光耦合器的性能及分類(lèi)

光耦隔離就是采用光耦合器進(jìn)行隔離。光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起。光耦隔離電路使被隔離的兩部分電路之間沒(méi)有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間。

光耦的主要構(gòu)件是發(fā)光器件和光敏器件，發(fā)光器件一般都是IRLED，而光接受器件有光敏二極管、光敏三極管、達(dá)林頓管、光集成電路等類(lèi)型，在高頻開(kāi)關(guān)電源中，對(duì)光耦的響應(yīng)速度要求很高，故一般采用如圖所示的響應(yīng)較快的高速型，延遲時(shí)間在500nS以?xún)?nèi)。用于模擬信號(hào)或直流信號(hào)傳輸時(shí)，應(yīng)采用線性光耦以減小失真，而傳輸數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，對(duì)其線性度的要求不太嚴(yán)格。

光耦隔離的主要作用！

光耦的主要作用就是隔離作用，如信號(hào)隔離或光電的隔離。隔離能起到保護(hù)的作用，如一邊是微處理器控制電路，另一邊是高電壓執(zhí)行端，如市電啟動(dòng)的電機(jī)，電燈等等，就可以用光耦隔離開(kāi)。當(dāng)兩個(gè)不同型號(hào)的光耦只有負(fù)載電流不同時(shí)，可以用大負(fù)載電流的光耦代替小負(fù)載電流的光耦。

一個(gè)光控晶閘管（photo-thyristor）耦合（couple to）一個(gè)砷化鎵（gallium arsenide）紅外發(fā)光二極管（diode）組成。左邊1和2腳是發(fā)光二極管，當(dāng)外加電壓后，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，以此來(lái)觸發(fā)光控晶閘管。光控晶閘管的特點(diǎn)是門(mén)極區(qū)集成了一個(gè)光電二極管，觸發(fā)信號(hào)源與主回路絕緣，它的關(guān)鍵是觸發(fā)靈敏度要高。光控晶閘管控制極的觸發(fā)電流由器件中光生載流子提。光控晶閘管陽(yáng)極和陰極間加正壓，門(mén)極區(qū)若用一定波長(zhǎng)的光照射，則光控晶閘管由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)。為提高光控晶閘管觸發(fā)靈敏度，門(mén)極區(qū)常采用放大門(mén)極結(jié)構(gòu)或雙重放大門(mén)極結(jié)構(gòu)。為滿(mǎn)足高的重加電壓上升率，常采用陰極發(fā)射極短路結(jié)構(gòu)。小功率光控晶閘管常應(yīng)用于電隔離，為較大的晶閘管提供控制極觸發(fā)；也可用于繼電器、自動(dòng)控制等方面。大功率光控晶閘管主要用于高壓直流輸電。

當(dāng)1和2腳加上5V以上電源后，就能使發(fā)光管發(fā)光，驅(qū)動(dòng)光控晶閘管進(jìn)入通態(tài)，此時(shí)，5和4腳構(gòu)成一個(gè)電阻，阻值大約為10K。當(dāng)1和2不加電壓時(shí)，則4和5可以看成一個(gè)無(wú)窮大的電阻。阻止電流流通，起到隔離保護(hù)的作用。

用于傳遞模擬信號(hào)的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當(dāng)有電流通過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，便形成一個(gè)光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強(qiáng)弱，亦即流過(guò)二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過(guò)光信號(hào)來(lái)傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒(méi)有電信號(hào)的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10Ω），對(duì)高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。

事實(shí)上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而，這類(lèi)放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無(wú)實(shí)用價(jià)值。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù)β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，除應(yīng)選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對(duì)放大電路工作狀態(tài)的影響。

從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)系可以看出，若使光耦合器構(gòu)成的模擬隔離電路穩(wěn)定實(shí)用，則應(yīng)盡量消除暗電流（ICBO）的影響，以提高線性度，做到靜態(tài)工作點(diǎn)IFQ隨溫度的變化而自動(dòng)調(diào)整，以使輸出信號(hào)保持對(duì)稱(chēng)性，使輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍隨溫度變化而自動(dòng)變化，以抵消β值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。