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深入淺出常用元器件系列——光耦

2020/10/30 8:35:17

作者:東方佳訊-鄧莉莉

光電耦合器亦稱光電隔離器或光耦合器,簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件,通常把發光器(紅外線發光二極管LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光二極管發出光線,光敏三極管接受光線之后就產生光電流,從輸出端流出,從而實現了“電—光—電”轉換。

以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器,由于它具有體積小、壽命長、無觸點,抗干擾能力強,輸出和輸入之間絕緣,單向傳輸信號等優點,在數字電路上獲得廣泛的應用。

光耦合器的主要優點是:信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離,輸出信號對輸入端無影響,抗干擾能力強,工作穩定,無觸點,使用壽命長,傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件,現已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中,利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路,通過調節控制端電流來改變占空比,達到精密穩壓目的。

在光耦電路設計中,有兩個參數常常被人忽視,需要格外注意,

一個是反向電壓Vr(ReverseVoltage),是指原邊發光二極管所能承受的最大反向電壓,超過此反向電壓,可能會損壞LED。而一般光耦中,這個參數只有5V左右,在存在反壓或振蕩的條件下使用時,要特別注意不要超過反向電壓。如,在使用交流脈沖驅動LED時,需要增加保護電路。

另外一個參數是光耦的電流傳輸比(currenttransferratio,簡稱CTR),是指在直流工作條件下,光耦的輸出電流與輸入電流之間的比值。光耦的CTR類似于三極管的電流放大倍數,是光耦的一個極為重要的參數,它取決于光耦的輸入電流和輸出電流值及電耦的電源電壓值,這幾個參數共同決定了光耦工作在放大狀態還是開關狀態,其計算方法與三極管工作狀態計算方法類似。若輸入電流、輸出電流、電流傳輸比設計搭配不合理,可能導致電路不能工作在預想的工作狀態。

除上述兩個參數外,光耦還有幾個參數是比較重要的,如:

1)正向工作電壓Vf(ForwardVoltage),Vf是指在給定的工作電流下,LED本身的壓降。常見的小功率LED通常以If=10mA來測試正向工作電壓,當然不同的LED,測試條件和測試結果也會不一樣。

2)集電極電流Ic(CollectorCurrent)光敏三極管集電極所流過的電流,通常表示其最大值。

3)C-E飽和電壓Vce(sat)(C-ESaturationVoltage),即光敏三極管的集電極-發射極飽和壓降。

4)上升時間Tr(RiseTime)&下降時間Tf(FallTime),其定義與典型測試方法如下圖所示,它們反映了工作在開關狀態的光耦,其開關速度情況。

 

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