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多路耦合�
閱讀�3907�(shí)間:2017-11-06 09:09:47

  光�合器(optical coupler,英文縮�(xiě)為OC)亦�(chēng)光電隔離�,簡(jiǎn)�(chēng)光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信�(hào)。它�(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用,所�,它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)�。目前它已成為種�(lèi)最多、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�(fā)�、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信�(hào)�(qū)�(dòng)�(fā)光二極管(LED�,使之發(fā)出一定波�(zhǎng)的光,被光探�(cè)�接收而產(chǎn)生光電流,再�(jīng)�(guò)�(jìn)一步放大后輸出�

種類(lèi)

  光耦合器的種類(lèi)�(dá)�(shù)十種,主要有通用型(又分�(wú)基極引線(xiàn)和基極引�(xiàn)兩種�、達(dá)林頓型、施密特�、高速型、光集成電路、光纖維、光敏晶閘管型(又分單向晶閘�、雙向晶閘管�、光敏場(chǎng)效應(yīng)管型�

�(yōu)�(diǎn)

  信號(hào)單向傳輸,輸入端與輸出端完全�(shí)�(xiàn)了電氣隔離,輸出信號(hào)�(duì)輸入端無(wú)影響,抗干擾能力�(qiáng),工作穩(wěn)�,無(wú)觸點(diǎn),使用壽命長(zhǎng),傳輸效率高。光耦合器是70年代�(fā)展起�(lái)�(chǎn)新型器件,現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)�、級(jí)間耦合、驅(qū)�(dòng)電路、開(kāi)�(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信�(hào)隔離、級(jí)間隔� 、脈沖放大電�、數(shù)字儀�、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放�、固�(tài)繼電�(SSR)、儀器儀�、通信�(shè)備及微機(jī)接口�。在單片�(kāi)�(guān)電源中,利用�(xiàn)性光耦合器可�(gòu)成光耦反饋電�,通過(guò)�(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比,�(dá)到精密穩(wěn)壓目��

技�(shù)參數(shù)

  光耦合器的技�(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電�、集電極-�(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-�(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此�,在傳輸�(shù)字信�(hào)�(shí)還需考慮上升�(shí)�、下降時(shí)�、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)�(shí)間等參數(shù)�
  最重要的參�(shù)是電流放大系�(shù)傳輸比CTR(Curremt-TransferRatio�。通常用直流電流傳輸比�(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定�(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�(shù)�(shí),它等于輸出電流IC之比,通常用百�?jǐn)?shù)�(lái)表示。有公式�
  CTR=IC/IF×100%
  采用一只光敏三極管的光耦合�,CTR的范圍大多為20%�30%(如4N35),而PC817則為80%�160%,達(dá)林頓型光耦合器(�4N30)可�(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�。因�,CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之�。普通光耦合器的CTR-IF特性曲�(xiàn)呈非�(xiàn)性,在IF較小�(shí)的非�(xiàn)性失真尤為嚴(yán)�,因此它不適合傳輸模擬信�(hào)。線(xiàn)性光耦合器的CTR-IF特性曲�(xiàn)具有良好的線(xiàn)性度,特別是在傳輸小信號(hào)�(shí),其交流電流傳輸�(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因�,它適合傳輸模擬電壓或電流信�(hào),能使輸出與輸入之間呈線(xiàn)性關(guān)�。這是其重要特�。在�(shè)�(jì)光耦反饋式�(kāi)�(guān)電源�(shí)必須正確選擇�(xiàn)性光耦合器的型號(hào)及參�(shù),選取原則如下:
 ?�?)光耦合器的電流傳輸�(CTR)的允許范圍是50%�200%。這是�?yàn)�?dāng)CTR5.0mA),才能正??刂茊纹_(kāi)�(guān)電源IC的占空比,這會(huì)增大光耦的功�。若CTR>200%,在啟動(dòng)電路或者當(dāng)�(fù)載發(fā)生突變時(shí),有可能將單片開(kāi)�(guān)電源誤觸�(fā),影響正常輸��
 ?�?)推薦采用線(xiàn)性光耦合器,其特�(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線(xiàn)性調(diào)��
 ?�?)由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美�(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)�4N××系列(�4N25�4N26�4N35)光耦合��2012年在�(guó)�(nèi)�(yīng)用地十分普遍。鑒于此�(lèi)光耦合器呈�(xiàn)�(kāi)�(guān)特�,其�(xiàn)性度�,適宜傳輸數(shù)字信�(hào)(�、低電平),因此不推薦用在�(kāi)�(guān)電源��

光電隔離

  微機(jī)有多�(gè)輸入�,接收來(lái)自遠(yuǎn)處現(xiàn)�(chǎng)�(shè)備傳�(lái)的狀�(tài)信號(hào),微�(jī)�(duì)這些信號(hào)
  處理后,輸出各種控制信號(hào)去執(zhí)行相�(yīng)的操�。在�(xiàn)�(chǎng)�(huán)境較惡劣�(shí),會(huì)存在較大的雜訊干�,若這些干擾隨輸入信�(hào)一起�(jìn)入微�(jī)系統(tǒng),會(huì)使控制準(zhǔn)確性降低,�(chǎn)生誤�(dòng)�。因�,可在微�(jī)的輸入和輸出�,用光耦作介面,對(duì)信號(hào)及雜訊�(jìn)行隔�。典型的光電耦合電路如圖6所�。該電路主要�(yīng)用在“A/D�(zhuǎn)換器”的�(shù)位信�(hào)輸出,及由CPU�(fā)出的�(duì)前向通道的控制信�(hào)與類(lèi)比電路的介面�,從而實(shí)�(xiàn)在不同系�(tǒng)間信�(hào)通路相聯(lián)的同�(shí),在電氣通路上相互隔�,并在此基礎(chǔ)上實(shí)�(xiàn)將類(lèi)比電路和�(shù)位電路相互隔離,起到抑制交叉�?dāng)_的作��


  圖六 光電耦合器接�(xiàn)原理
  �(duì)于線(xiàn)性類(lèi)比電路通道,要求光電耦合器必須具有能夠�(jìn)行線(xiàn)性變換和傳輸?shù)奶匦?,或選擇�(duì)�,采用互�(bǔ)電路以提高線(xiàn)性度,或用V/F變換后再用數(shù)位光耦�(jìn)行隔��
  �(qū)�(dòng)電路
  在微�(jī)控制系統(tǒng)�,大量應(yīng)用的是開(kāi)�(guān)量的控制,這些�(kāi)�(guān)量一般經(jīng)�(guò)微機(jī)
  的I/O輸出,而I/O的驅(qū)�(dòng)能力有限,一般不足以�(qū)�(dòng)一些點(diǎn)磁執(zhí)行器�,需加接�(qū)�(dòng)介面電路,為避免微機(jī)受到干擾,須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流�(qiáng)電回�,電壓較高,電流較大,不易與微機(jī)直接相�,可�(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路�(jìn)行隔雀電路實(shí)例如�7所��

  圖七 雙向可控硅(晶閘管)
  在馬�(dá)控制電路中,也可采用光耦來(lái)把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離�(kāi)。馬�(dá)靠MOSFET或IGBT功率管提供驅(qū)�(dòng)電流,功率管的開(kāi)�(guān)控制信號(hào)和大功率管之間需隔離放大�(jí)。在光耦隔離級(jí)—放大器�(jí)—大功率管的連接形式中,要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑��
  距離傳�
  在電腦應(yīng)用系�(tǒng)�,由于測(cè)控系�(tǒng)與被�(cè)和被控設(shè)備之間不可避免地要�(jìn)行長(zhǎng)�(xiàn)傳輸,信�(hào)在傳輸過(guò)程中很易受到干擾,導(dǎo)致傳輸信�(hào)�(fā)生畸變或失真;另外,在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較�(yuǎn)的設(shè)備之�,常因設(shè)備間的地�(xiàn)電位�,導(dǎo)致地�(huán)路電流,�(duì)電路形成差模干擾電壓。為確保�(zhǎng)�(xiàn)傳輸?shù)目煽�?,可采用光電耦合隔離措施,將2�(gè)電路的電氣連接隔開(kāi),切斷可能形成的�(huán)�,使他們相互獨(dú)�,提高電路系�(tǒng)的抗�
  擾性能。若傳輸�(xiàn)較長(zhǎng),現(xiàn)�(chǎng)干擾�(yán)�,可通過(guò)兩級(jí)光電耦合器將�(zhǎng)�(xiàn)完全“浮置”起�(lái),如�8所��

  圖八 傳輸�(zhǎng)�(xiàn)的光耦浮置處�
  �(zhǎng)�(xiàn)的“浮置”去掉了�(zhǎng)�(xiàn)兩端間的公共地線(xiàn),不但有效消除了各電路的電流�(jīng)公共地線(xiàn)�(shí)所�(chǎn)生雜訊電壓形成相互竄�,而且也有效地解決了長(zhǎng)�(xiàn)�(qū)�(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題;同時(shí),受控設(shè)備短路時(shí),還能保�(hù)系統(tǒng)不受損害�
  檢測(cè)電路
  零交�,即�(guò)零檢�(cè),指交流電壓�(guò)零點(diǎn)被自�(dòng)檢測(cè)�(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)�(dòng)信號(hào),使電子�(kāi)�(guān)在此�(shí)刻開(kāi)始開(kāi)通。現(xiàn)代的零交叉技�(shù)已與光電耦合技�(shù)相結(jié)�。圖9為一種單片機(jī)�(shù)控交流調(diào)壓器中可使用的過(guò)零檢�(cè)電路�


  圖九 �(guò)零檢�(cè)
  220V交流電壓�(jīng)電阻R1限流后直接加�2�(gè)反向并聯(lián)的光電耦合器GD1,GD2的輸入端。在交流電源的正�(fù)半周,GD1和GD2分別�(dǎo)通,U0輸出低電�,在交流電源正弦波過(guò)零的瞬間,GD1和GD2均不�(dǎo)�,U0輸出高電平。該脈沖信號(hào)�(jīng)反閘整形后作為單片機(jī)的中斷請(qǐng)求信�(hào)和可控矽的過(guò)零同步信�(hào)�
  注意事項(xiàng)
 ?�?)在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源,若兩端共用一�(gè)電源,則光電耦合器的隔離作用將失去意��
 ?�?)當(dāng)用光電耦合器來(lái)隔離輸入輸出通道�(shí),必須對(duì)所有的信號(hào)(包括數(shù)位量信號(hào)、控制量信號(hào)、狀�(tài)信號(hào))全部隔�,使得被隔離的兩邊沒(méi)有任何電氣上的聯(lián)�,否則這種隔離是沒(méi)有意義的�

  光耦合器相�(guān)�(shù)�(yǔ):

  1.coupler, photo-光耦合�
  2.optocoupler光耦合�

選型

  在設(shè)�(jì)光耦光電隔離電路時(shí)必須正確選擇光耦合器的型號(hào)及參�(shù),選取原則如下:
  (1)由于光電耦合器為信號(hào)單向傳輸器件,而電路中�(shù)�(jù)的傳輸是雙向�,電路板的尺寸要求一定,�(jié)合電路設(shè)�(jì)的實(shí)際要�,就要選擇單芯片集成多路光耦的器件�
  (2)光耦合器的電流傳輸�(CTR)的允許范圍是不小�500%。因?yàn)�?dāng)CTR<500%�(shí),光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0mA),才能保證信�(hào)在長(zhǎng)�(xiàn)傳輸中不�(fā)生錯(cuò)�,這會(huì)增大光耦的功耗;
  (3)光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一,光耦開(kāi)�(guān)速度�(guò)慢,�(wú)法對(duì)輸入電平做出正確反應(yīng),會(huì)影響電路的正常工作�
  (4)推薦采用�(xiàn)性光�。其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線(xiàn)性調(diào)整。設(shè)�(jì)中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信�(hào),故�,電路工作在非線(xiàn)性狀�(tài)。而在�(xiàn)性應(yīng)用中,因?yàn)樾盘?hào)不失真的傳輸,所�,應(yīng)根據(jù)�(dòng)�(tài)工作的要�,設(shè)置合適的靜態(tài)工作�(diǎn),使電路工作在線(xiàn)性狀�(tài)�

檢測(cè)方法

  光電耦合器它屬于比較新型的一種電子產(chǎn)�,它廣泛�(yīng)用于�(jì)算機(jī)、音視頻,它又被叫做光耦合器或光�,在各種控制電路中。由于光電耦合器內(nèi)部的�(fā)光二極管和光敏三極管只是把電路前后級(jí)的電壓或電流變化,轉(zhuǎn)化為光的變化,二者之間沒(méi)有電氣連接,因此能有效隔斷電路間的電位�(lián)�,實(shí)�(xiàn)電路之間的可靠隔雀�
  光電耦合器的檢測(cè)判斷光耦的好壞,可在路�(cè)量其�(nèi)�.二極管和三極管的正反向電阻來(lái)確定。更可靠的檢�(cè)方法是以下三種�
  1.比較法拆下懷疑有�(wèn)題的光�,用�(wàn)用表�(cè)量其�(nèi)部二極管;三極管的正反向電阻值,用其與好的光耦對(duì)�(yīng)腳的�(cè)量值�(jìn)行比�,若阻值相差較大,則說(shuō)明光耦已損壞�
  2.�(shù)宇萬(wàn)用表檢測(cè)�
  下面以PCIll光耦檢�(cè)為例�(lái)�(shuō)明數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)的方�,檢�(cè)�(shí)將光耦內(nèi)接二極管�+端①腳和—端②腳分別插入�(shù)字萬(wàn)用表的hfE的c,e插孔�(nèi),此�(shí)�(shù)字萬(wàn)用表�(yīng)置于NPN�;然后將光耦內(nèi)接光電三極管c極⑤腳接指針式萬(wàn)用表的黑表筆,e極④腳接紅表�,并將指針式�(wàn)用表?yè)茉赗xlk擋。這樣就能通過(guò)指針式萬(wàn)用表指針的偏�(zhuǎn)角度——實(shí)際上是光電流的變�,來(lái)判斷光耦的情況。指針向右偏�(zhuǎn)角度越大,說(shuō)明光耦的光電�(zhuǎn)換效率越�,即傳輸比越�,反之越�;若表針不�(dòng),則�(shuō)明光耦已損壞�
  3.光電效應(yīng)判斷�
  仍以ICIll光電耦合器的檢測(cè)為例,將�(wàn)用表置寸:Rxlk電阻�,兩表筆分別接在光耦的輸出端④、⑤�,然后用一節(jié)1.5V的電池與一�50-100歐的電阻串接�,電池的正極端接PC111的①�,負(fù)極端碰接②腳,或者正極端碰接①腳,負(fù)極端接②�,這時(shí)觀察接在輸出端�(wàn)用表的指針偏�(zhuǎn)情況。如果指針擺�(dòng),說(shuō)明光耦是好的,如果不擺動(dòng),則�(shuō)明光耦已損壞。萬(wàn)用表指針擺動(dòng)偏轉(zhuǎn)角度越大,表明光電轉(zhuǎn)換靈敏度越高�

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