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1、光电耦合器(以下简称光耦)是一种发光器件和光敏器件组成的光电器件。它能实现电光 电信号的变换，并且输入信号与输出信号是隔离的。目前极大多数的光耦输入部分采用砷化 镓红外发光二极管，输出部分采用硅光电二极管、硅光电三极管及光触发可控硅。这是因为 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。光耦的结构光耦的内部结构(剖面)如图1所示。光耦输入部分大都是红外发光二极管，输出部分有 不同的光敏器件，如图2所示。里料封装外壳:发池营诗心电极引脚光敏器佇泮七这里要说明的是，图2(c)的输入部分有两个背对背的红外发光二极管,它用于交流输入 的
2、场合；图2(d)采用达林顿输出结构，它可使输出获得较大的电流；图2(e)、2的输出由 光触发双向可控硅组成，它们主要用来驱动交流负载。图2(e)与图2(f)的差别是图2(f)有过零触发控制(图中的“ZC”即“过零”的意思)，而图2(e)没有过零触发控制电路。基本电路光耦的基本电路如图3所示。图3(a)的负载电阻RL接在发射极及地之间，图3(b)的负 载电阻RL接在电源Vdd与集电极之间。在图3(a)中，输入端加上Vcc电压，经限流电阻Rin后，有一定的电流IF流经红外发 光二极管，IF与Vcc、发光二极管的正向压降VF及Rin的关系为：IF=(Vcc-VF)/Rin。式中 的VF取1.3V。I
3、F的最大值由资料给出(一般工作时IFWlOmA)。发光二极管发光后，光电三极管导通，集电极电流Ic由Vdd经光电三极管流过RL到 地，使输出电压Vout=IcxRL(或Vout=Vdd-VCE, VCE为光电三极管的管压降)。图3(b)的工作原理与图3(a)相同，不再重复。图3中输入、输出也可用各自的地。从图3(a)可以看出；输入端不加Vcc电压，输出端Vout=0V，输入端加了 Vcc电压， 负载得电，这个功能相当于“继电器”。如果在输入端加幅值为5V的脉冲(如图4所示)，输 出端Vdd=12V, RL=10kQ,则输出的脉冲幅值接近12V，从这功一能来看，相当于“变压器”; 若输入电压从0
4、跃变到+5V，输出则从0跃变到接近12V，它又可用作电平转换。6310k0V工皿丁LTW0V Rin1M4143特点及应用范围 光耦的主要特点：输入与输出之间绝缘(绝缘电压可达数千伏)；信号传输为单方向，输 出信号不会对输入信号有影响；能传输模拟信号也可传输数字信号；抗干扰能力强；体积小、 寿命长；由于无触头，因此抗振性强。近年来由于生产工艺改进， SMT 的发展，开发出性 能更好、尺寸更小的贴片式光耦，它由DIP6管脚封装改进成4管脚封装，不仅改小尺寸， 并且减小了干扰，如图5所示，但有一些公司其管脚仍按6管脚排列，如图2所示。顶面有 圆圈者为第1 管脚，如图6所示。GSDIPi由于该类器件
5、有上述特点，它主要应用于隔离电路、开关电路、逻辑电路、信号长线传输、线性放大电路、隔离反馈电路、控制电路及电平转换电路等光耦主要参数本文介绍NEC公司及TOSHIBA公司生产的一些常用的贴片式光耦及其主要参数。主 要参数如表1 及表 2 所示。裹1光电三扱管输出型号CTRfniA)vo tV)电压M特点内部结范幅L=(mA)Ver gPS256180-400召0WOO理用型、绝缭电E 离2(0PS27O15030040SSOfl週用也空5040050 (max)12Q3500析汕较高2(b)TLP121iOO-SQO55SO2750理用型玖3TIP应10.5*SOJ750交流输傀型，输入ILP
6、127itm11*3002500达丼领嶽岀，高 Vl eo 轮人电流小2炖柱t 1、氏为韭C艺司产品TLP A TOSHIBA匚柞电流山可售考匸氓位申的H值表2光触发取向可控硅输出型号LED触发电流 max(mA)阻断电压 峰值W）特点构图TLPlOG1 1040025002te)TLP161G104Q02500过零赃发12(f)这里要说明一下电流传输比（CTR）这个参数的意义。CTR是Current Transfer Ratio的 缩写。它是在一定工作条件下（IF及VCE），光耦的输出电流Ic与输入电流IF的比值，一般 用百分比表示，其值低的从几到几十，高的从几十到几百，达林顿输出型可达上千
7、。 CTR 大,则在同样的IF 下,输出电流Ic 大,驱动负载的能力也强（或者说IF较小可获得大的Ic）。这里顺便指出，当用光电耦合器作交流信号传输时，必须考虑它的频率特性。采用Ga As发光二极管及硅光电三极管的光耦，其最高工作频率约为500kHz；其响应时间小于10“ s。在使用时要注意的红外发光二极管的反压VR 一般是很低的，有的VR仅3V。因此在 使用时输入端不能接反，防止红外发光二极管因反压过高而击穿（可在1脚、3脚接一个反 向二极管来保护，如图4所示）。光耦的简易测量方法光电三极管输出的光耦是应用最广泛的,若顶面印刷字迹或圆点看不清楚，可采用指针 式三用表来测量，确认哪个管脚是1脚
8、，并且也可简易测出光耦的好坏。由于它是一个二极管及一个三极管c、e极组成的，所以用Rxlk挡来测量是十分方便 的。只要测出一个二极管：黑表笔接二极管的阳极，红表笔接二极管的阴极，其阻值约30kQ,则黑表笔端即1脚。如图7所示，其它三种测量都应是R=（表笔不动）。若光电三极管 的测量电阻不是则此光耦不能用。Rx Ik应用电路各种不同结构的光耦可满足输入、输出隔离；输入与输出共地或不共地；输入、输出是 直流或交流，使用极为灵活，因此应用极为广泛，这里介绍一些典型应用电路。1隔离线性放大器电路如果将输入的交流信号调制成与信号电压成比例的调制电流，则经光耦后再经放大可实 现隔离线性放大，电路如图 1
9、所示。+5V电压及限流电阻（R1及RP）给发光二极管一个偏置电流IFO （一般IFO取得大 一点，约10mA），交流信号电压经C1、R2后加在发光二极管上，叠加在IFO上形成调制 电流。经光耦后输出调制的光电流，在R3上产生一个与输入电压成比例的调制电压，此电 压经 C2 隔直，交流成分则经放大器放大输出。这里要指出的是经光耦的电-光及光-电转换，线性度不是很高。为了减小失真，偏置的 电流IFO要大，信号电压产生的调制电流的峰值电流不超过5mA，可使输出电压失真较小。 这种光电隔离放大器比隔离放大器要便宜得多。另外，光电三极管的地用表示（说明与输入 电压不共地）。采用 PS2701 有较好的线
10、性度， 输入信号的频率可在音频范围。2市电监测电路图2是一种市电监测电路，当停电时报警。采用TLP126光耦经限流电阻直接与市电2 20V连接，使光耦的发光二极管发光,光电三极管导通，使10kQ电阻上的电压接近Vdd(光 电三极管的饱和管压降小于0.5V)，外接功率MOSFET (VT)的-VGSV1V,贝V VT截止， 报警电路不工作。3.3吓电容是用来稳定VT栅极的电压，防止交流电压过零使栅极电压变 化太大而产生误动作。市电停电时，发光二极管无电流，光电三极管截止,VT的-VGS=9V, VT导通，报警 电路工作。Si9400是P沟道功率MOSFET，其主要参数是VDS=-20V,在VGS
11、 =-10V时RDS(ON)= 0.250, ID=2.5A。8管脚SO封装，管脚排列如图3所示，使用时，四个D要焊在一起， 两个 S 要焊在一起以便于散热。3防盗报警器电路 一种用抽屉被撬防盗报警器电路如图4 所示。它由光遮断器、遮断片及有关电路组成 光遮断器是一种光电传感器，它由红外发光二极管及光电三极管及黑色塑料外壳组成,其剖 面如图4左边所示，其外形如图4右边所示。Rl*R2其工作原理与光耦完全相同，区别仅仅是它由遮断片来阻挡光路使光电三极管截止;当 遮断片后移，发光二极管的红外光照到光电三极管，光电三极管导通。光遮断器安装在抽屉的底部，遮断片装在抽屉上，如图5所示。要使防盗报警器工作
12、, 接通Vcc（+5V）及Vdd（+9V）。抽屉未被撬时，遮断片遮住光路，光电三极管截止，VT 无ID，VT也截止，光耦（TLP169G）的发光二极管无电流，光触发双向可控硅截止，报警电路不工作。抽屉光遮断器遮断片当小偷撬开抽屉，拉岀抽屉时，遮断片退后，光遮断器光路通，光电三极管导通,VT 相继导通，光耦中的发光二极管工作，光触发双向可控硅导通，报警器电路工作。这个电路的特点是，一旦报警器工作，即使将抽屉关上，遮光片遮断光路，但双向可控 仍然导通，报警电路仍一直报警，即使小偷发现光遮断器，将它破坏，但报警电路还工作。 按一下开关K断开Vdd才能使报警电路不工作。这里VCC的地与Vdd的地不共地
13、，图中用两种地的符号表示。由于光遮断器有多种型号，要求发光二极管的工作电流IF各不相同，必要时要调整R1 的大小，使其满足IF的要求。TLP160G的输出部分光触可控硅的最大工作电流在25C时可达100mA （随着温度增加 而减小）。若报警电路工作电流大于80mA，最好外接VT2，如图6所示。4交流固态继电器电路TLP160G光耦用得最广的是用作交流固态继电器。它可以与外接双向可控硅作简单连 接来驱动市电供电的各种负载。其电路如图7所示。输入三极管VT的基极的控制信号为高 电平时，VT导通，红外发光二极管也导通（VCC经RIN、红外发光二极管、经VT的C、 E极到地），光触发双向可控硅导通；这
14、使外接功率较大的三端双向可控硅导通，负载RL 得电。其工作原理相当于图8中的控制开关：K闭合，双向可控硅导通；K断开，双向可控 硅截止。Rl.1T1通T2-220VWk为VT9013Rb*TLP160G如果将虚线框内的电路做成一个单独的模块，它就是一个交流固态继电器。图 7 的电路适合于电阻性负载，若是电感性负载，电路中增加一个RC,如图9所示。这种交流固态继电器有一个缺点，它的双向可控硅不是在交流电过零时触发导通，其结果是 正弦波不完整，这瞬间会产生对电网的干扰。外接三端双向可控硅耐压要大于400V,工作 电流应大于负载最大电流。5过零触发交流固态继电器电路采用内部有交流电过零时触发电路（图10中的“ZC”部分）的ILP161G光耦，可以做成 过零触发交流固态继电器电路，如图10所示。它能在交流电过零附近触发双向可控硅，使 交流波形完整，不会造成对电网的干扰。其工作原理与图9相同。图中的390及O.OlyF R C 电路是一种浪涌电压吸收回路，它用来保护双向可控硅免于瞬态的过压而损坏。外接的三端双向可控硅选择方法与图9 电路相同。/P
