光耦的基礎知識

　　光耦合器亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦，它是以光為媒介來傳輸電訊號的器件，那麼你對光耦瞭解多少呢?以下是由小編整理關於光耦知識的內容，希望大家喜歡!

　　1、光耦的工作原理

　　光耦合器以光為媒介傳輸電訊號。它對輸入、輸出電訊號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。光耦合器已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及訊號放大。輸入的電訊號驅動發光二極體***LED***，使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大後輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由於光耦合器輸入輸出間互相隔離，電訊號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。所以，它在長線傳輸資訊中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通訊及實時控制中作為訊號隔離的介面器件，可以大大提高計算機工作的可靠性。

　　又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。

　　2、光耦的優點介紹

　　光耦合器的主要優點是：訊號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出訊號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件，現已廣泛用於電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振盪器、訊號隔離、級間隔離 、脈衝放大電路、數字儀表、遠距離訊號傳輸、脈衝放大、固態繼電器***SSR***、儀器儀表、通訊裝置及微機介面中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變佔空比，達到精密穩壓目的。[2]

　　3、光耦的相關種類

　　光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合於開關訊號的傳輸，不適合於傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬於非線性光耦。

　　線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，並且小訊號時效能較好，能以線性特性進行隔離控制。常用的線性光耦是PC817A—C系列。

　　開關電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振盪波形變壞，嚴重時出現寄生振盪，使數千赫的振盪頻率被數十到數百赫的低頻振盪依次為號調製。由此產生的後果是對彩電，彩顯，VCD，DCD等等，會在影象畫面上產生干擾。同時電源帶負載能力下降。在彩電，顯示器等開關電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的4腳線性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六腳線性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不適合用於開關電源中的，因為這4種光耦均屬於非線性光耦。

　　由於光電耦合器的品種和型別非常多，在光電子DATA手冊中，其型號超過上千種，通常可以按以下方法進行分類：

　　⑴按光路徑分，可分為外光路光電耦合器***又稱光電斷續檢測器***和內光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。

　　⑵按輸出形式分，可分為：

　　a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極體輸出型，光敏三極體輸出型，光電池輸出型，光可控矽輸出型等。

　　b、NPN三極體輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。

　　c、達林頓三極體輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。

　　d、邏輯閘電路輸出型，其中包括閘電路輸出型，施密特觸發輸出型，三態閘電路輸出型等。

　　e、低導通輸出型***輸出低電平毫伏數量級***。

　　f、光開關輸出型***導通電阻小於10Ω***。

　　g、功率輸出型***IGBT/MOSFET等輸出***。

　　⑶按封裝形式分，可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型等。

　　⑷按傳輸訊號分，可分為數字型光電耦合器***OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態閘電路輸出型等***和線性光電耦合器***可分為低漂移型，高線性型，寬頻型，單電源型，雙電源型等***。

　　⑸按速度分，可分為低速光電耦合器***光敏三極體、光電池等輸出型***和高速光電耦合器***光敏二極體帶訊號處理電路或者光敏積體電路輸出型***。

　　⑹按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

　　⑺按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器***一般光學膠灌封低於5000V，空封低於2000V***和高壓隔離光電耦合器***可分為10kV，20kV，30kV等***。

　　⑻按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器***一般5～15V***和高電源電壓型光電耦合器***一般大於30V***。

　　4、光耦的結構特點

　　1.光電耦合的主要特點如下：1.輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大於10000MΩ，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。

　　2.由於光接收器只能接受光源的資訊，反之不能，所以訊號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出訊號也不會影響輸入端。

　　3.由於發光器件***砷化鎵紅外二極體***是阻抗電流驅動性 器件，而噪音是一種高內阻微電流電壓訊號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾並消除噪音。

　　4.容易和邏輯電路配合。

　　5.響應速度快。光電耦合器件的時間常數通常在毫秒甚至微秒級。

　　6.無觸點、壽命長、體積小、耐衝擊。

　　5、光耦的效能特點

　　光耦合器的主要優點是單向傳輸訊號，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。[3]它廣泛用於電平轉換、訊號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離訊號傳輸、脈衝放大、固態繼電器***SSR***、儀器儀表、通訊裝置及微機介面中。由於光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流並不大，不易使半導體二極體發光;由於光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響;光電耦合器的隔離電阻很大***約1012Ω***、隔離電容很小***約幾個pF***所以能阻止電路性耦合產生的電磁干擾。線性光電耦合器由發光二極體和光敏三極體組成，當發光二極體接通而發光，光敏三級管導通，光電耦合器是電流驅動型，需要足夠大的電流才能使發光二極體導通，如果輸入訊號太小，發光二極體不會導通，其輸出訊號會失真。在開關電源，尤其是數字開關電源中。

　　採用一隻光敏三極體的光耦合器，CTR的範圍大多為20%～300%***如4N35***，而PC817則為80%～160%，達林頓型光耦合器***如4N30***可達100%～5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者只需較小的輸入電流。因此，CTR引數與電晶體的hFE有某種相似之處。線性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線。

　　普通光耦合器的CTR-IF特性曲線呈非線性，在IF較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬訊號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小訊號時，其交流電流傳輸比***ΔCTR=ΔIC/ΔIF***很接近於直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流訊號，能使輸出與輸入之間呈線性關係。這是其重要特性。

　　必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國際的有關隔離擊穿電壓的標準;由英國埃索柯姆***Isocom***公司、美國摩托羅拉公司生產的4N××系列***如4N25 、4N2***N35***光耦合器。


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