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光電耦合器原理及應用
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內,彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端,受光器的引腳為輸出端,常見的發光源為發光二極體,受光器為光敏二極體、光敏三極體等等。光電耦合器的種類較多,常見有光電二極體型、光電三極體型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。如下圖1(外形有金屬圓殼封裝,塑封雙列直插等)。
工作原理
在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光,光的強度取決於激勵電流的大小,此光照射到封裝在一起的受光器上后,因光電效應而產生了光電流,由受光器輸出端引出,這樣就實現了電一光一電的轉換。
基本工作特性(以光敏三極體為例)
1、共模抑制比很高
在光電耦合器內部,由於發光管和受光器之間的耦合電容很小(2pF以內)所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小,因而共模抑制比很高。
2、輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發光電流IF下,光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關係,當IF=0時,發光二極體不發光,此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流,一般很小。當IF>0時,在一定的IF作用下,所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關係,用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極體輸出特性相似。
3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。
在發光二極體上提供一個偏置電流,再把信號電壓通過電阻耦合到發光二極體上,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號,其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作於開關狀態,傳輸脈衝信號。在傳輸脈衝信號時,輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間,不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。
光電耦合器的測試
1、用萬用表判斷好壞,如圖3,斷開輸入端電源,用R×1k檔測1、2腳電阻,正向電阻為幾百歐,反向電阻幾十千歐,3、4腳間電阻應為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組,阻值為無限大,輸入端接通電源后,3、4腳的電阻很小。調節RP,3、4間腳電阻發生變化,說明該器件是好的。註:不能用R×10k檔,否則導致發射管擊穿。
2、簡易測試電路,當接通電源后,LED不發光,按下SB,LED會發光,調節RP、LED的發光強度會發生變化,說明被測光電耦合器是好的。
光電耦合器具體應用
1.組成開關電路
當輸入信號ui為低電平時,晶體管V1處於截止狀態,光電耦合器B1中發光二極體的電流近似為零,輸出端Q11、Q12間的電阻很大,相當於開關「斷開」;當ui為高電平時,v1導通,B1中發光二極體發光,Q11、Q12間的電阻變小,相當於開關「接通」.該電路因Ui為低電平時,開關不通,故為高電平導通狀態.同理,因無信號(Ui為低電平)時,開關導通,故為低電平導通狀態.
2.組成邏輯電路
電路為「與門」邏輯電路。其邏輯表達式為P=A.B.圖中兩隻光敏管串聯,只有當輸入邏輯電平A=1、B=1時,輸出P=1.同理,還可以組成「或門」、「與非門」、「或非門」等邏輯電路.
3.組成隔離耦合電路
電路如圖4所示.這是一個典型的交流耦合放大電路.適當選取發光迴路限流電阻Rl,使B4的電流傳輸比為一常數,即可保證該電路的線性放大作用。
4.組成高壓穩壓電路
驅動管需採用耐壓較高的晶體管(圖中驅動管為3DG27)。當輸出電壓增大時,V55
的偏壓增加,B5中發光二極體的正向電流增大,使光敏管極間電壓減小,調整管be結偏壓降低而內阻增大,使輸出電壓降低,而保持輸出電壓的穩定.
5.組成門廳照明燈自動控制電路
A是四組模擬電子開關(S1~S4):S1,S2,S3並聯(可增加驅動功率及抗干擾能力)用於延時電路,當其接通電源后經R4,B6驅動雙向可控硅VT,VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構成環境光線檢測電路。當門關閉時,安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用,其觸點斷開,S1,S2,S3處於數據開狀態。晚間主人回家打開門,磁鐵遠離KD,KD觸點閉合。此時9V電源整流后經R1向C1充電,C1兩端電壓很快上升到9V,整流電壓經S1,S2,S3和R4使B6內發光管發光從而觸發雙向可控硅導通,VT亦導通,H點亮,實現自動照明控制作用。房門關閉后,磁鐵控制KD,觸點斷開,9V電源停止對C1充電,電路進入延時狀態。C1開始對R3放電,經一段時間延遲后,C1兩端電壓逐漸下降到S1,S2,S3的開啟電壓(1.5v)以下,S1,S2,S3恢復斷開狀態,導致B6截止,VT亦截止,H熄來,實現延時關燈功能。
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