光耦的工作原理及应用

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1、光耦合器的压力及应用光耦合器（opticalcoupler,英文缩写为0C）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-光一电转换.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。工作原理耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的 隔离作用，所以, 它在各种

2、电路中得1553b耦合器线缆接头到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一.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。 这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

3、号隔离的接口 器件，可以大大提高计算机工作的 可靠性。优点光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离， 输出信号对输入端无光耦影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路 开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、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。 在单片开关电源中，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，达到精密稳压目的种类光电耦合器分为两种：一种为非线性

4、光耦，另一种为线性光耦。佃$检测示意图非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适 合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性 进行隔离控制。常用的线性光耦是 PC817AC系列。开关电源中常用的光耦是线性光耦如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏， 严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制 由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD,DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源 带负载能力下降。在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代

5、换。常用的4脚线性光耦有PC817ACo PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等.常用的 4N25 4N26 4N35 4N36 是不适 合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。由于光电耦合器的品种和类型非常多，在光电子DATA手册中，其型号超过上千种， 通常可以按以下方法进行分类：按光路径分，可分为外光路光电耦合器（又称光电断续检测器）和内光路光电耦合器.外光路光电耦合器又分为透过型和反射型光电耦合器。按输出形式分，可分为：a、光敏器件输出型，其中包括 光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输 出型，

6、光可控硅输出型等。b、NPN三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。c、达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型d、逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型,施密特触发输出型，三态门电路输出型等。e、低导通输出型（输出低电平毫伏数量级）of、光开关输出型（导通电阻小余10Q）。g、功率输出型（IGBT/MOSFET等输出）。按封装形式分，可分为同轴型，双列直插型,TO封装型,扁平封装型，贴片封装型，以及光纤传输型光耦等。按传输信号分，可分为数字型光电耦合器（0C门输出型，图腾柱输出型及 三态门电路输出型等）和线性光电耦合器 （可分为低漂移型，高线性型， 宽带型，单

7、电源型，双电源型等）.按速度分，可分为低速光电耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速光 电耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏 集成电路输出型）。按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器（一般光学胶灌封低于5000V,空封 低于2000V ）和高压隔离光电耦合器（可分为10kV,20kV, 30kV等）.按工作电压分，可分为低电源电压型光电耦合器（一般515V）和高电源电压型光电耦合器（一般大于30V）。结构特点光电耦合的主要特点如下：DIP (New package)原理示意图1输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10000MQ，

8、耐压一般可超过lkV, 有的甚至可以达到10kV以上。2。由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以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，而噪音是一种高 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，所以，光电耦合器件可以 很好地抑制干扰并消除噪音。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极。6。无触点、寿命长、体积小、耐冲击。性能特点光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

9、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的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1012Q）、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光电耦合器的输入端加控制电压，在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压。线性光电耦合器由发 光二极管和光敏三极管组成，当发

10、光二极管接通而发光，光敏三级管导通，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.光纤耦合器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-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

11、，通常用直流电流传输比来表示当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三 极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%300% （如4N35），而PC817则为80%160%, 达林顿型光耦合器（如4N30 ）可达100%5000%。这表明欲获得同样的输出电流， 后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。线性光 耦合器与普通光耦合器典型的CTRIF特性曲线。普通光耦合器的CTR IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严 重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小

12、信号时，其 交流电流传输比（actr=aic/aif）很接近于直流电 流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线 性关系。这是其重要特性。使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时， 必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国际的有关隔离击穿电压的标准；由英国埃索柯姆（Isocom）公司、美国摩托罗拉 公司生产的4NXX系列（如4N25、 4N26、4N35）光耦合器，目前在国内应用地十分普遍鉴于此类光耦合器呈现开关特性， 其线性度差，适宜传输数字信号（高、低电平），可以用于单片机的输出隔离；所选 用的光耦器件必须具有较高的耦合

13、系数技术参数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-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。当输出电压 保持恒定时，它等于直流输出电流 IC与直流输入电流IF的百分比.使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时， 必须遵循下列原则： 所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压 的标准；由英国埃索柯姆（Isocom ）公司、美国摩托罗拉公司生产的4NXX系列（如 4N25、4N26、4N35 ）光耦合器，在国内应用地十分普遍.鉴于此类光耦合器呈现开关 特性，其线性度差，适宜传输数字信号（高、低电平），可以用于单片机的输出隔离; 所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。