光耦网 - 原件常识:以“光”为传媒的光电耦合器

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以“光”为传媒的光电耦合器

     
      光电耦合器是一种以光作为媒介、把输入端的电信号耦合到输出端去的新型半导体“电—光—电”转换器件。换句话讲,它具有把电子信号转换成为相应变化规律的光学信号、然后又重新转换成为变化规律相同的电信号的单向传输功能,并且能够有效地隔离噪声和抑制干扰,实现输入与输出之间的电绝缘。这种信号传递方式是所有采用变压器和电磁继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。

光耦原理图

图1 光电耦合器原理图


  光电耦合器的优点是单向传输信号、输入端与输出端在电气上完全隔离、输出信号对输入端无影响、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、体积小、使用寿命长、传输效率高等,因而在隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等电路中得到了越来越广泛的应用。目前,光电耦合器已发展成为种类最多、用途最广的光电器件之一。


一、 结构及特点


      光电耦合器由组装在同一密闭壳体内的半导体发光源和光接收器两部分组成,其结构如图1所示。发光源多为发光二极管,光接收器可以是光敏晶体管,也可以是光敏场效应管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。发光源和光接收器彼此相对并用透明绝缘材料隔离,发光源引出的管脚为输入端,光接收器引出的管脚为输出端。当按照图1所示,在输入端加上电信号时,发光二极管发光,与之相对应的光接收器由于光敏效应而产生光电流,并由输出端输出,从而实现了以“光”为媒介的电信号单向传输,而器件的输入和输出两端在电气上是完全保持绝缘的。

     光电耦合器的主要特点是:输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般都大于1010Ω,耐压一般可超过1.5kV,有的甚至可以达到10kV以上;由于“光”传输的单向性,所以信号从光源传输到光接收器时不会出现反馈现象,其输出信号也不会影响输入端。此外,光电耦合器能够很好地抑制干扰并消除噪声,其响应速度快(时间常数通常在微秒甚至毫微秒级)、无触点、寿命长、体积小、耐冲击、容易和逻辑电路配合,这使得它的应用很广泛。例如,在计算机数位通信及即时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加其工作之可靠性;在单片开关电源中,利用线性光电耦合器可构成光耦回馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压的目的。


二、外形和种类


      光电耦合器的封装形式可分为同轴型、双列直插型、TO封装型、扁平封装型、贴片封装型、光纤传输型等。但电子爱好者在制作或维修时经常用到的封装形式几乎全部都是塑料双列直插型、扁平封装型和贴片封装型3大类,引脚有4、6、8、12、16、24脚等多种,图2所示是它们的实物外形图。

光电耦合器封装种类

图2 光电耦合器封装


      光电耦合器的种类较多,如果按照输出形式不同来划分,主要有光敏二极管型、通用型(即光敏三极管型,又分无基极引线和有基极引线两种)、达林顿(复合三极管)型、双向对称型、高速型、光敏电阻型、光电池型、光敏场效应管型、光敏晶闸管型(又分单向晶闸管和双向晶闸管两种)、光集成电路型等。


      光电耦合器按传输信号不同,可分为非线性(数字型)光电耦合器和线性(模拟型)光电耦合器两大类。按传输信号的速度不同,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)。按隔离特性不同,可分为普通隔离光电耦合器(一般光学绝缘胶灌封低于5kV、空气封低于2kV)和高压隔离光电耦合器(可分为10kV、20kV、30kV等)。按传输信号通道数不同,可分为单通道、双通道和多通道光电耦合器。

 

三、主要参数


  光电耦合器的输入特性就是内部发光器(多为发光二极管)的特性,输出特性取决于内部光接收器。除此之外,还有以下几个方面的物料参数是我们在做选型的时候需要考虑的参数:

1、绝缘特性(耐压和工作绝缘);
2、共模抑制比CMR;
3、时延特性;
4、LED驱动电流IF;
5、电流传输比CTR;
6、LED驱动电流IF与电流传输比CTR的关系


 


四、型号与引脚的识别


  电子爱好者经常碰到的光电耦合器尽管外形基本上都是双列4脚、6脚、8脚……塑料封装,但由于型号的命名各厂家不统一,可谓五花八门,无规律可循,而且从型号上面一般是看不出有关内部结构和具体参数等信息的。要想知道某一型号产品的结构特点和有关参数等,就只能查看厂家说明书或相关的参数手册。表2列出了部分常用6引脚塑料双列直插型光电耦合器的型号和主要参数,供参考。

光耦引脚
                                                                                                                  图3 光电耦合器引脚排序规则
 
      常用光电耦合器的引脚排序规则如图3所示。这跟普通集成电路完全相同,即:将产品的引脚面朝向杂志,从顶面(有字面)的半圆凹槽、小圆凹口(色点)或斜边标记处的引脚开始,按逆时针(即图中箭头)方向计数,依次为1、2、3、4脚……如果翻转过来从背面看(比如在印制电路板的焊接面上看),即引脚面正对着自己、有字面朝向杂志,则应按顺时针方向计数。表2给出了笔者归纳整理出的不同型号光电耦合器的引脚排列图,希望能够给读者的应用提供简便快捷的帮助。

 

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