光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

1.什么是光电耦合

什么是光电耦合

(图片来自于网络)

 

2.光电耦合工作原理

基本原理


在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,这样就实现了电一光一电的转换。


光电耦合器主要由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成,发光器件一般都是发光二极管,发光二极管加上正向电压时,能将电能转化为光能而发光,发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动,但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成,光敏器件一般都是光敏晶体管, 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时,在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。


光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端,而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入端,使发光器件的芯体发光, 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出,实现电→光→电的转换,从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离,且电信号在传输时具有单向性等优点, 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。


基本工作特性


1、共模抑制比很高


在光电耦合器内部,由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因而共模抑制比很高。


2、输出特性


光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系,当IF=0时,发光二极管不发光,此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当IF>0时,在一定的IF作用下,所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系,用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2,图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极,接在仪器插座上。


3、隔离特性


1.隔离电压Vio(Isolation Voltage)


光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。


2.隔离电容Cio(Isolation Capacitance):


光耦合器件输入端和输出端之间的电容值


3.隔离电阻Rio:(Isolation Resistance)


半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

 

3.光电耦合的应用

光电耦合的应用如下:

 

在长线信息传输中作为终端隔离元件可以大幅度提高信噪比。所以,它在各种电路中得到了广泛的应用。目前已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

 

具体应用


光电耦合器具体应用


组成开关电路


当输入信号ui为低电平时,晶体管V1处于截止状态,光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零,输出端Q11、Q12间的电阻很大,相当于开关“断开”;当ui为高电平时,v1导通,B1中发光二极管发光,Q11、Q12间的电阻变小,相当于开关“接通”.该电路因Ui为低电平时,开关不通,故为高电平导通状态.同理,图2电路中,因无信号(Ui为低电平)时,开关导通,故为低电平导通状态。


组成逻辑电路


电路“与门”逻辑电路。其逻辑表达式为P=A.B.两只光敏管串联,只有当输入逻辑电平A=1、B=1时,输出P=1。同理,还可以组成“或门”、“与非门”、“或非门”等逻辑电路。


隔离耦合电路


这是一个典型的交流耦合放大电路.适当选取发光回路限流电阻Rl,使B4的电流传输比为一常数,即可保证该电路的线性放大作用。


高压稳压电路


驱动管需采用耐压较高的晶体管(图中驱动管为3DG27)。当输出电压增大时,V55的偏压增加,B5中发光二极管的正向电流增大,使光敏管极间电压减小,调整管be结偏压降低而内阻增大,使输出电压降低,而保持输出电压的稳定。


照明灯电路


A是四组模拟电子开关(S1~S4):S1,S2,S3并联(可增加驱动功率及抗干扰能力)用于延时电路,当其接通电源后经R4,B6驱动双向可控硅VT,VT直接控制门厅照明灯H;S4与外接光敏电阻Rl等构成环境光线检测电路。当门关闭时,安装在门框上的常闭型干簧管KD受到门上磁铁作用,其触点断开,S1,S2,S3处于数据开状态。晚间主人回家打开门,磁铁远离KD,KD触点闭合。此时9V电源整流后经R1向C1充电,C1两端电压很快上升到9V,整流电压经S1,S2,S3和R4使B6内发光管发光从而触发双向可控硅导通,VT亦导通,H点亮,实现自动照明控制作用。房门关闭后,磁铁控制KD,触点断开,9V电源停止对C1充电,电路进入延时状态。C1开始对R3放电,经一段时间延迟后,C1两端电压逐渐下降到S1,S2,S3的开启电压(1.5v)以下,S1,S2,S3恢复断开状态,导致B6截止,VT亦截止,H熄来,实现延时关灯功能。