光耦,即光電耦合器。
結(jié)構(gòu):一般4腳的光耦,輸入端跨接的是一只led,輸出端跨接的是一只光敏三級(jí)管,led和光敏三級(jí)管是被密封在一個(gè)封裝中的。
原理:當(dāng)在輸入端加一正向?qū)妷海琹ed發(fā)光,光敏三級(jí)管受光照,發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,三級(jí)管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)。此“開(kāi)關(guān)”的通斷由輸入端決定。
在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光,光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小,此光照射到封裝在一起的受光器上后,因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流,由受光器輸出端引出,這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。
基本工作特性(以光敏三極管為例)
1、共模抑制比很高
在光電耦合器內(nèi)部,由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小(2pF以?xún)?nèi))所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小,因而共模抑制比很高。
2、輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下,光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系,當(dāng)IF=0時(shí),發(fā)光二極管不發(fā)光,此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱(chēng)為暗電流,一般很小。當(dāng)IF>0時(shí),在一定的IF作用下,所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無(wú)關(guān)。IC與IF之間的變化成線(xiàn)性關(guān)系,用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測(cè)試連線(xiàn)如圖2,圖中D、C、E三根線(xiàn)分別對(duì)應(yīng)B、C、E極,接在儀器插座上。
3、隔離特性
1.入出間隔離電壓Vio(Isolation Voltage)
光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。
2.入出間隔離電容Cio(Isolation Capacitance):
光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值
3.入出間隔離電阻Rio:(Isolation Resistance)
半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。
4、傳輸特性:
1.電流傳輸比光電耦合器CTR(Current Transfer Radio)
輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí),輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。
2.上升時(shí)間Tr (Rise Time)& 下降時(shí)間Tf(Fall Time)
在規(guī)定工作條件下,發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波,輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波,從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%,所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%,所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。
其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一敷述。
5、光電耦合器可作為線(xiàn)性耦合器使用。
在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流,再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào),其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線(xiàn)性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài),傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí),輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間,不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。
優(yōu)點(diǎn):隔斷輸入端(控制電路)與輸出端(被控制電路),避免被控制電路在工作時(shí)電壓的抖動(dòng)對(duì)控制端造成影響。
光耦的基本參數(shù)
圖中的光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)由基本的三部分組成:發(fā)光二級(jí)管、透光絕緣層、光電三極管。通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)光,穿透絕緣層到光電轉(zhuǎn)換三極管,實(shí)現(xiàn)電流的傳輸、隔離特性。
從圖中可以看出,光耦的主要參數(shù)有:
1、電流傳輸比CTR:,發(fā)光管的電流和光敏三極管的電流比的最小值。
2、絕緣耐壓(透光絕緣層):指光耦保護(hù)相關(guān)電路及自身免受高壓導(dǎo)致的物理?yè)p壞能力。
3、LED的驅(qū)動(dòng)電流IF:采用高效率的LED和高增益的接收放大器,可以降低驅(qū)動(dòng)電流的IF,同時(shí)較小的IF電流可以降低系統(tǒng)的功耗,并且降低LED的衰減,提供系統(tǒng)長(zhǎng)期的可靠性。
4、共模抑制比VCM:指在每微秒光耦能容許的最大共模電壓上升、下降率。這個(gè)參數(shù)主要在工業(yè)電機(jī)應(yīng)用中至關(guān)重要。例如電機(jī)的啟動(dòng)或者制動(dòng)過(guò)程中都會(huì)帶來(lái)極大的共模噪聲。