光耦合器的技術(shù)特性

1、光耦合器的技術(shù)特性與應(yīng)用MOC3031M MOC3032M MOC3033M MOC3041M MOC3042M MOC3043M高耐壓、過零檢測(cè)可控硅觸發(fā)光電耦合器.MOC3010 MOC3011 MOC3012 MOC3020 MOC3021 MOC3022 MOC3023高耐壓、非過零檢測(cè)可控硅觸發(fā)光電耦合器(Non-Zero-Crossing TRIAC Output)概述光耦合器（ optical coupler ，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。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。目前它已成為種類最多、

2、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。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。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，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳

3、輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(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，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。十幾年來，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，滿足了各種光控制的要求。其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到計(jì)測(cè)儀器，精密儀器，工業(yè)用電子儀器，計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)

4、備、通信機(jī)、信號(hào)機(jī)和道路情報(bào)系統(tǒng)，電力機(jī)械等領(lǐng)域。這里側(cè)重介紹該器件的工作特性，驅(qū)動(dòng)和輸出電路及部分實(shí)際應(yīng)用電路。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。下面分別介紹光耦合器的工作原理及檢測(cè)方法。光耦合器的性能及類型用于傳遞模擬信號(hào)的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過發(fā)光二極管時(shí)，便形成一個(gè)光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號(hào)來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號(hào)的反饋和干擾

5、，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf 左右）、耐壓高(2.5KV 左右 ) ，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s 10 ），對(duì)高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。事實(shí)上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無實(shí)用價(jià)值。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二

6、是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù) 和集電極反向飽和電流 ICBO( 即暗電流 ) 受溫度變化的影響明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，除應(yīng)選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對(duì)放大電路工作狀態(tài)的影響。從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)系可以看出，若使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用，則應(yīng)盡量消除暗電流（ ICBO）的影響，以提高線性度，做到靜態(tài)工作點(diǎn) IFQ 隨溫度的變化而自動(dòng)調(diào)整，以使輸出信號(hào)保持對(duì)稱性，使輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍隨溫度變化而自動(dòng)變化，以抵消 值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。2.1 光耦合器的類型光耦合器有管式、雙列直

7、插式和光導(dǎo)纖維式等封培育形式，其種類達(dá)數(shù)十種。光耦合器的種類達(dá)數(shù)十種，主要有通用型（又分無基極引線和基極引線兩種）、達(dá)林頓型、施密特型、高速型、光集成電路、光纖維、光敏晶閘管型（又分單向晶閘管、雙向晶閘管）、光敏場(chǎng)效應(yīng)管型。此外還有雙通道式（內(nèi)部有兩套對(duì)管）、高增益型、交 - 直流輸入型等等。國(guó)外生產(chǎn)廠家有英國(guó)ISOCOM公司等，國(guó)內(nèi)廠家的蘇州半導(dǎo)體總廠等。2.2 線性光耦合器的產(chǎn)品分類線性光耦合器的典型產(chǎn)品及主要參數(shù)見表1，這些光耦均以光敏三極管作為接收管。表 1典型線性光耦合器的主要參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)CTR/%V（ BR） CE0/V生產(chǎn)廠封裝型式PC816A80 16070SharpDZP-4

8、基極未引出PC817A80 16035SharpSFH610A-2 63 12570simensNEC2501-H 80 16040NECCNY17-263 12570MotorolnDZP-4基極未引出CNY17-3100 20070simensSFH600-163 12570simensSFH600-2100 20070simensCNY75GA63 12590TemicDZP-4基極未引出CNY75GB100 20090TemicMOC810150 8030MotorolnMOC810273 11730Motoroln光耦合器的技術(shù)參數(shù)光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向

9、電流IF 、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極- 發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極 - 發(fā)射極飽和壓降VCE(sat) 。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（ Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC 與直流輸入電流IF 的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù)HFE為常數(shù)時(shí)，它等于輸出電流IC 之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。有公式：CTR=IC/ IF 100% 。采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20

10、%30%（如 4N35），而PC817則為 80% 160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá) 100% 500%。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。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(CTRIC/IF) 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。在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性

11、光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：（ 1）光耦合器的電流傳輸比 (CTR) 的允許范圍是 50% 200%。這是因?yàn)楫?dāng) CTR 50%時(shí)，光耦中的大的工作電流 (IF 5.0mA) ，才能正?？刂茊纹_關(guān)電源 IC 的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。LED 就需要較CTR 200%，（ 2）推薦采用線性光耦合器，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。（ 3）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，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此

12、類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào) ( 高、低電平 ) ，因此不推薦用在開關(guān)電源中。通用型與達(dá)林頓型光耦合器區(qū)分4.1 方法之一在通用型光耦合器中，接收器是一只硅光電半導(dǎo)體管，因此在B-E 之間只有一個(gè)硅PN 結(jié)。達(dá)林頓型不然，它由復(fù)合管構(gòu)成，兩個(gè)硅PN結(jié)串聯(lián)成復(fù)合管的發(fā)射結(jié)。根據(jù)上述差別，很容易將通用型與達(dá)林頓型光耦合器區(qū)分開來。具體方法是，將萬(wàn)用表?yè)苤罵 100 檔，黑表筆接B 極，紅表筆接E 極，采用讀取電壓法求出發(fā)射結(jié)正向電壓VBE。若 VBE=0.55 0.7V ，就是達(dá)林頓型光耦合器。實(shí)例：用500 型萬(wàn)用表的R 100 檔分別測(cè)量4N35、 4N30 型光耦合器

13、的VBE，測(cè)量數(shù)據(jù)及結(jié)論一并列入表2中。表 2測(cè)試結(jié)果型號(hào) RBE（ ） n （格） VBE（ V） 計(jì)算公式測(cè)試結(jié)論4N35850 23 0.69 VBE=0.03n（ V） 通用型4N304.3k 40.5 1.215 VBE=0.03n（ V） 達(dá)林頓型4.2 方法之二通用型與達(dá)林頓型光電耦合的主要區(qū)別是接收管的電流放大系數(shù)不同。前者的hFE 為幾十倍至幾百倍，后者可達(dá)數(shù)千倍，二者相差1 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，只要準(zhǔn)確測(cè)量出hFE 值，即可區(qū)分。在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：（ 1）因?yàn)檫_(dá)林頓型光耦合器的hFE 值很高，所以表針兩次偏轉(zhuǎn)格數(shù)非常接近。準(zhǔn)確讀出法關(guān)鍵所在，否則將引起較大的誤差。此外，歐

14、姆零點(diǎn)亦應(yīng)事先調(diào)準(zhǔn)。（ 2）若 4N30 中的發(fā)射管損壞，但接收管未發(fā)現(xiàn)故障，則可代替超 管使用。同理，倘若好無損，也可作普通硅NPN晶體管使用，實(shí)現(xiàn)廢物利用。（ 3）對(duì)于無基極引線的通用型及達(dá)林頓型光耦合器，本方法不再適用。建議采用測(cè)電流傳輸比以區(qū)分。n1、 n2 的格數(shù)是本方4N35 中的接收管完CTR的方法加出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作

15、奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰“能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽(yáng)，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來