑴按光途径分，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。⑵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10Ω）。g、功率输出型（IGBT/MOSFET等输出）。⑶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，以及光纤传播型光耦等。⑷按传播信号分，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）和线性光电耦合器（可分为低漂移型，高线性型，宽带型，单电源型，双电源型等）。⑸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）。⑹按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。⑺按隔离特性分，可分为一般隔离光电耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于V）和高压隔离光电耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。⑻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（一般不小于30V）。构造特点光电耦合的重要特点如下：原理示意图1.输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都不小于10000MΩ，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以到达10kV以上。2.由于光接受器只能接受光源的信息，反之不能，因此信号从光源单向传播到光接受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克制比很大，因此，光电耦合器件可以很好地克制干扰并消除噪音。4.轻易和逻辑电路配合。5.响应速度快。光电耦合器件的时间常数一般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重要长处是单向传播信号，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，传播效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传播、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1012Ω）、隔离电容很小（约几种pF）因此能制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种用于深入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三极管构成，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，假如输入信号太小，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，运用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调整控制端电流来变化占空比，到达精密稳压目的。光纤耦合器光耦合器的技术参数重要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传播比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，在传播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。电流传播比是光耦合器的重要参数，一般用直流电流传播比来表达。当输出电压保持恒定期，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的比例。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。线性光耦合器与一般光耦合器经典的CTR-IF特性曲线。一般光耦合器的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，因此它不适合传播模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，尤其是在传播小信号时，其交流电流传播比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很靠近于直流电流传播比CTR值。因此，它适合传播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。使用光电耦合器重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，必须遵照下列原则：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原则；由英国埃索柯姆（Isocom）企业、美国摩托罗拉企业生产的4N××系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器展现开关特性，其线性度差，合适传播数字信号（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重要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传播比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，在传播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。电流传播比是光耦合器的重要参数，一般用直流电流传播比来表达。当输出电压保持恒定期，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的比例。使用光电耦合器重要是为