光耦的基礎(chǔ)知識(shí)
光耦合器亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡(jiǎn)稱光耦，它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，那么你對(duì)光耦了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于光耦知識(shí)的內(nèi)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。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(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—光—電的轉(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。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大提高計(jì)算機(jī)工作的可靠性。
又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。
2、光耦的優(yōu)點(diǎn)介紹
光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。[2]
3、光耦的相關(guān)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，這類光耦適合于開關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬于非線性光耦。
線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。常用的線性光耦是PC817A—C系列。
開關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD，DCD等等，會(huì)在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。在彩電，顯示器等開關(guān)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是不適合用于開關(guān)電源中的，因?yàn)檫@4種光耦均屬于非線性光耦。
由于光電耦合器的品種和類型非常多，在光電子DATA手冊(cè)中，其型號(hào)超過(guò)上千種，通?？梢园匆韵?a href='http://www.rzpgrj.com/way/' target='_blank'>方法進(jìn)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(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。
?、瓢摧敵鲂问椒?，可分為：
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)通電阻小于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)。
?、砂此俣确?，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)。
?、拾赐ǖ婪?，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。
?、税锤綦x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(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(一般大于30V)。
4、光耦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.光電耦合的主要特點(diǎn)如下：1.輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10000MΩ，耐壓一般可超過(guò)1kV，有的甚至可以達(dá)到10kV以上。
2.由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信號(hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(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。
3.由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管)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。
4.容易和邏輯電路配合。
5.響應(yīng)速度快。光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在毫秒甚至微秒級(jí)。
6.無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、體積小、耐沖擊。
5、光耦的性能特點(diǎn)
光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。[3]它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。由于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，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光;由于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(gè)pF)所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通，光電耦合器是電流驅(qū)動(dòng)型，需要足夠大的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號(hào)太小，發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通，其輸出信號(hào)會(huì)失真。在開關(guān)電源，尤其是數(shù)字開關(guān)電源中。
采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%～300%(如4N35)，而PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器(如4N30)可達(dá)100%～5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的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(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。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(guó)際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn);由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器。
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