光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)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(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器,簡(jiǎn)稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用,所以,它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光,被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離,電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn),因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。光電耦合器是一種把發(fā)光器件和光敏器件封裝在同一殼體內(nèi), 中間通過電→光→電的轉(zhuǎn)換來傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。其中,發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管。
而光敏器件的種類較多,除光電二極管外,還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。 光電耦合器可根據(jù)不同要求, 由不同種類的發(fā)光器件和光敏器件組合成許多系列的光電耦合器。圖1顯示了一個(gè)典型的光電耦合器驅(qū)動(dòng)電路。在該例中,右邊的5V副邊輸出將會(huì)被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。比較器A1將ZDl(結(jié)點(diǎn)A)的參考電壓和通過分壓電路R7和R8的輸出電壓進(jìn)行比較,因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài),可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓,補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。隨著光電耦合器的使用時(shí)間增加和傳輸比即增益的下降,為了防止控制失靈,給Q2提供充足的驅(qū)動(dòng)電流裕量是很有必要的。
光電耦合器實(shí)物圖光電耦合器的種類較多,常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。(外形有金屬圓殼封裝,塑封雙列直插等)?;驹碓诠怆婑詈掀鬏斎攵思与娦盘?hào)使發(fā)光源發(fā)光,光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)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(yīng)而產(chǎn)生了光電流,由受光器輸出端引出,這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)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(hào)放大。 光的發(fā)射部分主要由發(fā)光器件構(gòu)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(shí),能將電能轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng),但發(fā)光二極管在使用時(shí)必須加正向電壓。光的接收部分主要由光敏器件構(gòu)成,光敏器件一般都是光敏晶體管, 光敏晶體管是利用 PN 結(jié)在施加反向電壓時(shí),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(hào)放大部分主要由電子電路等構(gòu)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(shí)把電信號(hào)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(shí)現(xiàn)電→光→電的轉(zhuǎn)換,從而實(shí)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(hào)在傳輸時(shí)具有單向性等優(yōu)點(diǎn), 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?。?pF以內(nèi))所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對(duì)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(guān)系,當(dāng)IF=0時(shí),發(fā)光二極管不發(fā)光,此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流,一般很小。當(dāng)IF>0時(shí),在一定的IF作用下,所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系,用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)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(cè)試連線如圖2,圖中D、C、E三根線分別對(duì)應(yīng)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(dǎo)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(shí),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(shí)間Tr (Rise Time)& 下降時(shí)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(yīng)的脈沖波,從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%,所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%,所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復(fù)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(gè)偏置電流,再把信號(hào)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(hào),其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài),傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí),輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間,不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。
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