光電耦合器moc

1、光電耦合器本詞條由科普中國”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目審核。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。中文名光電耦合器外文名opticalcoupler英文縮寫OC目錄1基本資料?簡(jiǎn)介2工作原理?基本原理?基本工作特性（光敏三極管）3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4儀器測(cè)試5應(yīng)用.?開關(guān)電路.6具體應(yīng)用.?組成開關(guān)電路.?組成邏輯電路.?隔離耦合電路.?高壓穩(wěn)壓電路.?門廳照明燈自動(dòng)控制電路.7分類

2、.?按光路徑分.?按輸出形式分.?按封裝形式分.?按傳輸信號(hào)分.?按速度分.?按通道分.?按隔離特性分.?按工作電壓分.8選取原則.9發(fā)展現(xiàn)狀注意事項(xiàng).10發(fā)展現(xiàn)狀.11應(yīng)用前景基本資料簡(jiǎn)介光電耦合器(opticalcoupler，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

3、成了電一光一電的轉(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

4、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）。工作原理基本原理在光電耦合器輸入端加電信號(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

5、，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，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)

6、生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實(shí)現(xiàn)電光r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?；竟ぷ魈匦?光敏三極管)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小(2pF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

7、>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.隔離電壓Vio(IsolationVoltage)光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。1 .隔離電容Cio(IsolationCapacitance):由耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值.隔離電阻Rio:(IsolationResistance)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(Cu

8、rrentTransferRadio)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(RiseTime)&下降時(shí)間Tf(FallTime)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

9、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)之間存在一定的延退時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延退時(shí)間相差很大。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個(gè)密閉的管殼內(nèi)，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(dāng)在輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器件發(fā)光。這樣，光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。從而實(shí)現(xiàn)了以光”為媒介的電信號(hào)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(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號(hào)的新型半導(dǎo)體光電子器件。光電

10、耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接三種。具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng).無觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。特點(diǎn)光電耦合的主要特點(diǎn)如下：:光信號(hào)單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無反饋，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號(hào)傳遞。隔離性能好，輸入端與輸出端之間完全實(shí)現(xiàn)了電隔離。光信號(hào)不受電磁波干擾，工作穩(wěn)定可靠。光發(fā)射器件與光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高，光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒級(jí)?？构材８蓴_能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。無觸點(diǎn)，使用壽命長，體積小，耐沖擊能力強(qiáng)。易與邏輯電路連接。工作溫度范圍

11、寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。由于光電耦合器的輸入端是發(fā)光器件，發(fā)光器件是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號(hào)。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。它在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制電路中作為信號(hào)隔離的接口元件可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10Q,耐壓一般可超過1kV,有的甚至可以達(dá)到10kV以上。由于光”傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信?hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象

12、,其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。由于發(fā)光器件（碑化鐐紅外二極管）是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流的電壓信號(hào)。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。它在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制電路中作為信號(hào)隔離的接口元件可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。儀器測(cè)試光電耦合器的測(cè)試1、用萬用表判斷好壞，如圖3,斷開輸入端電源，用RX1k檔測(cè)1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應(yīng)為無限大。1、2腳與3、

13、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP,3、4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用RX10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。2、簡(jiǎn)易測(cè)試電路，如圖（4）,當(dāng)接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB,LED會(huì)發(fā)光,調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，說明被測(cè)光電耦合器是好的。應(yīng)用所以，它在各種電路中得在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。開關(guān)電路圖1I*111對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)

14、了。圖1中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡(jiǎn)單開關(guān)電路。在圖1（a）中，當(dāng)無脈沖信號(hào)輸入時(shí)，三極管BG處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，貝Ua、b兩端電阻非常大，相當(dāng)于開關(guān)斷開”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號(hào)時(shí)，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，圖1相當(dāng)于開關(guān)接通”。故稱無信號(hào)時(shí)開關(guān)不通，為常開狀態(tài)。圖1中（b）所示電路則為常閉”狀態(tài)，因?yàn)闊o信號(hào)輸入時(shí)，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，使a、b兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)接通”。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在0.3V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則a、b兩

15、端電阻極大，相當(dāng)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(yīng)滿足a端電位為正，b端為負(fù)，并使U&ab>3V為好，同時(shí)還應(yīng)注意Uab應(yīng)小于光電三極管的BVceo。依據(jù)圖1的原理，光電耦合器可以組成如圖2中（a）、（b）等多種形式。具體應(yīng)用光電耦合器具體應(yīng)用組成開關(guān)電路當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)斷開”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)接通”.該電路因Ui為低電平時(shí)，開關(guān)不通，故為

16、高電平導(dǎo)通狀態(tài).同理，圖2電路中，因無信號(hào)（Ui為低電平）時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)。組成邏輯電路電路與門”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A.B.兩只光敏管串聯(lián)，只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí)，輸出P=1。同理，還可以組成或門”、與非門”、或非門”等邏輯電路。隔離耦合電路這是一個(gè)典型的交流耦合放大電路.適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。高壓穩(wěn)壓電路驅(qū)動(dòng)管需采用耐壓較高的晶體管（圖中驅(qū)動(dòng)管為3DG27）。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，V55的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓

17、降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定。門廳照明燈自動(dòng)控制電路A是四組模擬電子開關(guān)（S1S4）:S1,S2,S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動(dòng)功率及抗干擾能力）用于延時(shí)電路，當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4,B6驅(qū)動(dòng)雙向可控硅VT,VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測(cè)電路。當(dāng)門關(guān)閉時(shí)，安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開，S1,S2,S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家打開門，磁鐵遠(yuǎn)離KD,KD觸點(diǎn)閉合。此時(shí)9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V,整流電壓經(jīng)S1,S2,S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明控制作用。房

18、門關(guān)閉后，磁鐵控制KD,觸點(diǎn)斷開，9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開始對(duì)R3放電，經(jīng)一段時(shí)間延退后，C1兩端電壓逐漸下降到S1,S2,S3的開啟電壓（1.5v）以下，S1,S2,S3恢復(fù)斷開狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來，實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)燈功能。分類由于光電耦合器的品種和類型非常多，在光電子DATA手冊(cè)中，其型號(hào)超過上千種，通?？梢园匆韵路椒ㄟM(jìn)行分類: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(cè)器）和內(nèi)光路光電耦合命。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。按輸出形式分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。

19、b、NPN三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補(bǔ)輸出型等。c、達(dá)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(dǎo)通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級(jí)）。f、光開關(guān)輸出型（導(dǎo)通電阻小余10Q）。g、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。按封裝形式分可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型按傳輸信號(hào)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）。按速度分可分為

20、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(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型）。按通道分可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。按隔離特性分可分為普通隔離光電耦合器（一般光學(xué)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）。按工作電壓分可分為低電源電壓型光電耦合器（一般515V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）。選取原則在設(shè)計(jì)光耦光電隔離電路時(shí)必須正確選擇光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：（1）由于光電耦合器為信號(hào)單向傳輸器件，而電路中數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，電路板的尺寸要求一定，結(jié)合電路設(shè)計(jì)的實(shí)際要

21、求，就要選擇單芯片集成多路光耦的器件。1（2）光耦合器的電流傳輸比（CTR）的允許范圍是不小于500%。因?yàn)楫?dāng)CTR<500%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流（>5.0mA）,才能保證信號(hào)在長線傳輸中不發(fā)生錯(cuò)誤，這會(huì)增大光耦的功耗。1（3）光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一，光耦開關(guān)速度過慢，無法對(duì)輸入電平做出正確反應(yīng)，會(huì)影響電路的正常工作。1（4）推薦采用線性光耦。其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。設(shè)計(jì)中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信號(hào)，故此，電路工作在非線性狀態(tài)。而在線性應(yīng)用中，因?yàn)樾盘?hào)不失真的傳輸，所以，應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)工作的要求，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路工作在線性狀態(tài)。1通常情況下，單芯片集成多路光耦的器件速度都比較慢，而速度快的器件大多都是單路的，大量的隔離器件需要占用很大布板面積，也使得設(shè)計(jì)的成本大大增加。在設(shè)計(jì)中，受電路板尺寸、傳輸速度、設(shè)計(jì)成本等因素限制，無法選用速度上非常占優(yōu)勢(shì)的單路光耦器件，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4。1發(fā)展現(xiàn)狀注意事項(xiàng)第一、必須加反向電壓；第二、光敏晶體管管殼必須保持清潔。1發(fā)展現(xiàn)狀日本光電耦合器的市場(chǎng)