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1、2019/8/6,1,第9章 光电子器件及其应用,发光二极管 光电器件及其应用 光电耦合器及其应用,本章主要内容,2019/8/6,2,三大类光电子器件,光电器件：能将光辐射转变为电信号，常见的有光电二极管、光敏三极管、光敏电阻等。,电光器件：能将电信号转变为光辐射，常见的有发光二极管、激光二极管，甚至包括人们日常接触到的电视机的显像管、电脑的显示器等。,光电耦合器件：光电器件与电光器件的组合。,2019/8/6,3,9.1 发光二极管（LED）,1.发光二极管的外形、电路符号和伏安特性,9.1.1 发光二极管的工作原理,外形图：,2019/8/6,4,电路符号和伏安特性,LED的正向工作电压
2、UF一般为1.53V； 反向击穿电压一般大于5V； 正向工作电流IF为几毫安到几十毫安，且亮度随IF的增加而增大； 发光二极管正向工作电压的大小取决于制作材料； 不同的半导体材料及工艺使发光二极管的颜色、波长、亮度、光功率均不相同。,2019/8/6,5,2EF系列发光二极管的主要参数,2019/8/6,6,2.发光二极管的驱动,（1）直流驱动,（a）直流电源驱动 （b）晶体管驱动,2019/8/6,7,（2）交流驱动,图中的VD是反向保护二极管，当US为负半周时， LED截止，VD导通，使LED的反向电压很低。,2019/8/6,8,9.1.2 发光二极管的应用,1.LED电源指示电路,限流
3、电阻,稳定输出电压,2019/8/6,9,2.LED使用注意事项,对于全塑型封装的LED，为避免管芯受热损坏和因环氧树脂受热软化致使引脚移动引起内引线断开，装配焊接时间不能太长。 要合理选择LED的驱动电流，不能超过允许值，以免PN结结温过高，缩短管子寿命。 限流电阻R对保证LED正常工作起决定作用。一旦R值选定，电源VCC值就不能改变，否则将会造成LED驱动电流的变化，严重时会损坏LED。,2019/8/6,10,9.2 光电器件及其应用,光电器件能将感受到的光能转变成电能。 通常光电器件均以光测控器的形式工作于各种电路和控制系统中，如光通信、光电检测、光电开关等领域。 常见光电器件有光电二
4、极管、光电三极管、光敏场效应管、光控晶闸管、光敏电阻器、太阳电池等。,2019/8/6,11,9.2.1 光电器件及其应用,1.光电二极管外形、电路符号及工作原理,外形,电路符号,光导模式,光伏模式,箭头与LED符号的区别,2019/8/6,12,简单光控电路,光控继电器电路,2.光电二极管的应用,（1）光电二极管的简单应用电路,光照射，2CU导通，有电压输出,光照射2CU, VT导通，KA吸合。,2019/8/6,13,（2）光电流-电压转换电路,集成运放,UO=IRRF,可见输出电压与光照输入成正比。,2019/8/6,14,RL选取时，光导模式光电二极管要保证光电二极管反偏电压不少于5V
5、 ； 安装时应使入射光路和管子的受光面垂直，应设法避免管子受外界杂散光的影响； 入射光强度要适当，使用的环境温度不宜过高； 必须根据不同的用途选择适当的管型，如光控电路中，一般应选灵敏度高的管子。,（3）光电二极管使用中注意事项,2019/8/6,15,9.2.2 光电三极管及其应用,1.光电三极管的外形、电路符号和等效电路,外形图,电路符号,等效电路,光电三极管的光电流要比光电二极管的光电流大倍,2019/8/6,16,2.光电三极管的应用,光敏继电器电路,光控报警器,晶闸管,当有光照时，光敏三极管导通，输出的低电平使晶闸管呈现关断状态，报警器不响。当光被遮断时，光敏三极管截止，输出的高电平
6、使晶闸管导通，报警器发出报警信号。,2019/8/6,17,9.2.3 光敏电阻器及应用,光电导效应-当光照射到半导体时，半导体的电导率随之发生变化的现象。,1.光敏电阻器外形、电路符号及工作原理,（a） 外形 （b）电路符号,结构简单、灵敏度高， 可以用来控测和度量光的变化 。,光敏电阻分为紫外光、可见光及红外光光敏电阻等三类,2019/8/6,18,从图中可见，随着光照强度的增加，光敏电阻器的阻值迅速下降，然后逐渐趋向饱和。,光照特性是指器件输出的电信号随光照强度的改变而变化的规律。,光照特性曲线,2019/8/6,19,2.光敏电阻的应用,（1）电子测光,光敏电阻将光的强弱变化转变为电阻
7、值的差异，从而可以由流过电流表的不同电流直接显示亮度。其中R1、R2用于调节表面刻度，RW用于控制表头的灵敏度。,2019/8/6,20,（2）红外测温仪的前置放大电路,调制光入射光敏电阻后转化为电信号，然后送放大器进行放大。输出uO的大小即可反映温度的高低。,2019/8/6,21,9.3 光电耦合器及其应用,9.3.1 光电耦合器及其分类,普通光电耦合器,光电耦合器是将发光和受光器组成一体的以光为媒介用来传输电信号的光电器件,工作原理：在输入端加电信号，使发光器件发光，受光器件受到光照后，产生光电效应，输出电信号，实现了由电到光、再由光到电的传输。,主要特点：输入与输出之间的隔离性好，信号
8、单向传输无反馈影响，抗干扰能力强，响应速度快，工作稳定可靠。,发光二极管,光电三极管,2019/8/6,22,光电耦合器的分类,从外形上分： 有双列直插型，光纤传输型，同轴型等； 从功能上分： 发光部分都采用砷化镓红外发光二极管， 受光部分有光电二极管型、光电三极管型、达林顿晶体管型、双向晶闸管型、集成电路输出型、高压型、高速型等。,普通光电耦合器的输入部分是砷化镓红外发光二极管，输出部分是硅光电三极管。 当发光二极管中有电流IF流过而发出的光照射到硅光电三极管上时，光电三极管就有光电流IO产生。 如果发光二极管中没有电流IF流过，发光二极管不发光，光电三极管就无光电流产生。 输入电信号是经过
9、光媒质传输到输出端，实现了输入和输出的电隔离。,2019/8/6,23,几种常用光电耦合器,光电二极管型光耦合器,光电三极管型光耦合器,达林顿型光耦合器,双向晶闸管型光耦合器,2019/8/6,24,集成电路光耦合器,光电二极管和三极管光耦合器,2019/8/6,25,9.3.2 光电耦合器的应用,1光电耦合器的基本应用电路,从集电极输出,从发射极输出,电源转换,2019/8/6,26,光电耦合器的基本应用电路,2019/8/6,27,2. 光电开关,简单的常开型开关电路,在开关电路中，往往要求控制点和开关之间能有很好的隔离，若用一般的电子开关是很难做到的，但用光电耦合器就很容易实现。,当输入
10、信号为零或足够小时，晶体管VT截止，发光二极管不发光，光敏三极管没有光电流输出，a、b两端之间相当于开关断开。 当输入信号足够大时，晶体管VT导通，发光二极管发光，光敏三极管产生光电流输出，相当于开关接通。,2019/8/6,28,3. 接口电路,（a）直接驱动,为了防止干扰，数字集成电路常常用光电耦合器作为接口电路，传输数字信号。,(b)加晶体管驱动，提高驱动能力,2019/8/6,29,9.3.3 光电耦合型放大器,几种放大电路,在工程实际应用中，常用光电耦合器组成光电耦合型放大器，使较小的输入信号得到放大。光电耦合器起隔离作用。,2019/8/6,30,光电三极管型光电耦合器在一定条件下
11、，可以实现线性隔离放大功能。下图为其应用电路 ：,电路的输入级和输出级均将集成运放LM741接成同相比例放大器，输入级的输出信号驱动LED发光，当光敏三极管感光后有光电流在发射极输出，经R5将光电流转换成电压，再经输出级放大输出。,2019/8/6,31,本章小结,发光二极管是将电能转换成光能的器件，在正偏情况下有合适电流就能发光，使用时必须串接限流电阻。 光电二极管和光电三极管是将光能转换成电能的电子器件。光电三极管将光信号转换成电信号的同时，还放大了信号电流，使用时要使集电结反偏，发射结正偏。 光敏电阻器是利用光照可以改变半导体电导率的原理制成的光电元件。 光电耦合器是以光电为媒介，用来传输信号的光电器件，具有抗干扰能力强、共模抑制比高、不受磁场影响、不需电磁屏蔽、开关速度快等优点。光电耦合器在模拟电路、数字电路和计算机电路中应用十分广泛。,
