光耦合器(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器,簡稱光耦。是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它以光作為媒介把輸入端的電信號轉(zhuǎn)換為光信號,耦合到輸出端再轉(zhuǎn)換為電信號,因此稱為光耦合器。由于光耦合器輸入、輸出間互相隔離,電信號傳輸具有單向性等特點,因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。發(fā)光器件常采用發(fā)光二極管或激光管;接收器件常用光敏二極管、光敏晶體管及光集成電路等。
光耦合器對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用,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、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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長的光,被光探測器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進一步放大后輸出。
概述
光耦合器一般由三部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長的光,被光探測器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進一步放大后輸出。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,電信號傳輸具有單向性等特點,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,因而具有很強的共模抑制能力。所以,它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件,可以大大增加計算機工作的可靠性。
種類
光耦合器的種類達數(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)、光敏場效應(yīng)管型。
優(yōu)點
信號單向傳輸,輸入端與輸出端完全實現(xiàn)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(wěn)定,無觸點,使用壽命長,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、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)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(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、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,達到精密穩(wěn)壓目的。
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、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、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)字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數(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。當輸出電壓保持恒定時,它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。當接收管的電流放大系數(shù)hFE為常數(shù)時,它等于輸出電流IC之比,通常用百分數(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%~30%(如4N35),而PC817則為80%~160%,達林頓型光耦合器(如4N30)可達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較小時的非線性失真尤為嚴重,因此它不適合傳輸模擬信號。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時,其交流電流傳輸比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)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,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)計光耦反饋式開關(guān)電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數(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%。這是因為當CTR<50%時,光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF>5.0mA),才能正??刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比,這會增大光耦的功耗。若CTR>200%,在啟動電路或者當負載發(fā)生突變時,有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā),影響正常輸出。
(2)推薦采用線性光耦合器,其特點是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。
(3)由英國埃索柯姆(Isocom)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器,目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性,其線性度差,適宜傳輸數(shù)字信號(高、低電平),因此不推薦用在開關(guān)電源中。