光耦合器
英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器或光電耦合器,簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線,受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流,從輸出端流出,從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器,由于它具有體積小、壽命長、無觸點,抗干擾能力強,輸出和輸入之間絕緣,單向傳輸信號等優(yōu)點,在數(shù)字電路上獲得廣泛的應用。
工作原理
耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用,
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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長的光,被光探測器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換,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,電信號傳輸具有單向性等特點,因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件,因而具有很強的共模抑制能力。所以,它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件,可以大大提高計算機工作的可靠性。
優(yōu)點
光耦合器的主要優(yōu)點是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離,輸出信號對輸入端無 影響,抗干擾能力強,工作穩(wěn)定,無觸點,使用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件,現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中,利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路,通過調節(jié)控制端電流來改變占空比,達到精密穩(wěn)壓目的。
光電耦合器分為兩種:一種為非線性光耦,另一種為線性光耦。
由于光電耦合器的品種和類型非常多,在光電子DATA手冊中,其型號超過上千種,通常可以按以下方法進行分類:
⑴按光路徑分,可分為外光路光電耦合器(又稱光電斷續(xù)檢測器)和內光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。
⑵按輸出形式分,可分為:
a、光敏器件輸出型,其中包括光敏二極管輸出型,光敏三極管輸出型,光電池輸出型,光可控硅輸出型等。
b、NPN三極管輸出型,其中包括交流輸入型,直流輸入型,互補輸出型等。
c、達林頓三極管輸出型,其中包括交流輸入型,直流輸入型。
d、邏輯門電路輸出型,其中包括門電路輸出型,施密特觸發(fā)輸出型,三態(tài)門電路輸出型等。
e、低導通輸出型(輸出低電平毫伏數(shù)量級)。
f、光開關輸出型(導通電阻小余10Ω)。
g、功率輸出型(IGBT/MOSFET等輸出)。
⑷按傳輸信號分,可分為數(shù)字型光電耦合器(OC門輸出型,圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等)和線性光電耦合器(可分為低漂移型,高線性型,寬帶型,單電源型,雙電源型等)。
⑸按速度分,可分為低速光電耦合器(光敏三極管、光電池等輸出型)和高速光電耦合器(光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型)。
⑹按通道分,可分為單通道,雙通道和多通道光電耦合器。
⑺按隔離特性分,可分為普通隔離光電耦合器(一般光學膠灌封低于5000V,空封低于2000V)和高壓隔離光電耦合器(可分為10kV,20kV,30kV等)。
⑻按工作電壓分,可分為低電源電壓型光電耦合器(一般5~15V)和高電源電壓型光電耦合器(一般大于30V)。
1.輸入和輸出端之間絕緣,其絕緣電阻一般都大于10000MΩ,耐壓一般可超過1kV,有的甚至可以達到10kV以上。
2.由于光接收器只能接受光源的信息,反之不能,所以信號從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象,其輸出信號也不會影響輸入端。
3.由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅動性器件,而噪音是一種高內阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大,所以,光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。
4.容易和邏輯電路配合。
5.響應速度快。光電耦合器件的時間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒極。
6.無觸點、壽命長、體積小、耐沖擊。
性能特點
光耦合器的技術參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外,在傳輸數(shù)字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數(shù)。
電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù),通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時,它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。采用一只光敏三極管的光耦合器,CTR的范圍大多為20%~300%(如4N35),而PC817則為80%~160%,達林頓型光耦合器(如4N30)可達1
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