
光電耦合器又稱光耦,其原理是把發光器(紅外線發光二極體LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內,當輸入端加電信號時發光器發出光線,受光器接收光線之後就產生光電流,從輸出端流出,從而實現「電—光—電」轉換。它具有體積小、壽命長、無觸點,抗幹擾能力強,輸出和輸入之間絕緣,單向傳輸信號等優點,在數字電路上獲得廣泛的應用。
一、光耦的分類
光耦按照其電流傳輸特性通常分為線性光耦與非線性光耦(普通光耦)。線性光耦器件又分為兩種:無反饋型和反饋型。
無反饋型線性光耦器件實際上是在器件的材料和生產工藝上採取一定措施(使得光耦器件的輸入輸出特性的非線性得到改善。但是,由於發光二極體和光電三極體的固有特性,改善十分有限。這種光耦器件主要用於對線性區的範圍要求不大的情況,例如開關電源的電壓隔離反饋電路中經常使用的PC816A和NEC2501H等線性光耦。由於開關電源在正常工作時的電壓調整率不大,通過對反饋電路參數的適當選擇,就可以使光耦器件工作在線性區。但由於這種光耦器件只是在有限的範圍內線性度較高,所以不適合使用在對測試精度以及範圍要求較高的場合。
另一種線性光耦是反饋型器件。其作用原理是將普通光耦的單發單收模式稍加改變,增加一個用於反饋的光接收電路用於反饋。這樣雖然兩個光接收電路都是非線性的,但兩個光接收電路的非線性特性都是一樣的,這樣,就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性,從而達到實現線性隔離的目的。與前面介紹過的普通光耦器件線性化使用的原理類似,只不過它在生產工藝上採取了一定措施,使同一片器件中的2個光耦的特性更加趨於一致。
二、光耦的常用型號及用途
線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線,並且小信號時性能較好,能以線性特性進行隔離控制。開關電源中常用線性光耦,如果使用非線性光耦,有可能使振蕩波形變壞,嚴重時出現寄生振蕩,使數千赫的振蕩頻率被數十到數百赫的低頻振蕩依次為號調製。由此產生的後果是對彩電,彩顯,VCD,DCD等等,將在圖像畫面上產生幹擾。同時電源帶負載能力下降。在彩電,顯示器等開關電源維修中如果光耦損壞,一定要用線性光耦代換。
常用的4腳線性光耦(無反饋型線性光耦)有PC817A-C、PC111、TLP521等。常用的六腳線性光耦有:LP632、TLP532、PC614、PC714等。
非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的,這類光耦適合於開關信號的傳輸,不適合於傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬於非線性光耦。如4N25、4N26、4N35、4N36。
三、光耦的參數
1.電流傳輸比(CTR):描述光耦控制特性的參數,即輸出管的工作電壓為規定值時,輸出電流(IO)與發光二極體正向電流(IF)之比,CTR=IO/IF。有的地方也作CTR=IC/IF(CollectorCurrent/ForwardCurrent)。
這是衡量線性與非線性的重要參數(這裡所說的線性是指無反饋型的線性器件,非線性就是普通的器件)。所謂的線性,主要是指輸出端的電流和輸入端的電流在一定範圍內成一定的y=ax+b的比例關係,這就表現為電流傳輸比(CTR)的平坦的範圍。以下是常用光耦的CTR與IF曲線。
實際上還要考慮CTR的長期老化問題。IF越大,CTR老化越厲害。當然了,反過來你可以用這個特性來控制產品的生命周期。而有的時候,效率也會制約工作點的選取。可能需要更加「節能」的光耦。另外,注意在EL817和PC817的具體型號分為好幾種,它們具有不同的傳輸比,單個的光耦的傳輸比範圍沒有那麼大。