认识光电耦合器

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认识光电耦合器

作者: 发布时间:2018/8/16 来源:光耦网 浏览量:71 相关关键词: 光电耦合器 光耦

光电耦合器是一种把电子信号转换成为光学信号,然后又回复电子信号的半导体器件。当电流移向电耦合器的输入面光学信号由发光二极管输出 。输出面的光学感应器察觉之,同时电流移动。


光电耦合器的结构特

光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内,然后利用发光器件的管脚作输入端,而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时,发光器件发光。这样,光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输,而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。


光电耦合的主要特点如下:

●输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般都大于10 10Ω,耐压一般可超过1kV,有的甚至可以达到10kV以上。

●由于“光”传输的单向性,所以信号从光源单向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。

●由于发光器件(砷化镓红外二极管)是阻抗电流驱动性器件,而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件

的共模抑制比很大,所以,光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。

●容易和逻辑电路配合。

●响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。

●无触点、寿命长、体积小、耐冲击。



光电耦合器的发展现状

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。


近几年来,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。图2所示为其原理电路图,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。



光电耦合器典型应用

一、用作固体继电器

光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件,它采用光信号来传递信息,从而使电路的输入与电气上处于完全隔离的状态,这种信息传递方式是所有采用变压器和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。由于光电耦合器具有可单向传递信息、通频带宽、寄生反馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点,因而无论在数字电路还是在模拟电路中均得到了越来越广泛的应用。


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。图中所用的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。

二、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。



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