《電子技術(shù)應(yīng)用》
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貼片式光電耦合器介紹及應(yīng)用
方佩敏
摘要: 目前極大多數(shù)的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管,,輸出部分采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅,。這是因?yàn)榉逯挡ㄩL900~940nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅光電器件的響應(yīng)峰值波長相吻合,,可獲得較高的信號傳輸效率。
Abstract:
Key words :

目前極大多數(shù)的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管,,輸出部分采用硅光電二極管,、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅。這是因?yàn)榉逯挡ㄩL900~940nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅光電器件的響應(yīng)峰值波長相吻合,,可獲得較高的信號傳輸效率,。
光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種發(fā)光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實(shí)現(xiàn)電—光—電信號的變換,,并且輸入信號與輸出信號是隔離的,。
光耦的結(jié)構(gòu)  
 光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(剖面)如圖1所示。光耦輸入部分大都是紅外發(fā)光二極管,,輸出部分有不同的光敏器件,,如圖2所示。

 這里要說明的是,,圖2(c)的輸入部分有兩個背對背的紅外發(fā)光二極管,,它用于交流輸入的場合;圖2(d)采用達(dá)林頓輸出結(jié)構(gòu),,它可使輸出獲得較大的電流,;圖2(e)、2(f)的輸出由光觸發(fā)雙向可控硅組成,,它們主要用來驅(qū)動交流負(fù)載,。圖2(e)與圖2(f)的差別是圖2(f)有過零觸發(fā)控制(圖中的“ZC”即“過零”的意思),而圖2(e)沒有過零觸發(fā)控制電路,。
基本電路  
 光耦的基本電路如圖3所示,。圖3(a)的負(fù)載電阻RL接在發(fā)射極及地之間,,圖3(b)的負(fù)載電阻RL接在電源Vdd與集電極之間。
 在圖3(a)中,,輸入端加上Vcc電壓,,經(jīng)限流電阻Rin后,有一定的電流IF流經(jīng)紅外發(fā)光二極管,,IF與Vcc,、發(fā)光二極管的正向壓降VF及Rin的關(guān)系為:IF=(Vcc-VF)/Rin。式中的VF取1.3V,。IF的最大值由資料給出(一般工作時IF≤10mA),。
 發(fā)光二極管發(fā)光后,光電三極管導(dǎo)通,,集電極電流Ic由Vdd經(jīng)光電三極管流過RL到地,,使輸出電壓Vout=Ic×RL(或Vout=Vdd-VCE,VCE為光電三極管的管壓降),。
 圖3(b)的工作原理與圖3(a)相同,,不再重復(fù)。圖3中輸入,、輸出也可用各自的地,。
 從圖3(a)可以看出;輸入端不加Vcc電壓,,輸出端Vout=0V,,輸入端加了Vcc電壓,負(fù)載得電,,這個功能相當(dāng)于“繼電器”,。如果在輸入端加幅值為5V的脈沖(如圖4所示),輸出端Vdd=12V,,RL=10kΩ,,則輸出的脈沖幅值接近12V,,從這功一能來看,,相當(dāng)于“變壓器”;若輸入電壓從0躍變到+5V,,輸出則從0躍變到接近12V,,它又可用作電平轉(zhuǎn)換。
特點(diǎn)及應(yīng)用范圍   
 光耦的主要特點(diǎn):輸入與輸出之間絕緣(絕緣電壓可達(dá)數(shù)千伏),;信號傳輸為單方向,,輸出信號不會對輸入信號有影響;能傳輸模擬信號也可傳輸數(shù)字信號,;抗干擾能力強(qiáng),;體積小,、壽命長;由于無觸頭,,因此抗振性強(qiáng),。近年來由于生產(chǎn)工藝改進(jìn),SMT的發(fā)展,,開發(fā)出性能更好,、尺寸更小的貼片式光耦,它由DIP6管腳封裝改進(jìn)成4管腳封裝,,不僅改小尺寸,,并且減小了干擾,如圖5所示,,但有一些公司其管腳仍按6管腳排列,,如圖2所示。頂面有圓圈者為第1管腳,,如圖6所示,。
  
 由于該類器件有上述特點(diǎn),它主要應(yīng)用于隔離電路,、開關(guān)電路,、邏輯電路、信號長線傳輸,、線性放大電路,、隔離反饋電路、控制電路及電平轉(zhuǎn)換電路等,。
光耦主要參數(shù)
 本文介紹NEC公司及TOSHIBA公司生產(chǎn)的一些常用的貼片式光耦及其主要參數(shù),。主要參數(shù)如表1及表2所示。
 
這里要說明一下電流傳輸比(CTR)這個參數(shù)的意義,。CTR是Current Transfer Ratio
的縮寫,。它是在一定工作條件下(IF及VCE),光耦的輸出電流Ic與輸入電流IF的比值,,一般用百分比表示,,其值低的從幾到幾十,高的從幾十到幾百,,達(dá)林頓輸出型可達(dá)上千,。CTR大,則在同樣的IF下,,輸出電流Ic大,,驅(qū)動負(fù)載的能力也強(qiáng)(或者說IF較小可獲得大的Ic)。
 這里順便指出,,當(dāng)用光電耦合器作交流信號傳輸時,,必須考慮它的頻率特性,。采用GaAs發(fā)光二極管及硅光電三極管的光耦,其最高工作頻率約為500kHz,;其響應(yīng)時間小于10μs,。
 在使用時要注意的紅外發(fā)光二極管的反壓VR一般是很低的,有的VR僅3V,。因此在使用時輸入端不能接反,,防止紅外發(fā)光二極管因反壓過高而擊穿(可在1腳、3腳接一個反向二極管來保護(hù),,如圖4所示),。
光耦的簡易測量方法   
 光電三極管輸出的光耦是應(yīng)用最廣泛的,若頂面印刷字跡或圓點(diǎn)看不清楚,,可采用指針式三用表來測量,,確認(rèn)哪個管腳是1腳,并且也可簡易測出光耦的好壞,。
 由于它是一個二極管及一個三極管c,、e極組成的,所以用R×1k擋來測量是十分方便的,。只要測出一個二極管:黑表筆接二極管的陽極,,紅表筆接二極管的陰極,其阻值約30kΩ,,則黑表筆端即1腳,。如圖7所示,其它三種測量都應(yīng)是R=∞(表筆不動),。若光電三極管的測量電阻不是∞,,則此光耦不能用。

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