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光电耦合放大电路如何工作

时间:2020-3-27, 来源:互联网, 资讯类别:行业知识

在狠毒的电子产品都会用到光电耦合器,那么什么是光电耦合器呢?光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端,受光器的引脚为输出端,BSO200N03常见的发光源为发光二极管,受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

什么是耦合电路?

为实现能量和信号的传输,连接各个功能电路的方法即为耦合电路。一般的,耦合电路通常具有滤波、蓄能、隔离、阻抗变换等一种或几种功能。

几种耦合电路:

光电耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

光电耦合器是一种把发光器件和光敏器件封装在同一壳体内, 中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。其中,发光器件一般都是发光二极管。 而光敏器件的种类较多,除光电二极管外,还有光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管等。 光电耦合器可根据不同要求, 由不同种类的发光器件和光敏器件组合成许多系列的光电耦合器。

比较器A1将ZDl(结点A)的参考电压和通过分压电路R7和R8的输出电压进行比较,因而控制Q2的导通状态,可以定义发光二极管D1的电流和通过光耦合在光敏晶体管Q1的集电极电流。然后Q1定义脉冲宽度和输出电压,补偿任何使输出电压改变的倾向。随着光电耦合器的使用时间增加和传输比即增益的下降,为了防止控制失灵,给Q2提供充足的驱动电流裕量是很有必要的。光电耦合器的种类较多,常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。(外形有金属圆壳封装,塑封双列直插等)。

工作原理是怎么样的?

基本原理

在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光,光的强度取决于激励电流的大小,此光照射到封装在一起的受光器上后,因光电效应而产生了光电流,由受光器输出端引出,这样实现了电一光一电的转换。

光电耦合器主要由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成,发光器件一般都是发光二极管,发光二极管加上正向电压时,能将电能转化为光能而发光,发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动,但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成,光敏器件一般都是光敏晶体管, 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时,在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。

光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端,而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入端,使发光器件的芯体发光, 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出,实现电→光→电的转换,从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离,且电信号在传输时具有单向性等优点, 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。

基本工作特性

1、共模抑制比很高

在光电耦合器内部,由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因而共模抑制比很高。

2、输出特性

光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下,光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系,当IF=0时,发光二极管不发光,此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当IF>0时,在一定的IF作用下,所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系,用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2,图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极,接在仪器插座上。

3、隔离特性

1.隔离电压Vio(Isolation Voltage)

光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

2.隔离电容Cio(Isolation Capacitance):

光耦合器件输入端和输出端之间的电容值

3.隔离电阻Rio:(Isolation Resistance)

半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

4、传输特性:

1.电流传输比CTR(Current Transfer Radio)

输出管的工作电压为规定值时,输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

2.上升时间Tr (Rise Time)& 下降时间Tf(Fall Time)

光电耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输出脉冲前沿幅度的10%到90%,所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%,所需时间为脉冲下降时间tf。其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一复述。

5、光电耦合器可作为线性耦合器使用。

在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上,这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号,其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态,传输脉冲信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间,不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。相信随着科学技术的不断发展,未来的光电耦合器会越来越高效。


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