光電耦合器及其應用

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站光電耦合器及其應用歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來的一種半導體光電器件，由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、工作溫度寬及無觸點輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應用在電子技術領域及工業(yè)自動控制領域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開關電路、數(shù)模轉換、邏輯電路、過流保護、長線傳輸、高壓控制及電平匹配等。 為使讀者了解與應用光電耦合器，今介紹幾種光電耦合器件及應用電路，供大

2、家參考與開拓。 1器件選擇 （1）三極管輸出型光電耦合器 三極管輸出型光電耦合器電路如圖461中（a）所示，它是由兩部分組成的。其中，1、2端為輸入端，通常由發(fā)光器件構成；4、5、6端接一只光敏三極管構成輸出端，當接收到發(fā)射端發(fā)出的紅外光后，在三極管集電極中便有電流輸出。 圖46-1 三極管輸出型光電耦合器的特點，是具有很高的輸入輸出絕緣性能，頻率響應可達300kHz，開關時間數(shù)微秒。 （2）可控硅輸出型光耦合器 可控硅輸出型光耦合器的電路如圖46?中（b）所示。該器件為六腳雙列式封裝。當1、2端加入輸入信號后，發(fā)射管發(fā)出的紅外光被接在4、5、6腳的光敏可控硅接收，使其導通。它可應用在低電壓電

3、子電路控制高壓交流回路的開啟。 （3）光耦合的可控硅開關驅動器 圖462中（a）為光敏雙向開關器件；圖46?中（b）為過零控制電路及光敏雙向開關器件組合體。它們的工作原理是：利用輸入端紅外光控制輸出端的光敏雙向開關導通，進而觸發(fā)外接雙向可控硅導通，達到控制負載接入交流220V回路的目的。圖中（a）為非過零控制，圖中（b）為過零控制。本驅動器有非常好的輸入與輸出絕緣性，可構成固態(tài)繼電器的控制電路，其輸出的控制功率由可控允許功率決定。 圖46-2 （4）達林頓管輸出的光檢測器 達林頓管輸出的光檢測器如圖46?中（a）所示。它是由兩只管子組成復合管，具有很高的電流放大能力，形成下一級或負載的驅動電流

4、，有較強的光檢測靈敏度。 （5）數(shù)字電路光耦合器 數(shù)字電路光耦合器電路如圖46?中（b）所示。光耦合器輸出為施密特觸發(fā)電路形式，其特點是響應速度快、數(shù)字邏輯可靠，應用于計算機接口、數(shù)控電源及電動機控制中。 （6）雙向開關觸發(fā)器輸出的光檢測器 圖463中的（c）為雙向開關觸發(fā)器輸出的光檢測器電路。該圖為三端器件，內部是光敏雙向開關器件，收到紅外光線后，雙向開關器件導通，觸發(fā)外接可控硅導通，使負載接入220V回路中。 圖46-3 2應用電路 （1）開關電路 對于開關電路，往往要求控制電路和開關電路之間要有很好的電隔離，這對于一般的電子開關來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實現(xiàn)了。圖46?中

5、（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關電路。 在圖中，當無脈沖信號輸入時，三極管BG處于截止狀態(tài)，發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當于開關“斷開”。當輸入端加有脈沖信號時，BG導通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當于開關“接通”。故稱無信號時開關不通，為常開狀態(tài)。 圖464中（b）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因為無信號輸入時，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，使a、b 圖46-4 兩端處于導通狀態(tài)，相當于開關“接通”。當有信號輸入時，BG導通，由于BG的集電結壓降在03V以下，遠小于發(fā)光二極管的正向導通電壓，所以發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則a、

6、b兩端電阻極大，相當于開關“斷開”，故稱“常閉”式。 可見，開關a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應滿足a端電位為正，b端為負，并使U&ab3V為好，同時還應注意Uab應小于光電三極管的BVceo。 依據(jù)圖464的原理，光電耦合器可以組成如圖465中（a）、（b）等多種形式。 圖46-5 圖中（a）為單刀雙擲開關電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號時“od”組接通，“ob”組關斷。圖中（b）為雙刀雙擲開關電路，無輸入信號時，BG截止，“ob”與“od”組斷開，“oa”與“oc”組接通；BG導通（即有信號輸入時），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組

7、斷開。它們適于自動控制和遙控設備中使用。 （2）光耦合的可控硅開關電路 圖466中（a）所示電路為光耦合器構成的可控硅開關電路。可控硅SCR的觸發(fā)電壓取自電阻R，其大小由通過光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡單，控制端與輸出端有可靠的電隔離。 圖46-6 圖中（b）所示電路，為控制負載為純電阻（如白熾燈泡）的開關電路，圖中R1的阻值由下式確定：R1V/12A，12A為雙向開關的額定電流。當主電網(wǎng)電壓為220V時，V/2·220=308V，則R1=308/12=250所以，可控硅SCR的規(guī)格應依R1的大小進行選擇。 當開關電路的負載為感性負載（如電動機等），則由于流過感

8、性負載（線圈）的電流與電壓的相位不同，需增加相應元件，方能保證開關電路的正常工作，如圖46?所示。 圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流，是由R3與C的不同數(shù)值而決定的，見表461。 表461   IG、R3及三者關系表 /IG(Ma)/R3(k)/C(F) /15/2.4/0.1 /30/1.2/0.2 /50/0.8/0.3/ 圖467的開關電路，特別適于遙控時選用。 圖46-7 （3）用于雙穩(wěn)態(tài)輸出的光耦合電路 圖468中（a）所示電路，為光電耦合器控制的雙穩(wěn)態(tài)輸出開關電路，它的特點是由于光電耦合開關接在兩管的發(fā)射極回路上，故能有效地解決輸出與負載間的隔離問題。 圖46-8

9、（a） 圖468中（b）所示電路為光電耦合開關的施密特電路。當輸入電壓U1為低電平時，光電三極管C、e間呈高電阻，BG1導通，BG2截止，則輸出電壓U0為低電平；當輸入電壓U1大于鑒幅值時，光電三極管c、e間呈低電阻，則BG1截止，BG2導通，輸出的電壓U0為高電平。調節(jié)電阻R3，即改變鑒幅電平。 圖46-8（b） （4）電平轉換電路 對于不同電平的轉換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開時，采用光電耦合器就顯得十分方便了。 中圖469的（a）與（b）圖示電路，就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進行電平轉換的基本電路。 圖46-9 圖（a）中，TTL門電路導通時，

10、即輸出低電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管輸出高電平；TTL門電路截止時，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出低電平。 圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管輸出低電平；TTL導通輸出低電平，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出高電平。 在進行具體應用時，因CMOS集成電路在低電平時的電流只有12mA，難以直接驅動所接的負載，故一般需加一級三極管放大電路來驅動。 （5）高壓穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大管需選用耐壓高的三極管，若利用光電耦合器的輸入與輸出間絕緣良好的特點，便可實現(xiàn)高壓控制。 圖4610中的（a）與（b）所示的電路，就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。 圖46-10 圖（a）中，當輸出電壓因某種原因導致升高時，則BG5的偏壓