光耦的工作原理及应用之欧阳组创编

1、欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16光耦合器的压力及应用时间：2021.02. 16创作：欧阳组光耦合器（opticalcoupler,英文缩写为OC）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

2、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、输岀电信号 有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得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 发出一定波长的欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16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。

3、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(S

4、SR)、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：一种为非线性光耦，另一种为线性光欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16耦。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PC817A-C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

5、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换。 常用的4脚线性光耦有PC817AC。PC111 TLP521等常用 的六脚线性光耦有：LP632TLP532PC614PC714PS2031等。 常用的4N25 4N26 4N354N36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

6、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 续检欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16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 三极管输岀型，光电池输出型，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）。f、光开关输出型（导

7、通电阻小余10Q）。. 功率输出型（IGB17MOSFET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（OC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 电路或者欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16光敏集成电路输岀型）。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

8、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515）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：原理示意图1输入和输岀端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10000MQ ,耐压一般可超过lk,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（币巾化镣红外二极管）是阻抗电流驱动 性器件，而噪音是一种高内

9、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 至毫欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16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，输入端与输岀端 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。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

10、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1012（1）、 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

11、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。欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16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、集电极发射极反向击穿电压V(BR)CEO集电极发射极 饱和压降VCE(sat)o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，它等于直流输岀电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三极管的光

12、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%o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CTR.IF特性曲线。普通光耦合器的CTRIF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 在传输小信号时，其交流电流传输比（CTR=A IC/A IF）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

13、，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 间的隔欧阳组创编2021.02.16欧阳组创编2021.02.16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岀 隔离；所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。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