光電耦合器的應(yīng)用知識

【摘 要】光電耦合器工作原理、特性、主要參數(shù)、常見應(yīng)用電路等。

光電耦合器工作原理

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號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。

光電耦合器的特性

光電耦合器的工作情況可用輸入特性、輸出特性和傳輸特性來表示。

1．輸入特性

光電耦合器的輸入端是發(fā)光二級管，因此它的輸入特性可用發(fā)光二級管的伏安特性來表示，它與普通晶體二極管的伏安特性基本上一樣，但有兩點不同:一是正向死區(qū)較大，即正向管壓降較大，可達0.9～1.1伏，只有當(dāng)外加電壓大于這個數(shù)值時，二極管才能發(fā)光；二是反向擊穿電壓很小，只有6伏左右，比普通二極管的反向擊穿電壓要小得多。因此在使用時要特別注意輸入端的反向電壓不能大于6伏。

2．輸出特性

光電耦合器的輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性。它與普通晶體三極管的伏安特性曲線是相似的，也分飽和、線性和截止三個區(qū)，不同之處在于它是以發(fā)光二級管的注入電流為參變量。正常情況下，管子工作在線性區(qū)，即在一定的注入電流下，所對應(yīng)的集電極電流基本上與加在集射極間的電壓無關(guān)，當(dāng)注入電流變化時，集電極電流跟著作線性變化。

3．傳輸特性

當(dāng)光電耦合器工作在線性區(qū)時（參看輸出特性）輸入電流If與輸出電流Ic呈線性對應(yīng)關(guān)系，這種對應(yīng)關(guān)系常用電流傳輸比β來表示，即

β=×100%

顯然β值的大小反應(yīng)光電耦合器電信號傳輸能力的大小。從表面上看光電耦合器的電流傳輸比與晶體三極管的電流放大倍數(shù)是一樣的，都表示輸出與輸入電流之比值。但是三極管的β=總是大于1

的，所以把三極管的β稱為電流放大倍數(shù)；而光電耦合器（不加復(fù)合放大器時）的β=總是小于1的，通常用百分數(shù)來表示，這就是光電耦合器與晶體三極管在傳輸電信號能力上區(qū)別。

光電耦合器主要參數(shù)說明

光電耦合器的主要參數(shù)有十多項，其中許多參數(shù)（如：最打工作電流、正向他壓降、反響耐壓、反向漏流及飽和壓降等）與一般晶體二極管、三極管的意義是一樣的，因此不再說明。先將光電耦合器特有的參數(shù)說明如下：

1.暗電流Id當(dāng)發(fā)光二級管注入電流If=0時二極管不發(fā)光，當(dāng)光敏三極管c-e極間加一正向電壓Uce時，由于熱運動就有很少的電流流過集電極，稱為暗電流Ido它比普通硅晶體三極管的穿透電流要小得多，一般在0.1微安以下。

2.電流傳輸比β在直流工作狀態(tài)下，光敏管輸出電流Ic與發(fā)光二級管注入電流If的比值，稱為電流傳輸比β0如果傳輸特性線性度較好，側(cè)電流傳輸比β可用β=Ic/If×100%來求得。二極管-二極管光電耦合器傳輸效率很低，β值一般在百分之幾以下。二極管-三極管光電耦合器的β值較高，可達10-80%左右。

3.隔離阻抗R是指發(fā)光二級管與光敏管之間的絕緣電阻，一般在10的9次方至11次方歐之間。

4.極見耐壓U是指發(fā)光二級管與光敏管之間的絕緣電壓，一般都在500伏以上。

需要指出的是，光電耦合器的大多數(shù)參數(shù)受溫度度的影響較大，在使用時要注意環(huán)境溫度的變化。

光電耦合器常見開關(guān)應(yīng)用電路

對于開關(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，這對于一般的電子開關(guān)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1中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關(guān)電路。

在圖1中，當(dāng)無脈沖信號輸入時，三極管BG處于截止?fàn)顟B(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(dāng)于開關(guān)“斷開”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號時，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”。故稱無信號時開關(guān)不通，為常開狀態(tài)。

圖1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兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)“接通”。當(dāng)有信號輸入時，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在0．3V以下，遠小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無電流流過不發(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。

可見，開關(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，并使Uab>3V為好，同時還應(yīng)注意Uab應(yīng)小于光電三極管的BVceo。