光電耦合器件的原理及應(yīng)用

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1、光電耦合器件的原理及應(yīng)用摘要本文就國內(nèi)外光電耦合器的封裝結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)展開評述，介紹這類器件的性能。特點(diǎn)、封裝結(jié)構(gòu)類型、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，注重器件本身的物理結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)制造技術(shù)。關(guān)鍵詞：封裝；光電耦合器；光電器件；應(yīng)用光電耦合器是一種光電結(jié)合的新型器件。光電禍合器件制作工藝發(fā)展很快,新的光電耦合器件不斷出現(xiàn)。因?yàn)楣怆婑詈掀骷衅渌娮悠骷痪邆涞男阅?因此它被廣泛地應(yīng)用于計(jì)量儀器、精密儀器、過程控制、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器中。隨著工藝技術(shù)的不斷提高,可望將有更高集成水平、更大工作電流、更高工作速度、原副邊耐壓更高的光電耦

2、合器件出現(xiàn)。光電耦合器件有更廣泛的應(yīng)用前景,它將會替代一些與之相比性能較差的電子器件。光電耦合器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特點(diǎn)光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個(gè)密閉的管殼內(nèi),然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端,而把光接收器的管腳作為輸出端。當(dāng)在輸入端加電信號時(shí),發(fā)光器件發(fā)光。這樣,光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。從而實(shí)現(xiàn)了以“光”為媒介的電信號傳輸,而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接三種。當(dāng)電信號送入光電耦合器

3、的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，CE不通。對于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測調(diào)制要求。這種光耦合器性能較好，價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛。?????????????????圖一最常用的光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖三極管接收型?4腳封裝???????????????????????????圖二光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖三極管接收型?6腳封裝圖三光電

4、耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖雙發(fā)光二極管輸入三極管接收型4腳封圖四光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可控硅接收型?6腳封裝圖五光電耦合器之內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖雙二極管接收型?6腳封裝光電耦合器之所以在傳輸信號的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號雜訊比大為提高，主要有以下幾方面的原因：（1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。（2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有

5、電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。（3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號線短接時(shí)，也不會損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。（4）光電耦合器的回應(yīng)速度極快，其回應(yīng)延遲時(shí)間只有10μs左右，適于對回應(yīng)速度要求很高的場合。光耦的主要性能特點(diǎn)如下：①隔離性能好，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電隔離，其絕緣電阻一般均能達(dá)到1010Ω以上，絕緣耐壓在低壓時(shí)都可滿足使用要求，高耐壓

6、一般能超過lkV,有的可達(dá)10kV以上。②光信號單向傳輸，輸出信號對輸入端無反饋，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號傳遞。③光信號不受電磁干擾，工作穩(wěn)定可靠。④抗共模干擾能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。⑤光發(fā)射和光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高。⑥易與邏輯電路連接。⑦無觸點(diǎn)。壽命大。體積校耐沖擊。⑧工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。光電耦合器的應(yīng)用1、用作固體繼電器光電耦合器是一種將發(fā)光二極管和光敏三極管組裝在一起的新穎光電器件,它采用光信號來傳遞信息,從而使電路的輸入與輸出在電氣上處于完全隔離的狀態(tài),這

7、種信息傳遞方式是所有采用變壓器和繼電器作隔離來進(jìn)行信號傳遞的一般解決方案所不能相比的。由于光電耦合器具有可單向傳遞信息、通頻帶寬、寄生反饋小、消噪能力強(qiáng)、抗電磁干擾性能好等特點(diǎn),因而無論在數(shù)字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應(yīng)用。2、用光電耦合器代替音頻變壓器在線性電路中,兩級放大器之間常用音頻變壓器作耦合。這種耦合的缺點(diǎn)是會在變壓器鐵芯中損耗掉一部分功率,并可能造成某些失真。而如果選用光電耦合器來代替音頻變壓器就可以克服上述這些缺點(diǎn)。3、微機(jī)介面電路中的光電隔離微機(jī)有多個(gè)輸入埠，接收來自遠(yuǎn)處現(xiàn)場設(shè)備傳來的狀態(tài)信號，微機(jī)對這些信號處理后，輸出各種控

8、制信號去執(zhí)行相應(yīng)的操作。在現(xiàn)場環(huán)境較惡劣時(shí)，會存在較大的雜訊干擾，