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光耦合器的技術(shù)特性與應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2008-11-04

中心議題:

  • 光耦合器的優(yōu)點(diǎn)
  • 光耦合器的性能及類(lèi)型

解決方案:

  • 光耦合器具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力
  • 輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻
  • 盡量消除暗電流的影響,使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用

 

光耦合器(optical coupler,英文縮寫(xiě)為OC)亦稱光電隔離器,簡(jiǎn)稱光耦。光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(lèi)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(zhǎng)的光,被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—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。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(qiáng)的共模抑制能力。所以,它在長(zhǎng)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(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件,可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。
  
光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是:信號(hào)單向傳輸,輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離,輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響,抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定,無(wú)觸點(diǎn),使用壽命長(zhǎng),傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件,現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中,利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路,通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比,達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。
  
十幾年來(lái),新型光耦合器不斷涌現(xiàn),滿足了各種光控制的要求。其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到計(jì)測(cè)儀器,精密儀器,工業(yè)用電子儀器,計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備、通信機(jī)、信號(hào)機(jī)和道路情報(bào)系統(tǒng),電力機(jī)械等領(lǐng)域。這里側(cè)重介紹該器件的工作特性,驅(qū)動(dòng)和輸出電路及部分實(shí)際應(yīng)用電路。
  
近年來(lái)問(wèn)世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào),使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。下面分別介紹光耦合器的工作原理及檢測(cè)方法。
  
光耦合器的性能及類(lèi)型
用于傳遞模擬信號(hào)的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過(guò)發(fā)光二極管時(shí),便形成一個(gè)光源,該光源照射到光敏三極管表面上,使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流,該電流的大小與光照的強(qiáng)弱,亦即流過(guò)二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過(guò)光信號(hào)來(lái)傳輸,因而兩部分之間在電氣上完全隔離,沒(méi)有電信號(hào)的反饋和干擾,故性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf左右)、耐壓高(2.5KV左右),故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外,因其輸入電阻?。s10Ω),對(duì)高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因此,由光耦合器構(gòu)成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。
  
事實(shí)上,光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件,其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似,因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路,并且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而,這類(lèi)放大電路的工作穩(wěn)定性較差,無(wú)實(shí)用價(jià)值。究其原因主要有兩點(diǎn):一是光耦合器的線性工作范圍較窄,且隨溫度變化而變化;二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù)β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,除應(yīng)選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)隔離外,還必須在電路上采取有效措施,盡量消除溫度變化對(duì)放大電路工作狀態(tài)的影響。
  
從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)系可以看出,若使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用,則應(yīng)盡量消除暗電流(ICBO)的影響,以提高線性度,做到靜態(tài)工作點(diǎn)IFQ隨溫度的變化而自動(dòng)調(diào)整,以使輸出信號(hào)保持對(duì)稱性,使輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍隨溫度變化而自動(dòng)變化,以抵消β值隨溫度變化的影響,保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。
 
光耦合器的類(lèi)型
光耦合器有管式、雙列直插式和光導(dǎo)纖維式等封培育形式,其種類(lèi)達(dá)數(shù)十種。光耦合器的種類(lèi)達(dá)數(shù)十種,主要有通用型(又分無(wú)基極引線和基極引線兩種)、達(dá)林頓型、施密特型、高速型、光集成電路、光纖維、光敏晶閘管型(又分單向晶閘管、雙向晶閘管)、光敏場(chǎng)效應(yīng)管型。此外還有雙通道式(內(nèi)部有兩套對(duì)管)、高增益型、交-直流輸入型等等。國(guó)外生產(chǎn)廠家有英國(guó)ISOCOM公司等,國(guó)內(nèi)廠家的蘇州半導(dǎo)體總廠等。

 

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