電路中為什么要使用光耦器件？資料下載

??一、電路中為什么要使用光耦器件？ ??電氣隔離的要求。A與B電路之間，要進行信號的傳輸，但兩電路之間由于供電級別過于懸殊，一路為數(shù)百伏，另一路為僅為幾伏；兩種差異巨大的供電系統(tǒng)，無法將電源共用； ??A電路與強電有聯(lián)系，人體接觸有觸電危險，需予以隔離。而B線路板為人體經(jīng)常接觸的部分，也不應該將危險高電壓混入到一起。兩者之間，既要完成信號傳輸，又必須進行電氣隔離； ??運放電路等高阻抗型器件的采用，和電路對模擬的微弱的電壓信號的傳輸，使得對電路的抗干擾處理成為一件比較麻煩的事情——從各個途徑混入的噪聲干擾，有可能反客為主，將有用信號“淹沒”掉； ??除了考慮人體接觸的安全，又必須考慮到電路器件的安全，當光電耦合器件輸入側(cè)受到強電壓（場）沖擊損壞時，因光耦的隔離作用，輸出側(cè)電路卻能安全無恙。 ??以上四個方面的原因，促成了光耦器件的研制、開發(fā)和實際應用。光耦的基本作用，是將輸入、輸出側(cè)電路進行有效的電氣上的隔離；能以光形式傳輸信號；有較好的抗干擾效果；輸出側(cè)電路能在一定程度上得以避免強電壓的引入和沖擊。 ??二、光電耦合器件的一般屬性： ??1、結(jié)構(gòu)特點：輸入側(cè)一般采用發(fā)光二極管，輸出側(cè)采用光敏晶體管、等多種形式，對信號實施電-光-電的轉(zhuǎn)換與傳輸。 ??2、輸入、輸出側(cè)之間有光的傳輸，而無電的直接聯(lián)系。輸入信號的有無和強弱控制了發(fā)光二極管的發(fā)光強度，而輸出側(cè)接受光信號，據(jù)感光強度，輸出電壓或電流信號。 ??3、輸入、輸出側(cè)有較高的電氣隔離度，隔離電壓一般達2000V以上。能對交、直流信號進行傳輸，輸出側(cè)有一定的電流輸出能力，有的可直接拖動小型繼電器。特殊型光耦器件能對毫伏，甚至微伏級交、直流信號進行線性傳輸。 ??4、因光耦的結(jié)構(gòu)特性，輸入、輸出側(cè)需要相互隔離的獨立供電電源，即需兩路無“共地”點的供電電源。下述一、二類光耦輸入側(cè)由信號電壓提供了輸入電流通路，但實質(zhì)上輸入信號回路，也是有一個供電支路的；而線性光耦，則輸入側(cè)與輸出側(cè)一樣，是直接接有兩種相隔離的供電電源的。 ??三、在變頻器電路中，經(jīng)常用到的光電耦合器件，有三種類型： ??1、一種為三極管型光電耦合器，如PC816、PC817、4N35等，常用于開關電源電路的輸出電壓采樣和誤差電壓放大電路，也應用于變頻器控制端子的數(shù)字信號輸入回路。結(jié)構(gòu)最為簡單，輸入側(cè)由一只發(fā)光二極管，輸出側(cè)由一只光敏三極管構(gòu)成，主要用于對開關量信號的隔離與傳輸； ??2、第二種為集成電路型光電耦合器，如6N137、HCPL2601等，輸入側(cè)發(fā)光管采用了延遲效應低微的新型發(fā)光材料，輸出側(cè)為門電路和肖基特晶體管構(gòu)成，使工作性能大為提高。其頻率響應速度比三極管型光電耦合器大為提高，在變頻器的故障檢測電路和開關電源電路中也有應用； ??3、第三種為線性光電耦合器，如A7840。結(jié)構(gòu)與性能與前兩種光耦器件大有不同。在電路中主要用于對mV級微弱的模擬信號進行線性傳輸，在變頻器電路中，往往用于輸出電流的采樣與放大處理、主回路直流電壓的采樣與放大處理。 ??下圖為三類光耦器件的引腳、功能原理圖： ?? ??三種光耦合器電路圖 ??四、第一類光耦器件的測量與在線檢測： ??第一類型的光電耦合器，輸入端工作壓降約為1.2V，輸入最大電流50mA，典型應用值為10 mA；輸出最大電流1A左右，因而可直接驅(qū)動小型繼電器，輸出飽合壓降小于0.4V。可用于幾十kHz較低頻率信號和直流信號的傳輸。對輸入電壓/電流有極性要求。當形成正向電流通路時，輸出側(cè)兩引腳呈現(xiàn)通路狀態(tài)，正向電流小于一定值或承受一定反向電壓時，輸出側(cè)兩引腳之間為開路狀態(tài)。 ??測量方法： ??數(shù)字表二極管檔，測量輸入側(cè)正向壓降為1.2V，反向無窮大。輸出側(cè)正、反壓降或電阻值均接近無窮大； ??指針表的x10k電阻檔，測其1、2腳，有明顯的正、反電阻差異，正向電阻約為幾十kΩ，反向電阻無窮大；3、4腳正、反向電阻無窮大； ??兩表測量法。用指針式萬用表的x10k電阻檔（能提供15V 或9V、幾十μA的電流輸出），正向接通1、2腳（黑筆搭1腳），用另一表的電阻檔用x1k測量3、4腳的電阻值，當1、2腳表筆接入時，3、4腳之間呈現(xiàn)20kΩ左右的電阻值，脫開1、2腳的表筆，3、4腳間電阻為無窮大。 ??可用一個直流電源串入電阻，將輸入電流限制在10mA以內(nèi)。輸入電路接通時，3、4腳電阻為通路狀態(tài)，輸入電路開路時，3、4腳電阻值無窮大。 ??3、4種測量方法比較準確，如用同型號光耦器件相比較，甚至可檢測出失效器件（如輸出側(cè)電阻過大）。 ??上述測量是新器件裝機前的必要過程。對上線不便測量的情況下，必要時也可將器件從電路中拆下，離線測量，進一步判斷器件的好壞。 ??在實際檢修中，離線電阻測量不是很便利，上電檢測則較為方便和準確。要采取措施，將輸入側(cè)電路變動一下，根據(jù)輸出側(cè)產(chǎn)生的相應的變化（或無變化），測量判斷該器件的好壞。即打破故障電路中的“平衡狀態(tài)”，使之出現(xiàn)“暫態(tài)失衡”，從而將故障原因暴露出來。光耦器件的輸入、輸出側(cè)在電路中串有限流電阻，在上電檢測中，可用減?。ú⒙?lián)）電阻和加大電阻的方法（將其開路）等方法，配合輸出側(cè)的電壓檢測，判斷光耦器件的好壞。部分電路中，甚至可用直接短接或開路輸入側(cè)、輸出側(cè)，來檢測和觀察電路的動態(tài)變化，利于判斷故障區(qū)域和檢修工作的開展。 ??測量時的注意事項：光耦器件的一側(cè)可能與“強電”有直接聯(lián)系，觸及會有觸電危險，建議維修過程中為機器提供隔離電源！ ??下圖為常見三極管光耦器件的應用電路圖。 ?? ??光電耦合器在線檢測示意圖 ??上圖中的（1）電路，為變頻器控制端子電路的數(shù)字信號輸入電路，當正轉(zhuǎn)端子FWD與公共端子COM短接時，PC817的1、2腳之間的電壓由0V變?yōu)?.2V，4腳電壓由5V變?yōu)?V。同理，當控制端子呈開路狀態(tài)時，PC817的1、2腳之間電壓為0V，而3、4腳之間電壓為5V。圖（1）電路可以看出光耦器件的各腳電壓值，故障或正常狀態(tài)測量輸入、輸出腳電壓即可得出判斷。 ??上圖（2）電路，測量1、2之間為0.7V（交流信號平均值），3、4腳之間為3V ，說明光電耦合器有了輸入信號，但光耦器件本身是否正常？用金屬鑷子短接PC817的1、2腳，測量4腳的電壓由原3V上升為5V（或有明顯上升），說明光耦器件是好的。若電壓不變，說明光耦損壞。 ??五、第二類光耦器件的測量與在線檢測： ??第二種類型的光電耦合器（6N137），輸入端工作壓降約為1.5V左右，但輸入、輸出最大電流僅為mA級，只起到對較高頻率信號的傳輸作用，電路本身不具備電流驅(qū)動能力，可用于對MHz級信號進行有效的傳輸。同第一類光耦器件一樣，對輸入電壓/電流有極性要求。當形成正向電流通路時，輸出側(cè)兩引腳呈現(xiàn)通路狀態(tài)，正向電流小于一定值或承受一定反向電壓時，輸出側(cè)兩引腳之間為開路狀態(tài)。 ??此種類型光耦器件的構(gòu)成電路，同第一類光耦器件構(gòu)成的電路形式相類似，但電路傳輸?shù)男盘栴l率較高。其測量與檢查方法也基本上是相似的。如果說第一類光耦為低速和普通光耦，那么第二類光耦合器，可稱之為高速光耦，二者的區(qū)別，只是對信號響應速度的不同，在電路形式上則是相同的。 ??在線測量，1、可用短接或開路2、3輸入腳，同時測量輸出6、5腳的電壓變化； 2、減小或加大輸入腳外接電阻，測量輸出腳電壓有無相應變化；3、從+5V供電或其它供電串限流電阻引入到輸入腳，檢測輸出腳電壓有無相應變化。來判斷器件是否正常。 ??六、第三類光耦器件——線性光耦： ??線性光耦，是光電耦合器中一種比較特殊的器件了。 ??1、線性光耦的特點： ??（1） 結(jié)構(gòu)特點：其輸入、輸出側(cè)電路，不再像第一類光耦器件一樣，只是 ??二極管/三極管的簡單電路，而是內(nèi)含放大器，并有各自獨立的供電回路；沒有信號輸入極性要求，只將輸入信號幅度進行線性放大。