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  业 界 新 闻
 
光耦的基本知识
[2009年4月21日]

 
光耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光耦合 器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各 种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦 合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二 极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一 步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的 电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因 而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大 提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增 加计算机工作的可靠性。   1.光耦合器的主要优点   信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离,输出信号对输入端无 影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70 年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电 路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字 仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机 接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制 端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。   十几年来,新型光耦合器不断涌现,满足了各种光控制的要求。其应用范围已扩 展到计测仪器,精密仪器,工业用电子仪器,计算机及其外部设备、通信机、信号机 和道路情报系统,电力机械等领域。这里侧重介绍该器件的工作特性,驱动和输出电 路及部分实际应用电路。近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或 模拟电流信号,使其应用领域大为拓宽。下面分别介绍光耦合器的工作原理及检测方 法。   2. 光耦合器的性能及类型   用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当 有电流通过发光二极管时,便形成一个光源,该光源照射到光敏三极管表面上,使光 敏三极管产生集电极电流,该电流的大小与光照的强弱,亦即流过二极管的正向电流 的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输,因而两部分 之间在电气上完全隔离,没有电信号的反馈和干扰,故性能稳定,抗干扰能力强。发 光管和光敏管之间的耦合电容小(2pf左右)、耐压高(2.5KV左右),故共模抑制比很 高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外,因其输入 电阻小(约10Ω),对高内阻源的噪声相当于被短接。因此,由光耦合器构成的模拟 信号隔离电路具有优良的电气性能。    事实上,光耦合器是一种由光电流控制的电流转移器件,其输出特性与普通双极 型晶体管的输出特性相似,因而可以将其作为普通放大器直接构成模拟放大电路,并 且输入与输出间可实现电隔离。然而,这类放大电路的工作稳定性较差,无实用价 值。究其原因主要有两点:一是光耦合器的线性工作范围较窄,且随温度变化而变 化;二是光耦合器共发射极电流传输系数β和集电极反向饱和电流ICBO(即暗电流)受 温度变化的影响明显。因此,在实际应用中,除应选用线性范围宽、线性度高的光耦 合器来实现模拟信号隔离外,还必须在电路上采取有效措施,尽量消除温度变化对放 大电路工作状态的影响。   从光耦合器的转移特性与温度的关系可以看出,若使光耦合器构成的模拟隔离电 路稳定实用,则应尽量消除暗电流(ICBO)的影响,以提高线性度,做到静态工作点 IFQ随温度的变化而自动调整,以使输出信号保持对称性,使输入信号的动态范围随 温度变化而自动变化,以抵消β值随温度变化的影响,保证电路工作状态的稳定性.
 
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