光耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管,光敏电阻)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接收光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”控制。

1.光耦槽型工作原理

耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。

 

这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大提高计算机工作的可靠性。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。

 

光耦槽型工作原理

(图片来源于网络)

 

2.槽型光耦电路

 

槽型光耦电路图

(图片来源于网络)

 

3.槽型光耦怎么检测好坏

用数字万用表的二极管测量档,红表笔接光耦的“1”脚,黑表笔接光耦的“2”脚(即使光耦的发光二极管正向导通)此时万用表显示大约是0.981V,红表笔接光耦的“3”脚,黑表笔接光耦的“4”脚,此时万用表显示大约是0.700V,证明光耦是好的。

 

一、输入特性
光耦合器的输入特性实际也就是其内部发光二极管的特性。常见的参数有:
1. 正向工作电压Vf(Forward Voltage)
Vf是指在给定的工作电流下,LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压,当然不同的LED,测试条件和测试结果也会不一样。


2. 反向电压Vr(Reverse Voltage )
是指LED所能承受的最大反向电压,超过此反向电压,可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时,要特别注意不要超过反向电压。


3. 反向电流Ir(Reverse Current)
通常指在最大反向电压情况下,流过LED的反向电流。


4. 允许功耗Pd(Maximum Power Dissipation)
LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗,可能会损坏LED。


5. 中心波长λp(Peak Wave Length)
是指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色,对于双色或多色LED,会有几个不同的中心波长值。


6. 正向工作电流If(Forward Current)
If是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED,其允许流过的最大电流也会不一样。


7. 正向脉冲工作电流Ifp(Peak Forward Current)
Ifp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命,通常会采用脉冲形式来驱动LED,通常LED规格书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。


二、输出特性
光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三极管的特性,与普通的三极管类似。常见的参数有:
1. 集电极电流Ic(Collector Current)
光敏三极管集电极所流过的电流,通常表示其最大值。


2. 集电极-发射极电压Vceo(C-E Voltage)
集电极-发射极所能承受的电压。


3. 发射极-集电极电压Veco(E-C Voltage)
发射极-集电极所能承受的电压


4. 反向截止电流Iceo


5. C-E饱和电压Vce(sat)(C-E Saturation Voltage)


四、传输特性:
1.电流传输比CTR(Current Transfer Radio)


2.上升时间Tr (Rise Time)& 下降时间Tf(Fall Time)
其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一敷述。


三、隔离特性
1.入出间隔离电压Vio(Isolation Voltage)
光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。


2.入出间隔离电容Cio(Isolation Capacitance):
光耦合器件输入端和输出端之间的电容值


3.入出间隔离电阻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。


光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外,在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。


电流传输比是光耦合器的重要参数,通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时,它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。
使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离,在设计电路时,必须遵循下列原则:所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压的标准;由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国FAIRCHILD生产的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器,在国内应用地十分普遍。可以用于单片机的输出隔离;所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。


以下为光电耦合器的常用参数:
反向电流IR:在被测管两端加规定反向工作电压VR时,二极管中流过的电流。


反向击穿电压VBR:被测管通过的反向电流IR为规定值时,在两极间所产生的电压降。


正向压降VF:二极管通过的正向电流为规定值时,正负极之间所产生的电压降。


正向电流IF:在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。结电容CJ:在规定偏压下,被测管两端的电容值。


反向击穿电压V(BR)CEO:发光二极管开路,集电极电流IC为规定值,集电极与发射集间的电压降。


输出饱和压降VCE(sat):发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时,并保持IC/IF≤CTRmin时(CTRmin在被测管技术条件中规定)集电极与发射极之间的电压降。


反向截止电流ICEO:发光二极管开路,集电极至发射极间的电压为规定值时,流过集电极的电流为反向截止电流。


电流传输比CTR:输出管的工作电压为规定值时,输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。


脉冲上升时间tr,下降时间tf:光耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输出脉冲前沿幅度的10%到90%,所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%,所需时间为脉冲下降时间tf。


传输延迟时间tPHL,tPLH:从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。


入出间隔离电容CIO:光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。


入出间隔离电阻RIO:半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。


入出间隔离电压VIO:光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值.