光電耦合器的工作原理

在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

基本工作特性（以光敏三極管為例）

1、共模抑制比很高

在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

2、輸出特性

光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時(shí)，在一定的IF作用下，所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無(wú)關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測(cè)試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對(duì)應(yīng)B、C、E極，接在儀器插座上。

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。光電耦合器的參數(shù)光電耦合器的參數(shù)可分為輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和傳輸參數(shù)。　1．輸入?yún)?shù)

光電耦合器的輸入?yún)?shù)就是發(fā)光二極管的參數(shù)。

2．輸出參數(shù)

與所用的光電管基本相同，僅對(duì)光電流和飽和壓降加以說(shuō)明。

（1）光電流

指光電耦合器輸入一定的電流（一般為10mA）、輸出端接有一定負(fù)載（約500Ω）、并按規(guī)定極性加一定電壓（通常為10V）時(shí)，在輸出端所產(chǎn)生的電流。對(duì)于由光電三極管構(gòu)成的耦合器，光電流為幾毫安以上；由光電二極管構(gòu)成的耦合器，則約為幾十到幾百微安。

（2）飽和壓降UCE（sat）

指在由光電三極管構(gòu)成的光電耦合器中，輸入一定電流（一般為20mA），輸出回路按規(guī)定極性加一定電壓（通常為10V），調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，使輸出電流為一定值（一般為2mA）時(shí)，光電耦合器輸出的電壓。其值通常為0.3V。

3．傳輸參數(shù)

（1）電流傳輸比CTR

指在直流工作狀態(tài)下，光電耦合器的輸出電流IL與輸入電流IF之比值即CTR=IL/IF ，它的大小反映光電耦合器傳輸效率的高低。不加復(fù)合管時(shí)，總是小于1。

（2）隔離電阻RISO

指發(fā)光二極管與光電管之間的絕緣電阻，反映輸入與輸出之間的絕緣水平，一般為109~1013Ω。

（3）極間耐壓UISO

指發(fā)光二極管與光電管之間的絕緣耐壓，一般都在500V以上。

光電耦合器的應(yīng)用

1.組成開(kāi)關(guān)電路

圖1電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”．該電路因Ui為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，圖2電路中，因無(wú)信號(hào)(Ui為低電平)時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)．

2．組成邏輯電路

圖3電路為“與門(mén)”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí)，輸出P=1．同理，還可以組成“或門(mén)”、“與非門(mén)”、“或非門(mén)”等邏輯電路．

3．組成隔離耦合電路

電路如圖4所示．這是一個(gè)典型的交流耦合放大電路．適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。

4．組成高壓穩(wěn)壓電路

電略如圖5所示．驅(qū)動(dòng)管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動(dòng)管為3DG27)。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，V55

的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定．

5.組成門(mén)廳照明燈自動(dòng)控制電路

電路如圖6所示。A是四組模擬電子開(kāi)關(guān)（S1~S4）：S1，S2，S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動(dòng)功率及抗干擾能力）用于延時(shí)電路，當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)動(dòng)雙向可控硅VT，VT直接控制門(mén)廳照明燈H；S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測(cè)電路。當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，安裝在門(mén)框上的常閉型干簧管KD受到門(mén)上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開(kāi)，S1，S2，S3處于數(shù)據(jù)開(kāi)狀態(tài)。晚間主人回家打開(kāi)門(mén)，磁鐵遠(yuǎn)離KD，KD觸點(diǎn)閉合。此時(shí)9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明控制作用。房門(mén)關(guān)閉后，磁鐵控制KD，觸點(diǎn)斷開(kāi)，9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開(kāi)始對(duì)R3放電，經(jīng)一段時(shí)間延遲后，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開(kāi)啟電壓（1.5v)以下，S1，S2，S3恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來(lái)，實(shí)現(xiàn)延時(shí)關(guān)燈功能.

光電耦合器的測(cè)試

1、用萬(wàn)用表判斷好壞，如圖3，斷開(kāi)輸入端電源，用R×1k檔測(cè)1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應(yīng)為無(wú)限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無(wú)限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說(shuō)明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。

2、簡(jiǎn)易測(cè)試電路，如圖（4），當(dāng)接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，LED會(huì)發(fā)光，調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，說(shuō)明被測(cè)光電耦合器是好的。

光電耦合器的性能特點(diǎn)

光耦的基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器(紅外發(fā)光二極管、紅外LED)和光敏器(硅光電探測(cè)敏感器件)的芯片封裝在同一外殼內(nèi)，并用透明樹(shù)脂灌封充填作光傳遞介質(zhì)，通常將光發(fā)射器的管腳作輸入端，光敏器的引腳作為輸出端，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，光發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)透明樹(shù)脂光導(dǎo)介質(zhì)投射到光敏器后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電→光→電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸，并在電氣上是完全隔離的。

光耦的主要性能特點(diǎn)如下：

　?、俑綦x性能好，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電隔離，其絕緣電阻RISO一般均能達(dá)到1010Ω以上，絕緣耐壓VISO在低壓時(shí)都可滿足使用要求，高耐壓一般能超過(guò)lkV，有的可達(dá)10kV以上。

　　②光信號(hào)單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)反饋，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號(hào)傳遞。

　　③光信號(hào)不受電磁干擾，工作穩(wěn)定可靠。

　?、芸构材８蓴_能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。

　?、莨獍l(fā)射和光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高。

　?、抟着c邏輯電路連接。

　?、邿o(wú)觸點(diǎn)、壽命大、體積小、耐沖擊。

　　⑧工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。

從應(yīng)用方面看，要求光耦在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，具有各自相應(yīng)的特性，電流傳輸比CTR大，線性度好，絕緣電壓高，高速大容量，導(dǎo)通后壓降小。光耦的耦合效率(即CTR)和隔離特性是其主要的誘人之處，研發(fā)的產(chǎn)品種類可滿足不同場(chǎng)合的需求，提高電子線路的可靠性。

光電耦合器的參數(shù)

光電耦合器的參數(shù)可分為輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和傳輸參數(shù)。

1．輸入?yún)?shù)

光電耦合器的輸入?yún)?shù)就是發(fā)光二極管的參數(shù)。

2．輸出參數(shù)

與所用的光電管基本相同，僅對(duì)光電流和飽和壓降加以說(shuō)明。

（1）光電流

指光電耦合器輸入一定的電流（一般為10mA）、輸出端接有一定負(fù)載（約500Ω）、并按規(guī)定極性加一定電壓（通常為10V）時(shí)，在輸出端所產(chǎn)生的電流。對(duì)于由光電三極管構(gòu)成的耦合器，光電流為幾毫安以上；由光電二極管構(gòu)成的耦合器，則約為幾十到幾百微安。

（2）飽和壓降UCE（sat）

指在由光電三極管構(gòu)成的光電耦合器中，輸入一定電流（一般為20mA），輸出回路按規(guī)定極性加一定電壓（通常為10V），調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，使輸出電流為一定值（一般為2mA）時(shí)，光電耦合器輸出的電壓。其值通常為0.3V。

3．傳輸參數(shù)

（1）電流傳輸比CTR

指在直流工作狀態(tài)下，光電耦合器的輸出電流IL與輸入電流IF之比值即CTR=IL/IF ，它的大小反映光電耦合器傳輸效率的高低。不加復(fù)合管時(shí)，總是小于1。

（2）隔離電阻RISO

指發(fā)光二極管與光電管之間的絕緣電阻，反映輸入與輸出之間的絕緣水平，一般為109~1013Ω。

（3）極間耐壓UISO

指發(fā)光二極管與光電管之間的絕緣耐壓，一般都在500V以上。

光電耦合器產(chǎn)品供求格局

　　一、2008年國(guó)內(nèi)光電耦合器產(chǎn)銷量對(duì)比

　　二、2016年我國(guó)光電耦合器市場(chǎng)供求格局