器件选型-光耦选型

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器件选型-光耦选型

9 K) D6 t6 Y  t光耦简介:
光耦合器(opticalcoupler，英文缩写为0C)亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一-管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电- -光- -电”转换。
光耦合器- -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。这就完成了电一光一电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

光耦的分类:
5 U0 e! {( C- D( e0 O(1)光电耦合器分为两种:一种为非线性光耦， 另-种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A- -C系列。
(2)常用的分类还有:
! t2 Y' w% m. {" C9 ~按速度分，可分为低速光电耦合器(光敏三极管、光电池等输出型)和高速光电耦合器(光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型)。
7 @8 B  J; j" E按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。
按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器(一般光学胶灌封低于5000V， 空封低于2000V)和高压隔离光电耦合器(可分为10kV，20kV, 30kV 等)。
按输出形式分，可分为:
a、光敏器件输出型，其中包括光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型,光可控硅输出型等。
b、NPN 三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。
- T" w6 ~# Y  x+ R# \& jc、达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型。
d、逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。
e、低导通输出型(输出低电平亳伏数量级)。.
) W' Q9 a' X$ O! D& I2 D/ |( gf、光开关输出型(导通电阻小于100)。
g、功率输出型( IGBT/MOSFET等输出)。
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0 o, Q) o. R, {9 Y. E
光耦的结构特点：
+ m  f* \2 s6 [1 H6 }0 j
$ o0 t" Y! \7 r7 g0 K- D(1)光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105~1060。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。
7 {8 Y- A9 \* n, D. e  t8 b/ @% b(2)光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地;之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大,因此回路--边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另--边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
(3)光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
(4)光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μ s左右，适于对回应速度要求很高的场合。
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* X" t0 v1 q0 d/ b: h! o) C! o$ x" ?
$ g1 e" A' _# N) B0 G% @光耦的相关参数:
输入特性:
光耦合器的输入特性实际也就是其内部发光二二极管的特性。常见的参数有:
. K4 `) |4 z/ i0 A- V2 g8 Y6 j(1) .正向工作电压Vf (Forward Voltage)
Vf是指在给定的工作电流下，LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压，当然不同的LED，测试条件和测试结果也会不一样。
(2)反向电压Vr (Reverse Voltage )
是指LED所能承受的最大反向电压，超过此反向电压，可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时，要特别注意不要超过反向电压。
(3)反向电流Ir (Reverse Current)
8 v+ x2 u% }7 P; i7 ]4 t# F  }通常指在最大反向电压情况下，流过LED的反向电流。
(4)允许功耗Pd (Maximum Power Dissipation)
LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗，可能会损坏LED.
1 n2 Q& R/ o7 H2 r# g(5)中心波长λ p (Peak Wave Length)
; F3 j- y/ `5 @) ]' ?  `是指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色，对于双色或多色LED，会有几个不同的中心波长值。
(6)正向工作电流If (Forward Current)
1 A% @4 k5 z6 |; m/ J3 @2 A0 K8 A: A# VIf是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED,其允许流过的最大电流也会不一样。
+ Y# B, {$ S7 Y3 d, x" @采用高效率的LED和高增益的接收放大电路可以降低驱动电流的需求。较小的If可以降低系统功耗,并降低LED的衰减,提高系统长期可靠性。如下图AVAGO光耦系列所示,HCPL-4701系列可做到40uA的导通电流，大大降低系统功耗。
3 c/ f7 a- n3 |! \& f
(7)正向脉冲工作电流Ifp (Peak Forward Current)
; d2 v' x5 ~9 GIfp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命，通常会采用脉冲形式来驱动LED,通常LED规格书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。
4 j, Z+ s2 i6 F3 L* l输出特性:
+ S3 P3 O* V4 X4 B; C7 U8 F4 C& @光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三极管的特性，与普通的三极管类似。常见的参数有:
(1)集电极电流Ic (Collector Current)光敏三极管集电极所流过的电流，通常表示其最大值。
, ]& W+ @5 r" e) C1 _(2)集电极-发射极电压Vceo (C-E Voltage)集电极-发射极所能;承受的电压。
$ s' O9 w& b1 L4 I+ ?. X(3)发射极-集电极电压Veco (E-C Voltage)发射极-集电极所能承受的电压
(4)反向截止电流Iceo.发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。
(5) C-E饱和电压Vce(sat) (C-E Saturation Voltage)发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时,并保持IC/IF≤CTRmin时(CTRmin .在被测管技术条件中规定)集电极与发射极之间的电压降。
$ U( |$ B7 w' w7 s2 R0 c6 [. P7 R三、传输特性:
: _  G/ M. z: A( |(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。
(3)传输延迟时间tPHL, tPLH:
! V, k( H" y, X  \" H/ M; H从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平.上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。
$ @/ o" h* F3 R四、隔离特性:
(1)入出间隔离电压Vio (Isolation Voltage)
光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。
(2)入出间隔离电容Cio (Isolation Capacitance)
) Z( c) B# I( R9 J- E& n光耦合器件输入端和输出端之间的电容值
; B0 w! O! I. v6 S+ g% G(3)入出间隔离电阻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。
! B* y; p- D/ Z) e) E6 \% ?(4)共模抑制比CMTR

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光耦的基本原理是以光作为媒介来传输电信号。所以为实现电->光转换，需要发光二极管；而光->电的转换，则需要光敏管；光耦的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。

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光耦良好的电绝缘能力、抗干扰能力和很强的共模抑制能力，成为种类最多、用途最广的光电器件。隔离电气连接。