光電耦合器的工作原理

1、光電耦合器的工作原理光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當輸入電信號加到輸入端發(fā)光器件LED上，LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標準數(shù)字電平輸出，這樣就實現(xiàn)了電-光-電的轉(zhuǎn)換及傳輸,光是傳輸?shù)拿浇椋蚨斎攵伺c輸岀端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來的一種半導體光電器件，由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸點輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點， 被廣泛地應用在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動控制領(lǐng)域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離

2、電路、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。為使讀者了解與應用光電耦合器，今介紹幾種光電耦合器件及應用電路1器件選擇(1) 三極管輸出型光電耦合器三極管輸出型光電耦合器電路如圖 461中(a)所示，它是由兩部分組成的。 其中，12端為輸入端，通常由發(fā)光器件構(gòu)成；4、5、6端接一只光敏三極管構(gòu) 成輸出端，當接收到發(fā)射端發(fā)出的紅外光后，在三極管集電極中便有電流輸出。(b)圖 46-1三極管輸出型光電耦合器的特點，是具有很高的輸入輸出絕緣性能，頻率響應可 達300kHz開關(guān)時間數(shù)微秒。(2) 可控硅輸出型光耦合器可控硅輸出型光耦合器的電路如圖 46?中(b)所示。該

3、器件為六腳雙列式封裝。當1、2端加入輸入信號后，發(fā)射管發(fā)出的紅外光被接在4、5、6腳的光敏可控硅接收，使其導通。它可應用在低電壓電子電路控制高壓交流回路的開啟。(3) 光耦合的可控硅開關(guān)驅(qū)動器圖462中（a）為光敏雙向開關(guān)器件；圖46?中（b）為過零控制電路及光敏雙 向開關(guān)器件組合體。它們的工作原理是：利用輸入端紅外光控制輸出端的光敏雙 向開關(guān)導通，進而觸發(fā)外接雙向可控硅導通，達到控制負載接入交流220V回路S ! 的目的。圖中（a）為非過零控制，圖中（b）為過零控制。本驅(qū)動器有非常好的 輸入與輸出絕緣性，可構(gòu)成固態(tài)繼電器的控制電路，其輸出的控制功率由可控允 許功率決定。cdpFTP圖 46-

4、2（4）達林頓管輸出的光檢測器達林頓管輸出的光檢測器如圖46?中 （a）所示。它是由兩只管子組成復合管， 具有很高的電流放大能力，形成下一級或負載的驅(qū)動電流，有較強的光檢測靈敏 度。（5）數(shù)字電路光耦合器數(shù)字電路光耦合器電路如圖46?中（b）所示。光耦合器輸出為施密特觸發(fā)電路 形式，其特點是響應速度快、數(shù)字邏輯可靠，應用于計算機接口、數(shù)控電源及電 動機控制中。（6）雙向開關(guān)觸發(fā)器輸出的光檢測器圖463中的（c）為雙向開關(guān)觸發(fā)器輸出的光檢測器電路。該圖為三端器件， 內(nèi)部是光敏雙向開關(guān)器件，收到紅外光線后，雙向開關(guān)器件導通，觸發(fā)外接可控 硅導通，使負載接入220V回路中。圖 46-32.應用電路（

5、1）開關(guān)電路對于開關(guān)電路，往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離，這對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實現(xiàn)了。圖46?中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關(guān)電路。在圖中，當無脈沖信號輸入時，三極管 BG處于截止狀態(tài)，發(fā)光二極管無電流流 過不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當于開關(guān)“斷開”。當輸入端加有脈沖 信號時，BG導通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當于開關(guān)“接 通”。故稱無信號時開關(guān)不通，為常開狀態(tài)。圖464中（b）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因為無信號輸入時，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，使 a、b(a)(b)圖 46-

6、4兩端處于導通狀態(tài)，相當于開關(guān)“接通”。當有信號輸入時，BG 導通，由于BG 的集電結(jié)壓降在0. 3V以下，遠小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷海?所以發(fā)光二極 管無電流流過不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當于開關(guān)“斷開”，故稱“常 閉”式。可見，開關(guān)a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應滿足 a端電位 為正，b端為負，并使U&ab3V為好，同時還應注意Uab應小于光電三極管的BVceo）依據(jù)圖464的原理，光電耦合器可以組成如圖 465中（a）、 （b）等多種形式。圖 46-5圖中（a）為單刀雙擲開關(guān)電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號時“od”組接通，“ob”組關(guān)斷。圖中

7、（b）為雙刀雙擲開關(guān)電路，無輸入 信號時，BG截止，“ob”與“od”組斷開，“oa”與“oc”組接通；BG導通（即 有信號輸入時），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組斷開。它們適于 自動控制和遙控設備中使用。（2）光耦合的可控硅開關(guān)電路圖466中（a）所示電路為光耦合器構(gòu)成的可控硅開關(guān)電路?？煽毓鑃CF的觸發(fā)電壓取自電阻R,其大小由通過光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡單，控制端與輸出端有可靠的電隔離。圖 46-6圖中（b）所示電路，為控制負載為純電阻（如白熾燈泡）的開關(guān)電路，圖中R1的阻值由下式確定：R仁V/1. 2A 1. 2A 為雙向開關(guān)的額定電流。當主電

8、網(wǎng)電壓為 220V時，V=/2 220=308V 則 R1=308/1 2=250Q .所以，可控硅 SCR勺規(guī)格應依R1的大小進行選擇。當開關(guān)電路的負載為感性負載（如電動機等），則由于流過感性負載（線圈）的 電流與電壓的相位不同，需增加相應元件，方能保證開關(guān)電路的正常工作，如圖 46?所 示。圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流，是由R3與C的不同數(shù)值而決定的，見表46 1。表461 IG、R3及三者關(guān)系表/IG（Ma）/R3（k Q）/C（卩 F）/15/2.4/0.1/30/1.2/0.2/50/0.8/0.3/圖467的開關(guān)電路，特別適于遙控時選用圖 46-7（3）電平轉(zhuǎn)換電路對于不同電平的

9、轉(zhuǎn)換電路或輸入、 輸出電路的電位需要分開時，采用光電耦合器就顯得十分方便了。中圖469的（a）與（b）圖示電路，就是 5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進行電平轉(zhuǎn)換的基本電路。圖 46-9圖（a）中，TTL門電路導通時，即輸出低電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管 輸出高電平；TTL門電路截止時，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出低電平。圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管輸出低電平；TTL導通輸出低電平，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出高電平。在進行具體應用時，因CMO集成電路在低電平時的電流只有12mA難以直接 驅(qū)動所接的負載，故一般需加一

10、級三極管放大電路來驅(qū)動。（5）高壓穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大管需選用耐壓高的三極管，若利用光電耦合器的輸入 與輸出間絕緣良好的特點，便可實現(xiàn)高壓控制。圖4610中的（a）與（b）所示的電路，就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。(a(b)圖 46-10圖（a）中，當輸出電壓因某種原因?qū)е律邥r，貝UBG5勺偏壓增加，發(fā)光二極管的正向電流增大，使光電三極管集電結(jié)電壓減小，即引起調(diào)整管BG1發(fā)射結(jié)電 壓下降，其集電結(jié)電壓上升，從而使原來升高的輸出電壓減小， 保持輸出電壓的 穩(wěn)定。BG3管為限流保護電路。光電耦合器是工作在放大狀態(tài)的。（3）用于雙穩(wěn)態(tài)輸出的光耦合電路圖468中（a）所示電路，為光電耦合器控制的雙穩(wěn)態(tài)輸出開關(guān)電路，它的特 點是由于光電耦合開關(guān)接在兩管的發(fā)射極回路上，故能有效地解決輸出與負載間 的隔離問題。圖 46-8 (a)圖4