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1、、引言、引言 光电耦合器(以下简称光耦)是一种由发光器件和光敏器件组成的光电器件。它能实现电 光电信号的转换，并且输入信号与输出信号隔离。目前绝大多数的光耦输入采用砷化 镓红外发光二极管，输出采用硅光电二极管、硅光电三极管及光触发可控硅。因为峰值波 长 900940nm 的砷化镓红外发光二极管能与硅光电器件的响应峰值波长相吻合，可获得 较高的信号传输效率。 并行接口又简称为“并口”，是一种增强了的双向并行传输接口。所谓“并口”，是指 8 位 数据同时通过并行线传送，数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制。所 谓“长线”是相对于数据的传输速度而言。例如，数据传输速率为 9600bs
2、时，20m 的电缆 即可认为是长线。传输线长度增加，干扰就会增加，容易出错，使信号无法远距离传输。 对传输线进行“隔离”和“浮地”处理，是解决上述问题的较好方法。采用光电隔离电路，可 去掉数据交换的两设备之间的公共地线，使两设备电气隔离翻。同时，在电光电信号 的转换中，就光电耦合器件而言，只要其输入端有一定的电流，其输出端就能输出相应的 数字信号。因此，逻辑电平的信号传递变成了固定的电流环中电流有否的状态传递。适当 增大电流(低阻传输)，使夹杂在信号中的电气噪声被完全限制在所选择的开关电流幅度内 ，即相对弱小的干扰信号电流无法改变有用信号电流的有无状态，就可有效地抑制干扰， 提高信息传输的可靠
3、性。并增加数据的传输距离。光耦合器一般由光的发射、光的接收及 信号放大组成。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。就完成了电一光一电的转换，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人端属于电流型工 作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线信息传输中作为终端隔离 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 大大增加计算机工作的可靠性。 2、光电耦合器的性能特点
4、、光电耦合器的性能特点 光耦合器的主要优点是单向传输信号，输人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。在 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、集电极一发射极反向击穿电压 V(BR)CEO、集电极一发 射极饱和压降 VCE(sat)，此外，在传输数字信号时
5、还需考虑上升时间、下降时问、延迟时 间和存储时间等参数。电流传输比 CTR 是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比表 示。当输出电压保持恒定时，其等于直流输出电流 IC 与直流输入电流，IF 的百分比：CT R=ICIF100。 采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR 的范围为 20300(如 4N35)，而 PC817 为 8 0160，达林顿型光耦合器(如 430)可达 1005000。这表明欲获得同样的输出电 流，后者只需较小的输入电流。 3、光电耦合器的选取原则、光电耦合器的选取原则 在设计光耦光电隔离电路时必须正确选择光耦合器的型号及参数，选取原则如下： (1)由于光电耦合器为信号
6、单向传输器件，而电路中数据的传输是双向的，电路板的尺寸要求一定，结合电路设计的实际要求，就要选择单芯片集成多路光耦的器件； (2)光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是不小于 500。因为当 CTR5.0mA)，才能保证信号在长线传输中不发生错误，这 会增大光耦的功耗； (3)光电耦合器的传输速度也是选取光耦必须遵循的原则之一，光耦开关速度过慢，无法 对输入电平做出正确反应，会影响电路的正常工作。 (4)推荐采用线性光耦。其特点是 CTR 值能够在一定范围内做线性调整。设计中由于电 路输入输出均是一种高低电平信号，故此，电路工作在非线性状态。而在线性应用中，因 为信号不失真的传输，所以，应
7、根据动态工作的要求，设置合适的静态工作点，使电路工 作在线性状态。 通常情况下，单芯片集成多路光耦的器件速度都比较慢，而速度快的器件大多都是单路 的，大量的隔离器件需要占用很大布板面积，也使得设计的成本大大增加。在设计中，受 电路板尺寸、传输速度、设计成本等因素限制，无法选用速度上非常占优势的单路光耦器 件，在此选用 TOSHIBA 公司的 TLP521-4。 4、TLP521-4 简介简介 光电隔离模块 TLP521-4(GB)是一款具有完整基极一发射极的性能优良的固定延时光电耦 合器，它具有最优转换速度、高温性能等特点。该器件主要特性：电流转换率为 1005 00；隔离电压为 2500Vr
8、ms(min)；发射一接收电压为 55V(min)；泄漏电流为 lOA(max)(Ta=85)；最小转换时间为 42s。 TLP52l-4(GB)的典型电路如图 1 所示，具体的转换时间参数见表 1。由表 1 可知，TLP52 1_4(GB)最大传输延迟时间为 42s，系统需要在 1ms 内完成 8 个字节的读或写，最大传输 延迟时间已满足电路传输延迟时间的水平，因而在传输速度上完全能够满足长线传输的要 求。通过对其输入端的控制，可使光耦按工作需要打开或关闭。当在输入控制端加高电平 时，光耦正常工作。将输入端信号耦合到输出端，而当在输入控制端加低电平时，其输出 端集电极开路三极管截止，对外呈高
9、阻态。 5、电路设计、电路设计 在长线传输中，正是因为地线的交流阻抗特性，使得地线成了电路中事实上的最大噪声 源。地线造成干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压 ，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。南于 发送和接收设备共用一段地线，会形成公共阻抗耦合。采用光电隔离器 TLP521-4 对发送 和接收设备进行电气隔离，对于减小交流阻抗的作用十分明显，进而增大传输电流，有效 地抑制地线噪声；同时由于 74LS244N 的应用。总线驱动能力得到保障。图 2 为光耦发送 和接收电路示意图。图 2 中，上半部两光耦自左向右传输信号，下半部
10、两光耦自右向左传 输信号，左端 74LS244N 通过静态存储器 IDT7132 与处理器进行数据交换，右端通过 8255 与处理器进行数据交换。 调试中，输入周期为 100s，占空比为 12 的+5V 方波，对一路光耦的输入端波形和经 过 20m 长线后接收光耦的输出端波形以及经过 74LS244 整形后的波形进行记录。记录结果 如图 3 所示。 从输入输出波形的比较来看，电路能对输入波形中叠加的噪声干扰具有明显的抑制作用 ，使输出波形变得光滑且稳定，提高了输出信噪比。虽然由于光耦的转换时间问题，波形 的占空比发生了微量变换，但是由于电路输入输出均是一种高低电平信号，故不影响信号 的正确传输。 6、结语、结语 采用上述方法应用于并口长线传输电路，能够在保持并口传输的速度优势以及系统结构 不变时，保证信号传输的准确性。在长距离的并口传输中，只要对原来短距离并口电路稍 加改动，就可以保证通信双方的高速隔离并进行通信，因而具有较大实用价值。(来源：国 外电子元器件)
