光電耦合器的發(fā)展及應用

1、”5國外電子元器件6年第期年月隨著半導體技術和光電子學的發(fā)展一種能有效地隔離噪音和抑制干擾的新型半導體器件光電耦合器于年問世了"光電耦合器的優(yōu)點是體積小!壽命長!無觸點!抗干擾能力強!能隔離噪音!工作溫度寬輸入輸出之間電絕緣單向傳輸信號及邏輯電路易連接等"光電耦合器按光接收器件可分為有硅光敏器件光敏二極管!雪崩型光敏二極管!°©®光敏二極管!光敏三極管等!光敏可控硅和光敏集成電路"把不同的發(fā)光器件和各種光接收器組合起來就可構成幾百個品種系列的光電耦合器因而該器件已成為一類獨特的半導體器件"其中光敏二極管加放大器類的光電耦合器

2、隨著近年來信號處理的數(shù)字化!高速化以及儀器的系統(tǒng)化和網絡化的發(fā)展其需求量不斷增加"光電耦合器的結構特點光電耦合器的主要結構是把發(fā)光器件和光接收 器件組裝在一個密閉的管殼內然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端而把光接收器的管腳作為輸出端"當在輸入端加電信號時發(fā)光器件發(fā)光"這樣光接收器件由于光敏效應而在光照后產生光電流并由輸出端輸出"從而實現(xiàn)了以/光0為媒介的電信號傳輸而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的"這樣就構成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導體光電子器件"光電耦合器的封裝形式一般有管形!雙列直插式和光導纖維連接三種"圖是三種

3、系列的光電耦合器電路圖"光電耦合的主要特點如下p 輸入和輸出端之間絕緣其絕緣電阻一般都大于8耐壓一般可超過˶有的甚至可以達到˶以上"p 由于/光0傳輸?shù)膯蜗蛐运孕盘枏墓庠磫蜗騻鬏數(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"p 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的電壓信號"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"p 容易和邏輯電路配合"p 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級

4、"p 無觸點!壽命長!體積小!耐沖擊"光電耦合器的發(fā)展現(xiàn)狀日本光電耦合器的市場雖不太大但卻以”的年增長率增大其主要原因是每一個程序控制器里都要用到*“個甚至更多的光電耦合器"現(xiàn)在光電耦合器已顯示出一種朝大容量和高速度方向發(fā)展的明顯趨勢"美!日兩國生產的光電耦合器以紅外發(fā)光二極管和光敏器件管組成的器件為主該類器件大約占整個美!日兩國生產的全部光電耦合器的左右"因為這種類型的器件不僅電流傳p 綜述圖三種系列的光電耦合器電路圖光電耦合器的發(fā)展及應用信息產業(yè)部電子第”研究所程開富Dev e l o p m en t and A pp l i ca t

5、ion of O p toe l e ct ron Cou p l e d De v i ce s£ÈÅÎÇ«ÁÉÆÕ摘要半導體光電耦合器現(xiàn)已發(fā)展成為一類特殊的半導體隔離器件"它體積小!壽命長!無觸點!抗干擾!能隔離并具有單向信號傳輸和容量連接等功能"文中介紹了光電耦合器的典型結構和特點以及國內外的發(fā)展現(xiàn)狀最后給出了半導體光電隔離耦合器件的多種應用電路實例"關鍵詞發(fā)光器件光接收器件輸入輸出光電耦合器分類號´®“文獻標識碼¢文章編號”“光

6、電耦合器的發(fā)展及應用 圖雙路高速高增益光電耦合器原理圖輸效率高一般為*“而且響應速度比較快*L Ó因而能夠滿足大多數(shù)應用場合要求"日本橫河電機公司用§Á¡Ó°紅外發(fā)光二極管作輸入端°©®光電二極管作接收端制成的三種高速光電耦合器的絕緣電壓都在“伏以上其中”“型超高速數(shù)字光電耦合器和”“型高共模抑制型光電耦合器的響應速度均可達到-ÂÓ它們的電流傳輸效率高達以上"美國莫托羅拉公司生產的”®!”®!”®型光電耦合器屬于三極管輸出型光電耦合器&

7、#187;½這種光電耦合器具有很高的輸入!輸出絕緣性能其頻率響應可達“˨Ú而開關時間只有幾微秒"在日本電氣公司®¥£生產的高速光電耦合器中°³型光電耦合器是一種通用的四腳扁平組件它采用砷鋁鎵紅外發(fā)光二極管和硅光電晶體管組合而成并將其封裝”ÍÍ“的體積之內其響應速度為L Ó"而°³”和°³”型光電耦合器則是將砷鋁鎵發(fā)光二極管和光電晶體管集成在同一襯底上的六腳封裝組件它們的大小為“ÍÍ“響應時間為“

8、L Ó"近幾年來國內有關單位投入大量人力物力也研究和開發(fā)了各種光電耦合器件"如上海半導體器件八廠!上海無線電十七廠等"而重慶光電技術研究所為了適應市場需要研制出了一種由高速響應發(fā)光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益光電耦合器"這種光電耦合器的輸入端由兩只§Á¡Ì¡Ó側面發(fā)光管組成其輸出端由兩只³É°©®光電探測器以及兩個高速高增益線性放大電路組成"圖所示為其原理電路圖除此之外重慶光電技術研究所還研制出了高

9、速高壓光電耦合器!§§©型射頻信號光電耦合器!§§©型高壓脈沖測量光電耦合器!§¨”µ型高壓傳輸光電耦合器以及§¨¹型和§¯¨±©型光電耦合器等"“典型應用“用作固體繼電器光電耦合器是一種將發(fā)光二極管和光敏三極管組裝在一起的新穎光電器件它采用光信號來傳遞信息從而使電路的輸入與輸出在電氣上處于完全隔離的狀態(tài)這種信息傳遞方式是所有采用變壓器和繼電器作隔離來進行信號傳遞的一般解決方案所不能相比的"由于光電耦合器具

10、有可單向傳遞信息!通頻帶寬!寄生反饋小!消噪能力強!抗電磁干擾性能好等特點因而無論在數(shù)字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應用"采用光電耦合器作固體繼電器具有體積小!耦合密切!驅動功率小!動作速度快!工作溫度范圍寬等優(yōu)點"圖“所示是一個光電耦合器用作固體繼電器的實際電路圖它的左半部分電路可用于將輸入的電信號¶É變成光電耦合器內發(fā)光二極管發(fā)出的光信號而右半部分電路則通過光電耦合器內的光敏三極管再將光信號還原成電信號所以這是一種非常好的電光與光電聯(lián)合轉換器件"圖中所用的光電耦合器的電流傳輸比為耐壓為¶驅動電流在*Í

11、1;之間"在實際使用中由于它沒有一般電磁繼電器常見的實際接點因此不存在接觸不良和燃弧打火等現(xiàn)象也不會因受外力或機械沖擊而引起誤動作"所以它的性能比較可靠工作十分穩(wěn)定"“光電耦合器在電話保安裝置中的應用為了防止電話線路被并機竊用或電話機被盜用通話可以利用光電耦合器來設計一個簡單實用的電話保安電路其實際電路如圖”所示"圖中由¶¤*¶¤”組成極性轉換電路"由于在將本保安器接入電話線路中時不需要分清電話線路反饋電壓的極性因圖“光電耦合器用作固體繼電器的電路圖5國外電子元器件6年第期年月 圖光電耦合器代替音頻變壓器

12、實用電路圖”光電耦合器用于電話保安裝置此使用該保安器可以給安裝帶來很大的方便"平時在掛機狀態(tài)下線路中的”¶或¶饋電壓交換機型號不同時該饋電壓也有所不同經¶¤*¶¤”整流!²限流!齊納二極管¶¤穩(wěn)壓后使©£的輸入端發(fā)光管點亮導致©£輸出端的受光器件轉為導通狀態(tài)而使晶體管¶呈截止狀態(tài)繼電器«不工作控制線路中的觸點«斷開²不接入電話線路中電路處在正常的監(jiān)控狀態(tài)"同時«也處在斷開位置電子報警蜂鳴器不發(fā)聲&

13、quot;一旦有并機竊用或電話機被盜用時線路中的饋電電壓下降至*¶由于該*¶的電壓經¶¤*¶¤”整流后不能使¶¤擊穿因此將不能點亮©£輸入端的發(fā)光管這將使輸出端由導通轉為截止而使阻值呈現(xiàn)無窮大進而使¶的基極通過電阻²“獲得基流而導通繼電器吸合使«觸點閉合電阻²被并接到電話線路中而使線路中的電壓進一步下降到“伏以下使電話不能被并機竊用同時電話機因電壓不正常而不能工作從而起到了防止電話線路被并機竊用或電話機被盜用的目的"與此同時«閉合接通電

14、子蜂鳴器電源使之發(fā)出報警聲"并將電子蜂鳴器外殼上的兩個發(fā)光二極管點亮發(fā)光"如果電話戶主接打電話只需按一下³¢使其斷開即切斷保安器的供電電源即可"該電話保安器的©£可選用”®!”®“等型號的光電耦合器"繼電器«可選用工作電壓為直流伏的ª²¸¦等型號的繼電器"為縮小機殼體積電池可選用伏疊層電池"³¢為常閉型按紐開關"¢可選擇¦-±型!¦-±“型電子蜂鳴

15、器其余參數(shù)均可按圖中標注來選用"“用光電耦合器代替音頻變壓器在線性電路中兩級放大器之間常用音頻變壓器作耦合"這種耦合的缺點是會在變壓器鐵芯中損耗掉一部分功率并可能造成某些失真"而如果選用光電耦合器來代替音頻變壓器就可以克服上述這些缺點"目前利用光電耦合器代替音頻變壓器的應用電路有多種形式圖所示是比較實用的一種"當輸入信號¶É經三極管¢§!¢§前級放大之后驅動光電耦合器左邊的¬¥¤發(fā)光并被右邊的光敏管全部吸收并轉換成電信號此信號經后級電路的¢§“放大并由該管的發(fā)射極通過電容器£“后輸出一個不失真的放大信號¶"由于該電路將前后兩級放大器之間完全隔離因而杜絕了地環(huán)路可能引起的干擾"同時由于該電路還具有消噪功能因此避免了信號的失真"整個電路的總增益可望達到Ä¢以上帶寬約˨Ú"另外利用光電耦合器還可以構成與門!或門!與非門等邏輯電路以及隔離固體開關電路!雙穩(wěn)態(tài)電路斬波器和差分放大電路等多種電路"”結論光電耦合器在多種電子設備中的應用非常廣泛&q