光耦合器：類型及其應(yīng)用

介紹

光耦合器(也稱為光隔離器)是一種在兩個(gè)隔離電路之間傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。光耦合器由兩部分組成：發(fā)射紅外光的LED和檢測(cè)LED光的光敏器件。這兩個(gè)部件都裝在一個(gè)帶有連接銷的黑匣子中。輸入電路接收輸入信號(hào)，無(wú)論是交流還是直流，并使用它來(lái)打開(kāi)LED。

光耦合器

光耦合器器件只是一個(gè)密封的獨(dú)立單元，里面裝有獨(dú)立供電的光(光)發(fā)射和接收單元，這些單元可以光耦合在一起。上圖描繪了這種設(shè)備的基本形狀。在這種情況下，Tx單元是LED，但Rx單元可以是光電晶體管，光FET，光電可控硅或其他類型的光敏半導(dǎo)體元件;Tx 和 Rx 單元緊密地裝在一個(gè)密封的包裝中。

光耦合器的工作原理

耦合器使用光來(lái)傳輸電信號(hào)。由于它們?yōu)檩斎牒洼敵鲂盘?hào)提供了良好的隔離，因此廣泛用于各種電路中。它是現(xiàn)在最常用的光電器件之一。光耦合器由三部分組成：光發(fā)射、光接收和信號(hào)放大。輸入電信號(hào)使LED發(fā)出特定波長(zhǎng)的光，由光電探測(cè)器檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換為光電流，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后再輸出。

光耦合器的工作原理

然后完成電光電轉(zhuǎn)換，用作輸入、輸出和隔離。由于光耦合器輸入和輸出之間的相互作用是單向的，電信號(hào)的傳輸是單向的，因此光耦合器具有良好的電絕緣性和抗干擾能力。此外，由于光耦合器的輸入端是電流型工作的低電阻元件，因此具有很強(qiáng)的共模抑制能力。

因此，當(dāng)用作長(zhǎng)線傳輸信息中的終端隔離元件，以及計(jì)算機(jī)數(shù)字通信和實(shí)時(shí)控制中信號(hào)隔離的接口器件時(shí)，它可以顯著提高信噪比(SNR)。計(jì)算機(jī)工作在可靠性方面可以大大提高。

不同類型的光耦合器

1.基于光電晶體管的光耦合器。

2.基于光電達(dá)林頓晶體管的光耦合器。

3.采用光電可控硅的光耦合器。

4.帶光片可控硅的光耦合器

基于光電晶體管的光耦合器

光電晶體管光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示。晶體管的類型可以是PNP或NPN。

根據(jù)輸出引腳的可用性，光電晶體管可以有兩種類型。左側(cè)第二個(gè)圖像上有一個(gè)額外的引腳排列，與晶體管的基極內(nèi)部連接。引腳6用于控制光電晶體管的靈敏度。通常使用高阻值電阻將引腳連接到地或負(fù)極。在這種配置中，可以有效控制由噪聲或電氣瞬變引起的誤觸發(fā)。

基于光電晶體管的光耦合器

此外，在使用基于光電晶體管的光耦合器之前，用戶必須了解晶體管的最大額定值。PC816、PC817、LTV817和K847PH是基于光電晶體管的光耦合器的幾個(gè)例子?；诰w管的光耦合器用于直流電路隔離。

基于光電達(dá)林頓晶體管的光耦合器

達(dá)林頓晶體管是一對(duì)雙晶體管，其中一個(gè)晶體管控制另一個(gè)晶體管的基極。達(dá)林頓晶體管在這種配置中提供高增益能力。像往常一樣，LED 發(fā)射紅外光并控制一對(duì)晶體管的基極。

基于光電達(dá)林頓晶體管的光耦合器

這種類型的光耦合器也用于直流電路中的隔離。第六個(gè)引腳內(nèi)部連接到晶體管的基極，用于控制晶體管的靈敏度，如前面在光電晶體管描述中所討論的那樣。一些光電達(dá)林頓光耦合器的例子是4N32、4N33、H21B1、H21B2和H21B3。

采用光電可控硅的光耦合器

在上圖中，顯示了內(nèi)部結(jié)構(gòu)或基于TRIAC的光耦合器。

采用光電可控硅的光耦合器。

可控硅主要用于需要基于交流的控制或開(kāi)關(guān)的地方。引線可以使用直流電進(jìn)行控制，而可控硅用于控制交流電。光耦合器在這種情況下也提供了出色的隔離。這是一個(gè)三端雙向可控硅應(yīng)用程序。基于光電可控硅的光耦合器示例包括IL420、4N35等，是基于可控硅的光耦合器。

帶光片可控硅的光耦合器

SCR是可控硅整流器的縮寫(xiě)，也稱為晶閘管。基于光電SCR的光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示。與其他光耦合器一樣，LED發(fā)出紅外光。LED的強(qiáng)度控制基于交流電路中使用的光電SCR的光耦合器。有關(guān)晶閘管的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)此處。

MOC3071、IL400、MOC3072和其他基于光電SCR的光耦合器就是例子。

光耦合器的優(yōu)點(diǎn)

§ 更小更輕

§ 低價(jià)

§ 它工作得非常快。

§ 噪音較小。

§ 光耦合器對(duì)交流和直流高壓信號(hào)均有效。

§ 它還用于檢測(cè)各種傳感器應(yīng)用中物理物體的存在。

§ 光耦合器的使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。

§ 它在較低頻率下具有出色的響應(yīng)。

§ 沒(méi)有觸點(diǎn)反彈，沒(méi)有電弧干擾，也沒(méi)有電路磨損。

§ 它使用更少的能源。

§ 由于接通和關(guān)斷時(shí)間短，因此具有很高的開(kāi)關(guān)頻率。

光耦合器的缺點(diǎn)

§ 光耦合器無(wú)法處理大電流。

§ 為了工作，光耦合器需要一個(gè)外部偏置電壓。

§ 高頻響應(yīng)不足。

§ 基于光電晶體管的光耦合器在光輸入和輸出電流變化之間的線性關(guān)系與基于光電二極管的類型不同。

光耦合器的應(yīng)用

§ 電磁閥/閥門(mén)控制裝置

§ 提供恒定功率的開(kāi)關(guān)

§ 溫度調(diào)節(jié)

§ 交流電機(jī)的起動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器

§ 照明控制

§ E.M. 的接觸器

§ 固態(tài)繼電器

審核編輯：湯梓紅