光耦合器的技術特性與應用
發布時間:2008-11-04
中心議題:
- 光耦合器的優點
- 光耦合器的性能及類型
解決方案:
- 光耦合器具有良好的電絕緣能力和抗幹擾能力
- 輸入和輸出間的電隔離度取決於兩部分供電電源間的絕緣電阻
- 盡量消除暗電流的影響,使光耦合器構成的模擬隔離電路穩定實用
光耦合器(optical coupler,英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器,簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、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:光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管(LED),使之發出一定波長的光,被光探測器接收而產生光電流,再經過進一步放大後輸出。這就完成了電—光—電的轉換,從而起到輸入、輸出、隔ge離li的de作zuo用yong。由you於yu光guang耦ou合he器qi輸shu入ru輸shu出chu間jian互hu相xiang隔ge離li,電dian信xin號hao傳chuan輸shu具ju有you單dan向xiang性xing等deng特te點dian,因yin而er具ju有you良liang好hao的de電dian絕jue緣yuan能neng力li和he抗kang幹gan擾rao能neng力li。又you由you於yu光guang耦ou合he器qi的de輸shu入ru端duan屬shu於yu電dian流liu型xing工gong作zuo的de低di阻zu元yuan件jian,因yin而er具ju有you很hen強qiang的de共gong模mo抑yi製zhi能neng力li。所suo以yi,它ta在zai長chang線xian傳chuan輸shu信xin息xi中zhong作zuo為wei終zhong端duan隔ge離li元yuan件jian可ke以yi大da大da提ti高gao信xin噪zao比bi。在zai計ji算suan機ji數shu字zi通tong信xin及ji實shi時shi控kong製zhi中zhong作zuo為wei信xin號hao隔ge離li的de接jie口kou器qi件jian,可ke以yi大da大da增zeng加jia計ji算suan機ji工gong作zuo的de可ke靠kao性xing。
光耦合器的主要優點是:xinhaodanxiangchuanshu,shuruduanyushuchuduanwanquanshixianledianqigeligeli,shuchuxinhaoduishuruduanwuyingxiang,kangganraonengliqiang,gongzuowending,wuchudian,shiyongshoumingchang,chuanshuxiaolvgao。guangouheqishi70年代發展起來產新型器件,現已廣泛用於電氣絕緣、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 、脈衝放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通(tong)信(xin)設(she)備(bei)及(ji)微(wei)機(ji)接(jie)口(kou)中(zhong)。在(zai)單(dan)片(pian)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong),利(li)用(yong)線(xian)性(xing)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)可(ke)構(gou)成(cheng)光(guang)耦(ou)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu),通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)端(duan)電(dian)流(liu)來(lai)改(gai)變(bian)占(zhan)空(kong)比(bi),達(da)到(dao)精(jing)密(mi)穩(wen)壓(ya)目(mu)的(de)。
十(shi)幾(ji)年(nian)來(lai),新(xin)型(xing)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)不(bu)斷(duan)湧(yong)現(xian),滿(man)足(zu)了(le)各(ge)種(zhong)光(guang)控(kong)製(zhi)的(de)要(yao)求(qiu)。其(qi)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)已(yi)擴(kuo)展(zhan)到(dao)計(ji)測(ce)儀(yi)器(qi),精(jing)密(mi)儀(yi)器(qi),工(gong)業(ye)用(yong)電(dian)子(zi)儀(yi)器(qi),計(ji)算(suan)機(ji)及(ji)其(qi)外(wai)部(bu)設(she)備(bei)、通信機、信號機和道路情報係統,電力機械等領域。這裏側重介紹該器件的工作特性,驅動和輸出電路及部分實際應用電路。
近(jin)年(nian)來(lai)問(wen)世(shi)的(de)線(xian)性(xing)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)能(neng)夠(gou)傳(chuan)輸(shu)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)壓(ya)或(huo)模(mo)擬(ni)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao),使(shi)其(qi)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)大(da)為(wei)拓(tuo)寬(kuan)。下(xia)麵(mian)分(fen)別(bie)介(jie)紹(shao)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)及(ji)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)。
光耦合器的性能及類型
用於傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極管、光guang接jie收shou器qi為wei光guang敏min三san極ji管guan。當dang有you電dian流liu通tong過guo發fa光guang二er極ji管guan時shi,便bian形xing成cheng一yi個ge光guang源yuan,該gai光guang源yuan照zhao射she到dao光guang敏min三san極ji管guan表biao麵mian上shang,使shi光guang敏min三san極ji管guan產chan生sheng集ji電dian極ji電dian流liu,該gai電dian流liu的de大da小xiao與yu光guang照zhao的de強qiang弱ruo,亦yi即ji流liu過guo二er極ji管guan的de正zheng向xiang電dian流liu的de大da小xiao成cheng正zheng比bi。由you於yu光guang耦ou合he器qi的de輸shu入ru端duan和he輸shu出chu端duan之zhi間jian通tong過guo光guang信xin號hao來lai傳chuan輸shu,因yin而er兩liang部bu分fen之zhi間jian在zai電dian氣qi上shang完wan全quan隔ge離li,沒mei有you電dian信xin號hao的de反fan饋kui和he幹gan擾rao,故gu性xing能neng穩wen定ding,抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang。發fa光guang管guan和he光guang敏min管guan之zhi間jian的de耦ou合he電dian容rong小xiao(2pf左右)、耐壓高(2.5KV左右),故共模抑製比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決於兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外,因其輸入電阻小(約10Ω),對高內阻源的噪聲相當於被短接。因此,由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。
事(shi)實(shi)上(shang),光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)由(you)光(guang)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)的(de)電(dian)流(liu)轉(zhuan)移(yi)器(qi)件(jian),其(qi)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)與(yu)普(pu)通(tong)雙(shuang)極(ji)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)相(xiang)似(si),因(yin)而(er)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)作(zuo)為(wei)普(pu)通(tong)放(fang)大(da)器(qi)直(zhi)接(jie)構(gou)成(cheng)模(mo)擬(ni)放(fang)大(da)電(dian)路(lu),並(bing)且(qie)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)間(jian)可(ke)實(shi)現(xian)電(dian)隔(ge)離(li)。然(ran)而(er),這(zhe)類(lei)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)性(xing)較(jiao)差(cha),無(wu)實(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)。究(jiu)其(qi)原(yuan)因(yin)主(zhu)要(yao)有(you)兩(liang)點(dian):一是光耦合器的線性工作範圍較窄,且隨溫度變化而變化;二是光耦合器共發射極電流傳輸係數β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,在實際應用中,除應選用線性範圍寬、線性度高的光耦合器來實現模擬信號隔離外,還必須在電路上采取有效措施,盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態的影響。
從光耦合器的轉移特性與溫度的關係可以看出,若使光耦合器構成的模擬隔離電路穩定實用,則應盡量消除暗電流(ICBO)的影響,以提高線性度,做到靜態工作點IFQ隨溫度的變化而自動調整,以使輸出信號保持對稱性,使輸入信號的動態範圍隨溫度變化而自動變化,以抵消β值隨溫度變化的影響,保證電路工作狀態的穩定性。
光耦合器的類型
光耦合器有管式、雙列直插式和光導纖維式等封培育形式,其種類達數十種。光耦合器的種類達數十種,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)、光敏場效應管型。此外還有雙通道式(內部有兩套對管)、高增益型、交-直流輸入型等等。國外生產廠家有英國ISOCOM公司等,國內廠家的蘇州半導體總廠等。
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