中心議題：

• 光電耦合器的性能特點
• 光電耦合器的選取原則
• 電路設計舉例

光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種由發光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現電→光→電信號的轉換，並且輸入信號與輸出信號隔離。目前絕大多數的光耦輸入采用砷化镓紅外發光二極管，輸出采用矽光電二極管
、矽光電三極管及光觸發可控矽。因為峰值波長900～940nm的砷化镓紅外發光二極管能與矽光電器件的響應峰值波長相吻合
，可獲得較高的信號傳輸效率。

並行接口又簡稱為“並口”，是一種增強了的雙向並行傳輸接口。所謂“並口”，是指8位數據同時通過並行線傳送，數據傳送速度大大提高，但並行傳送的線路長度受到限製。所謂“長線”是相對於數據的傳輸速度而言。例如，數據傳輸速率為9600b／s時，20m的電纜即可認為是長線。傳輸線長度增加
，幹擾就會增加，容易出錯，使信號無法遠距離傳輸。對傳輸線進行“隔離”和“浮地”處理，是解決上述問題的較好方法。采用光電隔離電路
，可去掉數據交換的兩設備之間的公共地線

，使兩設備電氣隔離翻。同時

，在電→光→電信號的轉換中
，就光電耦合器件而言，隻要其輸入端有一定的電流，其輸出端就能輸出相應的數字信號。

因此
，邏輯電平的信號傳遞變成了固定的電流環中電流有否的狀態傳遞。適當增大電流(低阻傳輸)，使shi夾jia雜za在zai信xin號hao中zhong的de電dian氣qi噪zao聲sheng被bei完wan全quan限xian製zhi在zai所suo選xuan擇ze的de開kai關guan電dian流liu幅fu度du內nei，即ji相xiang對dui弱ruo小xiao的de幹gan擾rao信xin號hao電dian流liu無wu法fa改gai變bian有you用yong信xin號hao電dian流liu的de有you無wu狀zhuang態tai
，就jiu可ke有you效xiao地di抑yi製zhi幹gan擾rao，提ti高gao信xin息xi傳chuan輸shu的de可ke靠kao性xing。並bing增zeng加jia數shu據ju的de傳chuan輸shu距ju離li。光guang耦ou合he器qi一yi般ban由you光guang的de發fa射she
、光的接收及信號放大組成。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。就完成了電一光一電的轉換，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)人(ren)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)信(xin)息(xi)傳(chuan)輸(shu)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)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)。

光電耦合器的性能特點

光guang耦ou合he器qi的de主zhu要yao優you點dian是shi單dan向xiang傳chuan輸shu信xin號hao

，輸shu人ren端duan與yu輸shu出chu端duan完wan全quan實shi現xian了le電dian氣qi隔ge離li
，抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang
，使shi用yong壽shou命ming長chang，傳chuan輸shu效xiao率lv高gao。它ta廣guang泛fan用yong於yu電dian平ping轉zhuan換huan、信號隔離
、級間隔離、開關電路
、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。

光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降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、集電極一發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO
、集電極一發射極飽和壓降VCE(sat)，此外，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時問、延遲時間和存儲時間等參數。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比表示。當輸出電壓保持恒定時，其等於直流輸出電流IC與直流輸入電流，IF的百分比：CTR=IC／IF×100％。

采用一隻光敏三極管的光耦合器，CTR的範圍為20％～300％(如4N35)
，而PC817為80％～160％，達林頓型光耦合器(如430)可達100％～5000％。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者隻需較小的輸入電流。
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光電耦合器的選取原則

在設計光耦光電隔離電路時必須正確選擇光耦合器的型號及參數，選取原則如下：

(1)youyuguangdianouheqiweixinhaodanxiangchuanshuqijian，erdianluzhongshujudechuanshushishuangxiangde
，dianlubandechicunyaoqiuyiding，jiehedianlushejideshijiyaoqiu，jiuyaoxuanzedanxinpianjichengduoluguangoudeqijian
；

(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是不小於500％。因為當CTR<500％時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0mA)，才能保證信號在長線傳輸中不發生錯誤，這會增大光耦的功耗；

(3)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)也(ye)是(shi)選(xuan)取(qu)光(guang)耦(ou)必(bi)須(xu)遵(zun)循(xun)的(de)原(yuan)則(ze)之(zhi)一(yi)
，光(guang)耦(ou)開(kai)關(guan)速(su)度(du)過(guo)慢(man)，無(wu)法(fa)對(dui)輸(shu)入(ru)電(dian)平(ping)做(zuo)出(chu)正(zheng)確(que)反(fan)應(ying)，會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

(4)推薦采用線性光耦。其特點是CTRzhinenggouzaiyidingfanweineizuoxianxingtiaozheng。shejizhongyouyudianlushurushuchujunshiyizhonggaodidianpingxinhao，guci
，dianlugongzuozaifeixianxingzhuangtai。erzaixianxingyingyongzhong，yinweixinhaobushizhendechuanshu，suoyi
，yinggenjudongtaigongzuodeyaoqiu
，shezhiheshidejingtaigongzuodian，shidianlugongzuozaixianxingzhuangtai。

tongchangqingkuangxia
，danxinpianjichengduoluguangoudeqijiansududoubijiaoman，ersudukuaideqijiandaduodoushidanlude
，daliangdegeliqijianxuyaozhanyonghendabubanmianji

，yeshideshejidechengbendadazengjia。zaishejizhong，shoudianlubanchicun、傳輸速度、設計成本等因素限製，無法選用速度上非常占優勢的單路光耦器件，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4。

4TLP521-4簡介

光電隔離模塊TLP521-4(GB)是一款具有完整基極一發射極的性能優良的固定延時光電耦合器，它具有最優轉換速度、高溫性能等特點。該器件主要特性：電流轉換率為100％～500％
；隔離電壓為2500Vrms(min)；發射一接收電壓為55V(min)；泄漏電流為lOμA(max)(Ta=85℃)

；最小轉換時間為42μs。

TLP52l-4(GB)的典型電路如圖1所示
，具體的轉換時間參數見表1。由表1可知，TLP521_4(GB)最大傳輸延遲時間為42μs，係統需要在1ms內完成8個ge字zi節jie的de讀du或huo寫xie，最zui大da傳chuan輸shu延yan遲chi時shi間jian已yi滿man足zu電dian路lu傳chuan輸shu延yan遲chi時shi間jian的de水shui平ping，因yin而er在zai傳chuan輸shu速su度du上shang完wan全quan能neng夠gou滿man足zu長chang線xian傳chuan輸shu的de要yao求qiu。通tong過guo對dui其qi輸shu入ru端duan的de控kong製zhi，可ke使shi光guang耦ou按an工gong作zuo需xu要yao打da開kai或huo關guan閉bi。當dang在zai輸shu入ru控kong製zhi端duan加jia高gao電dian平ping時shi，光guang耦ou正zheng常chang工gong作zuo。將jiang輸shu入ru端duan信xin號hao耦ou合he到dao輸shu出chu端duan，而er當dang在zai輸shu入ru控kong製zhi端duan加jia低di電dian平ping時shi，其qi輸shu出chu端duan集ji電dian極ji開kai路lu三san極ji管guan截jie止zhi，對dui外wai呈cheng高gao阻zu態tai。


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5電路設計

在(zai)長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)
，正(zheng)是(shi)因(yin)為(wei)地(di)線(xian)的(de)交(jiao)流(liu)阻(zu)抗(kang)特(te)性(xing)，使(shi)得(de)地(di)線(xian)成(cheng)了(le)電(dian)路(lu)中(zhong)事(shi)實(shi)上(shang)的(de)最(zui)大(da)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)。地(di)線(xian)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)是(shi)地(di)線(xian)存(cun)在(zai)阻(zu)抗(kang)，當(dang)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)地(di)線(xian)時(shi)
，會(hui)在(zai)地(di)線(xian)上(shang)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)，這(zhe)就(jiu)是(shi)地(di)線(xian)噪(zao)聲(sheng)。在(zai)這(zhe)個(ge)電(dian)壓(ya)的(de)驅(qu)動(dong)下(xia)
，會(hui)產(chan)生(sheng)地(di)線(xian)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)，形(xing)成(cheng)地(di)環(huan)路(lu)幹(gan)擾(rao)。南(nan)於(yu)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)設(she)備(bei)共(gong)用(yong)一(yi)段(duan)地(di)線(xian)，會(hui)形(xing)成(cheng)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)。采(cai)用(yong)光(guang)電(dian)隔(ge)離(li)器(qi)TLP521-4對發送和接收設備進行電氣隔離
，對於減小交流阻抗的作用十分明顯，進而增大傳輸電流
，有效地抑製地線噪聲；同時由於74LS244N的應用。總線驅動能力得到保障。圖2為光耦發送和接收電路示意圖。圖2中

，上半部兩光耦自左向右傳輸信號
，下半部兩光耦自右向左傳輸信號，左端74LS244N通過靜態存儲器IDT7132與處理器進行數據交換，右端通過8255與處理器進行數據交換。

調試中，輸入周期為100μs，占空比為1／2的+5V方波，對一路光耦的輸入端波形和經過20m長線後接收光耦的輸出端波形以及經過74LS244整形後的波形進行記錄。記錄結果如圖3所示。




congshurushuchuboxingdebijiaolaikan，dianlunengduishuruboxingzhongdiejiadezaoshengganraojuyoumingxiandeyizhizuoyong，shishuchuboxingbiandeguanghuaqiewending，tigaoleshuchuxinzaobi。suiranyouyuguangoudezhuanhuanshijianwenti，boxingdezhankongbifashengleweiliangbianhuan，danshiyouyudianlushurushuchujunshiyizhonggaodidianpingxinhao，gubuyingxiangxinhaodezhengquechuanshu。

采cai用yong上shang述shu方fang法fa應ying用yong於yu並bing口kou長chang線xian傳chuan輸shu電dian路lu，能neng夠gou在zai保bao持chi並bing口kou傳chuan輸shu的de速su度du優you勢shi以yi及ji係xi統tong結jie構gou不bu變bian時shi

，保bao證zheng信xin號hao傳chuan輸shu的de準zhun確que性xing。在zai長chang距ju離li的de並bing口kou傳chuan輸shu中zhong，隻zhi要yao對dui原yuan來lai短duan距ju離li並bing口kou電dian路lu稍shao加jia改gai動dong，就jiu可ke以yi保bao證zheng通tong信xin雙shuang方fang的de高gao速su隔ge離li並bing進jin行xing通tong信xin
，因yin而er具ju有you較jiao大da實shi用yong價jia值zhi。