光耦合器原理

2017-03-16 64 0

光耦合器(optical coupler,英文缩写为 OC)亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器(红外线发光二极管 LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流、从输出端流出,从而实现了"电—光—电"转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器,由于它具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘、单向传输信号等优点,在数字电路上获得广泛的应用。

光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出,完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离、电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比,在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

光电耦合器的主要特点如下:1、输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般大于 10¹⁰ Ω,耐压一般可超过 1 kV,有的甚至可以达到 10 kV 以上。2、由于"光"传输的单向性,信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象,其输出信号也不会影响输入端。3、由于发光器件(砷化镓红外二极管)是阻抗电流驱动性器件,而噪声是一种高内阻微电流电压信号,因此光电耦合器件的共模抑制比很大,可以很好地抑制干扰并消除噪声。4、容易和逻辑电路配合。5、响应速度快,光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒级。6、无触点、寿命长、体积小、耐冲击。

光电耦合器的主要优点是单向传输信号、输入端与输出端完全实现了电气隔离、抗干扰能力强、使用寿命长、传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小,因此分压在光电耦合器输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大、不易使半导体二极管发光;由于光电耦合器的外壳是密封的,它不受外部光的影响;光电耦合器的隔离电阻很大(约 10¹² Ω)、隔离电容很小(约几个 pF),所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。

线性方式工作的光电耦合器是在输入端加控制电压,在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级电路的电压。线性光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成,当发光二极管接通而发光时光敏三极管导通。光电耦合器是电流驱动型,需要足够大的电流才能使发光二极管导通,如果输入信号太小发光二极管不会导通、其输出信号将失真。在开关电源、尤其是数字开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比、达到精密稳压目的。

光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降 VF、正向电流 IF、电流传输比 CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压 V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降 VCE(sat)。此外在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。电流传输比是光耦合器的重要参数,通常用直流电流传输比来表示。

相关文章

BTL桥式推挽功率放大器及其应用
基于MC145026/MC145027的无线鼠标改造电路
基于CD4069/CD4017/CD40174的五路平面彩灯控制器
小型变压器的设计原则和技巧
Protel 99 SE操作环境及特点
热转印法制作PCB板(一):原理与打印设置

发布评论