光電耦合器應用電路

1 光耦合的可控硅開關電路

圖46—6中（a）所示電路為光耦合器構成的可控硅開關電路。可控硅SCR的觸發(fā)電壓取自電阻R，其大小由通過光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡單，控制端與輸出端有可靠的電隔離。

圖46-6

圖中（b）所示電路，為控制負載為純電阻（如白熾燈泡）的開關電路，圖中R1的阻值由下式確定：R1＝V/1．2A，1．2A為雙向開關的額定電流。當主電網(wǎng)電壓為220V時，V＝/2·220=308V，則R1=308/1．2=250Ω．所以，可控硅SCR的規(guī)格應依R1的大小進行選擇。

當開關電路的負載為感性負載（如電動機等），則由于流過感性負載（線圈）的電流與電壓的相位不同，需增加相應元件，方能保證開關電路的正常工作，如圖46?所示。

圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流，是由R3與C的不同數(shù)值而決定的，見表46—1。

表46—1   IG、R3及三者關系表

/IG(Ma)/R3(kΩ)/C(μF)

/15/2.4/0.1

/30/1.2/0.2

/50/0.8/0.3/

圖46—7的開關電路，特別適于遙控時選用。

圖46-7

2 光電耦合器開關電路

對于開關電路，往往要求控制電路和開關電路之間要有很好的電隔離，這對于一般的電子開關來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實現(xiàn)了。圖46?中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關電路。

在圖中，當無脈沖信號輸入時，三極管BG處于截止狀態(tài)，發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當于開關“斷開”。當輸入端加有脈沖信號時，BG導通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當于開關“接通”。故稱無信號時開關不通，為常開狀態(tài)。

圖46—4中（b）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因為無信號輸入時，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，使a、b

圖46-4

兩端處于導通狀態(tài)，相當于開關“接通”。當有信號輸入時，BG導通，由于BG的集電結壓降在0．3V以下，遠小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當于開關“斷開”，故稱“常閉”式。

可見，開關a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應滿足a端電位為正，b端為負，并使U&ab＞3V為好，同時還應注意Uab應小于光電三極管的BVceo。

依據(jù)圖46—4的原理，光電耦合器可以組成如圖46—5中（a）、（b）等多種形式。

圖46-5

圖中（a）為單刀雙擲開關電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號時“od”組接通，“ob”組關斷。圖中（b）為雙刀雙擲開關電路，無輸入信號時，BG截止，“ob”與“od”組斷開，“oa”與“oc”組接通；BG導通（即有信號輸入時），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組斷開。它們適于自動控制和遙控設備中使用。

3 光電耦合器電平轉換電路

對于不同電平的轉換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開時，采用光電耦合器就顯得十分方便了。

中圖46—9的（a）與（b）圖示電路，就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進行電平轉換的基本電路。

圖46-9

圖（a）中，TTL門電路導通時，即輸出低電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管輸出高電平；TTL門電路截止時，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出低電平。

圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發(fā)光二極管導通，光電三極管輸出低電平；TTL導通輸出低電平，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出高電平。

在進行具體應用時，因CMOS集成電路在低電平時的電流只有1～2mA，難以直接驅(qū)動所接的負載，故一般需加一級三極管放大電路來驅(qū)動。

4 光電耦合器高壓穩(wěn)壓電路

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，比較放大管需選用耐壓高的三極管，若利用光電耦合器的輸入與輸出間絕緣良好的特點，便可實現(xiàn)高壓控制。

圖46—10中的（a）與（b）所示的電路，就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。

圖46-10

圖（a）中，當輸出電壓因某種原因?qū)е律邥r，則BG5的偏壓增加，發(fā)光二極管的正向電流增大，使光電三極管集電結電壓減小，即引起調(diào)整管BG1發(fā)射結電壓下降，其集電結電壓上升，從而使原來升高的輸出電壓減小，保持輸出電壓的穩(wěn)定。BG3管為限流保護電路。光電耦合器是工作在放大狀態(tài)的。

5 用于雙穩(wěn)態(tài)輸出的光耦合電路

圖46—8中（a）所示電路，為光電耦合器控制的雙穩(wěn)態(tài)輸出開關電路，它的特點是由于光電耦合開關接在兩管的發(fā)射極回路上，故能有效地解決輸出與負載間的隔離問題。

圖46-8（a）

圖46—8中（b）所示電路為光電耦合開關的施密特電路。當輸入電壓U1為低電平時，光電三極管C、e間呈高電阻，BG1導通，BG2截止，則輸出電壓U0為低電平；當輸入電壓U1大于鑒幅值時，光電三極管c、e間呈低電阻，則BG1截止，BG2導通，輸出的電壓U0為高電平。調(diào)節(jié)電阻R3，即改變鑒幅電平。

圖46-8（b）

6 光電耦合器組成開關電路
    圖1電路中，當輸入信號ui為低電平時，晶體管V1處于截止狀態(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當于開關“斷開”；當ui為高電平時，v1導通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當于開關“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(tài)．同理，圖2電路中，因無信號(Ui為低電平)時，開關導通，故為低電平導通狀態(tài)．

7  光電耦合器組成邏輯電路
    圖3電路為“與門”邏輯電路。其邏輯表達式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，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(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。

8 光電耦合器組成高壓穩(wěn)壓電路
    電略如圖5所示．驅(qū)動管需采用耐壓較高的晶體管(圖中驅(qū)動管為3DG27)。當輸出電壓增大時，V55
的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定．

9 光電耦合器組成門廳照明燈自動控制電路
    電路如圖6所示。A是四組模擬電子開關（S1~S4）：S1，S2，S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動功率及抗干擾能力）用于延時電路，當其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)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(huán)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處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。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(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導通，VT亦導通，H點亮，實現(xiàn)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(tài)。C1開始對R3放電，經(jīng)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(tài)，導致B6截止，VT亦截止，H熄來，實現(xiàn)延時關燈功能。