光電耦合器moc3083

1、光電耦合器本詞條由 科普中國(guó)”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。 發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。中文名光電耦合器外文名optical coupler英文縮寫OC目錄1基本資料?簡(jiǎn)介2工作原理?基本原理?基本工作特性（光敏三極管）3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4儀器測(cè)試5應(yīng)用?開關(guān)電路6具體應(yīng)用?組成開關(guān)電路?組成邏輯電路?隔離耦合電路?高壓穩(wěn)壓電路?門廳照明燈自動(dòng)控制電路7分類?按光路

2、徑分?按輸出形式分?按封裝形式分?按傳輸信號(hào)分?按速度分?按通道分?按隔離特性分?按工作電壓分8選取原則9發(fā)展現(xiàn)狀注意事項(xiàng)10發(fā)展現(xiàn)狀11應(yīng)用前景基本資料簡(jiǎn)介光電耦合器（optical coupler ,英文縮寫為 OC ）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光電耦 合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、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(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（ LED）,使 之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電一光一電的

3、轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。光電耦合器是一種把發(fā)光器件和光敏器件封裝在同一殼體內(nèi)，中間通過(guò)電一光一電的轉(zhuǎn)換來(lái)傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。其中，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管。而光敏器件的種類較多，除光電二極管外，還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。光電耦合器可根據(jù)不同要求，由不同種類的發(fā)光器件和光敏器件組合成許多系列的光電耦合器。圖1顯示了一個(gè)典型的光電耦合器驅(qū)動(dòng)電路。在該例中，右邊的5V副邊輸出將會(huì)被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。比較器A1將ZDl（結(jié)點(diǎn)A）的參考電壓和通過(guò)分壓電路R

4、7和R8的輸出電壓進(jìn)行比較，因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過(guò)光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后 Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。隨著光電耦合器的使用時(shí)間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅(qū)動(dòng)電流裕量是很有必要的。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、 光電達(dá)林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。工作原理基本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

5、， 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。光電耦合器主要由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。 光的發(fā)射部分主要 由發(fā)光器件構(gòu)成，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管， 發(fā)光二極管加上正向電壓時(shí)， 能將電能轉(zhuǎn) 化為光能而發(fā)光，發(fā)光二極管可以用直流、交流、 脈沖等電源驅(qū)動(dòng)，但發(fā)光二極管在使用時(shí)必須加正向電壓。光的接收部分主要由光敏器件構(gòu)成，光敏器件一般都是光敏晶體管，光敏晶體管是利用 PN結(jié)在施加反向電壓時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小的原理來(lái)工作 的。光的信號(hào)放大部分主要由電子電路等構(gòu)成。發(fā)光器件的管腳為輸入端，而光敏器件的管腳為輸出端。工作時(shí)把電信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光器件的芯體發(fā)光

6、，而光敏器件受光照后產(chǎn)生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實(shí)現(xiàn)電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電路的電器隔離。由于光電耦合器輸入與輸出電路間互相隔離，且電信號(hào)在傳輸時(shí)具有單向性等優(yōu)點(diǎn)，因而光電耦合器具有良好的抗電磁波干擾能力和電絕緣能力?；竟ぷ魈匦?光敏三極管)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

7、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、隔離特性1 .隔離電壓 Vio (Isolation Voltage )光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。2 .隔離電容 Cio (Isolation Capacitance ):光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值3 .隔離電阻 Rio ： ( Isolation Resistance )半導(dǎo)體光耦合器輸

8、入端和輸出端之間的絕緣電阻值。4、傳輸特性：1 .電流傳輸比 CTR (Current Transfer Radio )輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。2 .上升時(shí)間 Tr (Rise Time ) & 下降時(shí)間 Tf (Fall Time )光電耦合器 在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管 輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸 出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的 10%到90%,所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間 tr。從輸 出脈沖后沿幅度的 90%到10%,所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間 tf。其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復(fù)述。5、光電耦合器可

9、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。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個(gè)密閉的管殼內(nèi)，然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端，而把光接收器的管腳作為輸出端。當(dāng)在輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器件發(fā)光。這樣，光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。從而 實(shí)現(xiàn)了以

10、光”為媒介的電信號(hào)傳輸 ，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構(gòu)成了一種中間通過(guò)光傳輸信號(hào)的新型半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接三種。具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、抗干擾 性能強(qiáng).無(wú)觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。特點(diǎn)光電耦合的主要特點(diǎn)如下 ：: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。隔離性能好，輸入端與輸出端之間完全實(shí)現(xiàn)了電隔離。光信號(hào)不受電磁波干擾，工作穩(wěn)定可靠。光發(fā)射器件與光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高，光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在

11、微秒甚至毫微秒級(jí)?？构材８蓴_能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，體積小，耐沖擊能力強(qiáng)。易與邏輯電路連接。工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。由于光電耦合器的輸入端是發(fā)光器件，發(fā)光器件是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號(hào)。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。它在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制電路中作為信號(hào)隔離的接口元件可以 大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。在長(zhǎng)線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。輸入和輸出端之間絕緣 ，其絕緣電阻一

12、般都大于10Q,耐壓一般可超過(guò) 1kV ,有的甚至可以達(dá)到10kV以上。由于光”傳輸?shù)膯蜗蛐?，所以信?hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮?器時(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。由于發(fā)光器件（神化錢紅外二極管）是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流的電壓信號(hào)。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并消除噪音。它在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信 及實(shí)時(shí)控制電路中作為信號(hào)隔離的接口元件可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。在長(zhǎng)線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。所以，它在各種電路中得到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。儀器測(cè)試光電耦合器的測(cè)試1

13、、用萬(wàn)用表判斷好壞，如圖 3,斷開輸入端電源，用 RX 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 RX 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。應(yīng)用所以，它在各種電路中得在長(zhǎng)線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大幅度提高信噪比。到了廣泛的應(yīng)用。目前已成為種類最多、用

14、途最廣的光電器件之一。開關(guān)電路Ui甘圖1對(duì)于開關(guān)電路，往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離，這對(duì)于一般的電子開關(guān)來(lái)說(shuō)是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實(shí)現(xiàn)了。圖1中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡(jiǎn)單開關(guān)電路。在圖1 （a）中，當(dāng)無(wú)脈沖信號(hào)輸入時(shí)，三極管 BG處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當(dāng)于開關(guān)斷開”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號(hào)時(shí)，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則 a、b兩端電阻變得很小，圖1相當(dāng)于開關(guān)接通故稱無(wú)信號(hào)時(shí)開關(guān)不通，為常開狀態(tài)。圖1中（b）所示電路則為 常閉”狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)信號(hào)輸入時(shí)，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過(guò)而發(fā)光，使 a、b

15、兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)接通”。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在 0. 3V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所?發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當(dāng)于開關(guān)斷開”，故稱 常閉”式?？梢姡_關(guān)a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應(yīng)滿足a端電位為正，b端為負(fù)，并使 U&ab>3V為好，同時(shí)還應(yīng)注意 Uab應(yīng)小于光電三極管的 BVceo。依據(jù)圖1的原理，光電耦合器可以組成如圖2中（a）、（ b）等多種形式。具體應(yīng)用光電耦合器具體應(yīng)用組成開關(guān)電路當(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

16、似為零，輸出端 Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)斷開"；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)于開關(guān) 接通”.該電路因 Ui為低電平時(shí)，開關(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)，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)。組成邏輯電路電路 與門”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為 P=A. B.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”、與非門”、或非門”等邏輯電路。隔離耦合電路這是一個(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

17、該電路的線性放大作用。高壓穩(wěn)壓電路驅(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。門廳照明燈自動(dòng)控制電路A是四組模擬電子開關(guān) （S1S4 ） : 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)門關(guān)閉時(shí)，安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用，其觸點(diǎn)斷開，

18、 S1 , S2 , S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家打開 門，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。房門關(guān)閉后，磁鐵控制KD,觸點(diǎn)斷開，9V電源停止對(duì) C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)。C1開始對(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的開啟電壓（1.5v）以下，S1 , S2, S3恢復(fù)斷開狀態(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。分類由于光電耦合器的品種和類

19、型非常多，在光電子DATA手冊(cè)中，其型號(hào)超過(guò)上千種,通?？梢园匆韵路椒ㄟM(jìn)行分類：按光路徑分可分為外光路光電耦合器 （又稱光電斷續(xù)檢測(cè)器）和內(nèi)光路光電耦合器。 外光路光電耦合器又分為透過(guò)型和反射型光電耦合器。按輸出形式分a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型， 光電池輸出型，光可控硅輸出型等。b、NPN三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補(bǔ)輸出型等。c、達(dá)林頓三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。d、邏輯門電路輸出型，其中包括門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出 型等。e、低導(dǎo)通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級(jí)）。f、光開關(guān)輸出型（導(dǎo)通電阻小余

20、10Q）。g、功率輸出型（IGBT/MOSFET 等輸出）。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。按傳輸信號(hào)分可分為數(shù)字型光電耦合器（OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等）和線 性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源型等）。按速度分可分為低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極管帶信號(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型）。按通道分可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。按隔離特性分可分為普通隔離光電耦合器（一般光學(xué)膠灌封低于5000V ,空封低于2000V ）和高壓隔離光電耦合器

21、（可分為10kV,20kV,30kV等）。按工作電壓分可分為低電源電壓型光電耦合器（一般515V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于 30V）。選取原則在設(shè)計(jì)光耦光電隔離電路時(shí)必須正確選擇光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：（1）由于光電耦合器為信號(hào)單向傳輸器件，而電路中數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，電路板的尺寸要求一定，結(jié)合電路設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，就要選擇單芯片集成多路光耦的器件。1（2）光耦合器的電流傳輸比（CTR）的允許范圍是不小于 500%。因?yàn)楫?dāng)CTR<500%時(shí)， 光耦中的LED就需要較大的工作電流（>5.0 mA）,才能保證信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸中不發(fā)生錯(cuò)誤， 這會(huì)增大光耦的功耗。1（3）

22、光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一，光耦開關(guān)速度過(guò)慢，無(wú) 法對(duì)輸入電平做出正確反應(yīng)，會(huì)影響電路的正常工作。1（4）推薦采用線性光耦。 其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。設(shè)計(jì)中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信號(hào)，故此，電路工作在非線性狀態(tài)。而在線性應(yīng)用中，因?yàn)樾盘?hào)不失真的傳輸， 所以，應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)工作的要求，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路工作在 線性狀態(tài)。1通常情況下，單芯片集成多路光耦的器件速度都比較慢，而速度快的器件大多都是單路的，大量的隔離器件需要占用很大布板面積，也使得設(shè)計(jì)的成本大大增加。在設(shè)計(jì)中，受電路板尺寸、傳輸速度、設(shè)計(jì)成本等因素限制，無(wú)法選用速度上非常占優(yōu)勢(shì)的單路光耦器件，在此選用 TOSHIBA 公司的TLP521-4 。 1發(fā)展現(xiàn)狀注意事項(xiàng)第一、 必須加反向電壓;第二、光敏晶體管管殼必須保持清潔。1發(fā)展現(xiàn)狀日本光電耦合