热门搜索:   553-0711F   62157-2  
首页/搜索 > 原厂代理 > 产品介绍

光耦简介

时间:2014年07月23日  整理:有芯网

a、光敏器件输出型,其中包括光敏二极管输出型,光敏三极管输出型,光电池输出型,光可控硅输出型等。 

b、NPN三极管输出型,其中包括交流输入型,直流输入型,互补输出型等。 c、达林顿三极管输出型,其中包括交流输入型,直流输入型。 

d、逻辑门电路输出型,其中包括门电路输出型,施密特触发输出型,三态门电路输出型等。 e、低导通输出型(输出低电平毫伏数量级)。 f、光开关输出型(导通电阻小余10Ω)。 g、功率输出型(IGBT/MOSFET等输出)。 

(3)按封装形式分,可分为同轴型,双列直插型,TO封装型,扁平封装型,贴片封装型,以及光纤传输型等。 

(4)按传输信号分,可分为数字型光电耦合器(OC门输出型,图腾柱输出型及三态门电路输出型等)和线性光电耦合器(可分为低漂移型,高线性型,宽带型,单电源型,双电源型等)。 (5)按速度分,可分为低速光电耦合器(光敏三极管、光电池等输出型)和高速光电耦合器(光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型)。 (6)按通道分,可分为单通道,双通道和多通道光电耦合器。 

(7)按隔离特性分,可分为普通隔离光电耦合器(一般光学胶灌封低于5000V,空封低于2000V)和高压隔离光电耦合器(可分为10kV,20kV,30kV等)。 

(8)按工作电压分,可分为低电源电压型光电耦合器(一般5~15V)和高电源电压型光电耦合器(一般大于30V)。光耦-隔离  

光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离,光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出,由于没有直接的电气连接,这样既耦合传输了信号,又有隔离作用。只要光耦合器质量好,电路参数设计合理,一般故障少见。如果系统中出现异常,使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压,就会使之被击穿损坏。 

可以认为是一个发光二极管和一个光电二极管或三极管封装到一起。可以实现信号的完全电气隔离。在信号采集系统中广泛采用。 光耦是通电使发光二极管发光,光敏二极管接受光导通的器件。其好处输入和输出是隔离的,就象变压器一样。6N137和6N138是光耦8脚IC,具体参数搜索一下即可光偶隔离器的缺点是尺寸太大。   

光耦-工作特性 

1、共模抑制比很高 

在光电耦合器内部,由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因而共模抑制比很高。 2、输出特性 

光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系,当IF=0时,发光二极管不发光,此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当IF>0时,在一定的IF作用下,所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系,用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。 

3、光电耦合器可作为线性耦合器使用 在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上,这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号,其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态,传输脉冲信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间,不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。光耦-实用技巧   

光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递,输入与输出在电气上完全隔离,具有抗干扰性能强的特点。对于既包括弱电控制部分,又包括强电控制部分的工业应用测控系统,采用光耦隔离可以很好地实现弱电和强电的隔离,达到抗干扰目的。但是,使用光耦隔离需要考虑以下几个问题: 

①光耦直接用于隔离传输模拟量时,要考虑光耦的非线性问题; ②光耦隔离传输数字量时,要考虑光耦的响应速度问题; 

③如果输出有功率要求的话,还得考虑光耦的功率接口设计问题。 1:光电耦合器非线性的克服 

光电耦合器的输入端是发光二极管,因此,它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来表示;输出端是光敏三极管,因此光敏三极管的伏安特性就是它的输出特性。由此可见,光电耦合器存在着非线性工作区域,直接用来传输模拟量时精度较差。 

解决方法之一,利用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器,T1和T2,以及2个射极跟随器A1和A2组成。如果T1和T2是同型号同批次的光电耦合器,可以认为他们的非线性传输特性是完全一致的,即K1(I1)=K2(I1),则放大器的电压增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可见,利用T1和T2电流传输特性的对称性,利用反馈原理,可以很好的补偿他们原来的非线性。 

另一种模拟量传输的解决方法,就是采用VFC(电压频率转换)方式。现场变送器输出模拟量信号(假设电压信号),电压频率转换器将变送器送来的电压信号转换成脉冲序列,通过光耦隔离后送出。在主机侧,通过一个频率电压转换电路将脉冲序列还原成模拟信号。此时,相当于光耦隔离的是数字量,可以消除光耦非线性的影响。这是一种有效、简单易行的模拟量传输方式。 当然,也可以选择线性光耦进行设计,如精密线性光耦TIL300,高速线性光耦6N135/6N136。线性光耦一般价格比普通光耦高,但是使用方便,设计简单;随着器件价格的下降,使用线性光耦将是趋势。 

2:提高光电耦合器的传输速度 

当采用光耦隔离数字信号进行控制系统设计时,光电耦合器的传输特性,即传输速度,往往成为系统最大数据传输速率的决定因素。在许多总线式结构的工业测控系统中,为了防止各模块之间的相互干扰,同时不降低通讯波特率,我们不得不采用高速光耦来实现模块之间的相互隔离。常用的高速光耦有6N135/6N136,6N137/6N138。但是,高速光耦价格比较高,导致设计成本提高。这里介绍两种方法来提高普通光耦的开关速度。 

由于光耦自身存在的分布电容,对传输速度造成影响,光敏三极管内部存在着分布电容Cbe和Cce。由于光耦的电流传输比较低,其集电极负载电阻不能太小,否则输出电压的摆幅就受到了限制。但是,负载电阻又不宜过大,负载电阻RL越大,由于分布电容的存在,光电耦合器的频率特性就越差,传输延时也越长。 

用2只光电耦合器T1,T2接成互补推挽式电路,可以提高光耦的开关速度。当脉冲上升为“1”电平时,T1截止,T2导通。相反,当脉冲为“0”电平时,T1导通,T2截止。这种互补推挽式电路的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性。 此外,在光敏三极管的光敏基极上增加正反馈电路,这样可以大大提高光电耦合器的开关速度。通过增加一个晶体管,四个电阻和一个电容,实验证明,这个电路可以将光耦的最大数据传输速率提高10倍左右。 3:光耦的功率接口设计 微机测控系统中,经常要用到功率接口电路,以便于驱动各种类型的负载,如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口电路一般具有带负载能力强、输出电流大、工作电压高的特点。工程实践表明,提高功率接口的抗干扰能力,是保证工业自动化装置正常运行的关键。 

就抗干扰设计而言,很多场合下,既能采用光电耦合器隔离驱动,也能采用继电器隔离驱动。一般情况下,对于那些响应速度要求不很高的启停操作,我们采用继电器隔离来设计功率接口;对于响应时间要求很快的控制系统,采用光电耦合器进行功率接口电路设计。这是因为继电器的响应延迟时间需几十ms,而光电耦合器的延迟时间通常都在10us之内,同时采用新型、集成度高、使用方便的光电耦合器进行功率驱动接口电路设计,可以达到简化电路设计,降低散热的目的。 

对于交流负载,可以采用光电可控硅驱动器进行隔离驱动设计,例如TLP541G,4N39。光电可控硅驱动器,特点是耐压高,驱动电流不大,当交流负载电流较小时,可以直接用它来驱动。当负载电流较大时,可以外接功率双向可控硅。其中,R1为限流电阻,用于限制光电可控硅的电流;R2为耦合电阻,其上的分压用于触发功率双向可控硅。当需要对输出功率进行控制时,可以采用光电双向可控硅驱动器,例如MOC3010。光耦-产品检测   

1、用万用表判断好坏,断开输入端电源,用R×1k档测1、2脚电阻,正向电阻为几百欧,反向电阻几十千欧,3、4脚间电阻应为无限大。1、2脚与3、4脚间任意一组,阻值为无限大,输入端接通电源后,3、4脚的电阻很小。调节RP,3、4间脚电阻发生变化,说明该器件是好的。注:不能用R×10k档,否则导致发射管击穿。 

2、简易测试电路,当接通电源后,LED不发光,按下SB,LED会发光,调节RP、LED的发光强度会发生变化,说明被测光电耦合器是好的。光耦-应用场合   

由于光耦种类繁多,结构独特,优点突出,因而其应用十分广泛,主要应用以下场合: (1)在逻辑电路上的应用 

光电耦合器可以构成各种逻辑电路,由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好,因此,由它构成的逻辑电路更可靠。 (2)作为固体开关应用 在开关电路中,往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离,对于一般的电子开关来说是很难做到的,但用光电耦合器却很容易实现。 (3)在触发电路上的应用 

将光电耦合器用于双稳态输出电路,由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路,可有效地解决输出与负载隔离地问题。 (4)在脉冲放大电路中的应用 

光电耦合器应用于数字电路,可以将脉冲信号进行放大。 (5)在线性电路上的应用 

线性光电耦合器应用于线性电路中,具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。 (6)特殊场合的应用 

光电耦合器还可应用于高压控制,取代变压器,代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。 

光耦-发展现状 

日本光电耦合器的市场虽不太大,但却以40%的年增长率增大,其主要原因是每一个程序控制器里都要用到20~30个甚至更多的光电耦合器。现在,光电耦合器已显示出一种朝大容量和高速度方向发展的明显趋势。美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成的器件为主,该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高(一般为7~30%),而且响应速度比较快(2~5μs),因而能够满足大多数应用场合要求。日本横河电机公司用GaAsP红外发光二极管作输入端,PIN光电二极管作接收端制成的三种高速光电耦合器的绝缘电压都在3000伏以上,其中5082—43610型超高速数字光电耦合器和5082—4361型高共模抑制型光电耦合器的响应速度均可达到10Mb/s,它们的电流传输效率高达60%以上。美国莫托罗拉公司生产的4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三极管输出型光电耦合器[2],这种光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能,其频率响应可达300kHz,而开关时间只有几微秒。 

在日本电气公司(NEC)生产的高速光电耦合器中,PS2101型光电耦合器是一种通用的四脚扁平组件,它采用砷铝镓红外发光二极管和硅光电晶体管组合而成,并将其封装4×4.4×2立方毫米的体积之内,其响应速度为10μs。而PS2041和PS2042型光电耦合器则是将砷铝镓发光二极管和光电晶体管集成在同一衬底上的六脚封装组件,它们的大小为7.08×7.6×3.5立方毫米,响应时间为0.3μs。 

中国国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益电耦合器。这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成,其输出端由两只Si—PIN光电探测器以及两个高速高增益线性放大电路组成。除此之外,重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型高压光传输光电耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光电耦合器等。  

光耦-典型应用 

1.用作固体继电器 

采用光电耦合器作固体继电器具有体积小、耦合密切、驱动功率小、动作速度快、工作温度范围宽等优点。图3所示是一个光电耦合器用作固体继电器的实际电路图,它的左半部分电路可用于将输入的电信号Vi变成光电耦合器内发光二极管发光的光信号;而右半部分电路则通过光电耦合器内的光敏三极管再将光信号还原成电信号,所以这是一种非常好的电光与光电联合转换器件。光电耦合器的电流传输比为20%,耐压为150V,驱动电流在8~20mA之间。在实际使用中,由于它没有一般电磁继电器常见的实际接点,因此不存在接触不良和燃弧打火等现象,也不会因受外力或机械冲击而引起误动作。所以,它的性能比较可靠,工作十分稳定。 2. 

2.光电耦合器在电话保安装置中应用 

为了防止电话线路被并机窃用或电话机被盗用通话,可以利用光电耦合器来设计一个简单实用的电话保安电路,由VD1~VD4组成极性转换电路。由于在将本保安器接入电话线路中时,不需要分清电话线路反馈电压的极性,因此,使用该保安器可以给安装带来很大的方便。 3.用光电耦合器代替音频变压器 在线性电路中,两级放大器之间常用音频变压器作耦合。这种耦合的缺点是会在变压器铁芯片中损耗掉一部分功率,并可能造成某些失真。而如果选用光电耦合器来代替音频变压器就可以克服上述这些缺点。当输入信号Vi经三极管BG1、BG2前级放大之后,驱动光电耦合器左边的LED发光,并被右边的光敏管全部吸收并转换成电信号,此信号经后级电路BG3放大,并由该管的发射极通过电容器C3后输出一个不失真的放大信号V0。由于该电路将前后两级放大器之间完全隔离,因而杜绝了地环路可能引起的干扰。同时由于该电路还具有消噪功能,因此避免了信号的失真。整个电路的总增益可望达到20dB以上,带宽约120kHz。