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光电耦合器工作原理详细解说

>2019年05月13日 12:58 www.elecfans.co 作者:佚名 用户评论(0

光电耦合器工作原理详细解说

光电耦合器件简介
光电偶合器件(简称光耦)是把发光器件(如发光二极体)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一路,颠末过程光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类,图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。

当电信号送入光电耦合器的输入端时,发光二极体颠末过程电流而发光,光敏元件遭到光照后发生电流,CE导通;当输入端无信号,发光二极体不亮,光敏三极管停止,CE不通。对付数位量,当输入为低电平“0”时,光敏三极管停止,输入为高电平“1”;当输入为高电平“1”时,光敏三极管饱和导通,输入为低电平“ 0”。若基极有引出线则可称心温度补偿、检测调制请求。这种光耦合器机能较好,价钱便宜,因而应用普遍。
          
 
                  图一 最常用的光电耦合器之内部布局图 三极管接收型 4脚封装
                            图二 光电耦合器之内部布局图 三极管接收型 6脚封装
 
             图三 光电耦合器之内部布局图 双发光二极管输入 三极管接收型 4脚封装
                                            
                                图四 光电耦合器之内部布局图 可控硅接收型 6脚封装
 
 
图五 光电耦合器之内部布局图 双二极管接收型 6脚封装
 
 

光电耦合器之所以在传输信号的同时能有用地克制尖脉冲和各种杂讯干扰,使通道上的信号杂讯比大为提高,重要有如下几方面的原因:
(1)光电耦合器的输入阻抗很小,只要几百欧姆,而干扰源的阻抗较大,通常为105~106Ω。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,只能构成很微弱的电流,因为没有足够的能量而不能使二极体发光,从而被克制掉了。

(2)光电耦合器的输入回路与输入回路之间没有电气联系,也没有共地;之间的散布电容极小,而绝缘电阻又很大,因此回路一边的各种干扰杂讯都很难颠末过程光电耦合器馈送到另外一边去,防止了共阻抗耦合的干扰信号的发生。

(3)光电耦合器可起到很好的平安包管感化,即使当内部设备出现故障,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入回路之间可以或许或许承受几千伏的高压。

(4)光电耦合器的回应速率极快,其回应延迟光阴只要10μs阁下,适于对回应速率请求很高的场合。

光电隔离技术的应用

微机介面电路中的光电隔离
微机有多个输入埠,接收来自远处现场设备传来的状况信号,微机对这些信号处理后,输入各种节制信号去履行相应的操纵。在现场环境较恶劣时,会存在较大的杂讯干扰,若这些干扰随输入信号一路进入微机体系,会使节制精确性低落,发生误举动。因而,可在微机的输入和输入端,用光耦作介面,对信号及杂讯停止隔离。典型的光电耦合电路如图6所示。该电路重要应用在“A/D转换器”的数位信号输入,及由CPU收回的对前向通道的节制信号与类比电路的介面处,从而实现在分歧体系间信号通路相联的同时,在电气通路上互相隔离,并在此基础上实现将类比电路和数位电路互相隔离,起到克制交叉串扰的感化。
图六 光电耦合器接线原理

对付线性类比电路通道,请求光电耦合器必需具有可以或许或许停止线性变换和传输的特性,或抉择对管,采纳互补电路以提高线性度,或用V/F变换后再用数位光耦停止隔离。

功率驱动电路中的光电隔离
在微机节制体系中,大批应用的是开关量的节制,这些开关量一样平常颠末微机的I/O输入,而I/O的驱动能力有限,一样平常不敷以驱动一些点磁履行器件,需加接驱动介面电路,为防止微机遭到干扰,须采取隔离措施。如可控硅地点的主电路一样平常是交换强电回路,电压较高,电流较大,不易与微机间接相连,可应用光耦合器将微机节制信号与可控硅触发电路停止隔离。电路实例如图7所示。
                       图七 双向可控硅(晶闸管)

在马达节制电路中,也可采纳光耦来把节制电路和马达高压电路隔离开。马达靠MOSFET或IGBT功率管供给驱动电流,功率管的开关节制信号和大功率管之间需隔离放大级。在光耦隔离级—放大器级—大功率管的衔接情势中,请求光耦具有高输入电压、高速和高共模克制。

远距离的隔离传送
在电脑应用体系中,因为测控体系与被测和被控设备之间不行防止地要停止长线传输,信号在传输过程中很易遭到干扰,导致传输信号发生畸变或失真;另外,在颠末过程较长电缆衔接的相距较远的设备之间,常因设备间的地线电位差,导致地环路电流,对电路构成差模干扰电压。为确保长线传输的靠得住性,可采纳光电耦合隔离措施,将2个电路的电气衔接隔开,切断可能构成的环路,使他咱咱们互相自力,提高电路体系的抗干扰机能。若传输线较长,现场干扰严重,可颠末过程两级光电耦合器将长线完全“浮置”起来,如图8所示。

                图八 传输长线的光耦浮置处理

长线的“浮置”去掉了长线两端间的公共地线,不但有用消除了各电路的电流经公共地线时所发生杂讯电压构成互相窜扰,而且也有用地解决了长线驱动和阻抗匹配成就;同时,受控设备短路时,还能掩护体系不受损害。

过零检测电路中的光电隔离
零交叉,即过零检测,指交换电压过零点被主动检测进而发生驱动信号,使电子开关在此时刻开端守旧。现代的零交叉技术已与光电耦合技术相结合。图9为一种单片机数控交换调压器中可应用的过零检测电路。
                  图九 过零检测

220V交换电压经电阻R1限流后间接加到2个反向并联的光电耦合器GD1,GD2的输入端。在交换电源的正负半周,GD1和GD2分离导通,U0输入低电平,在交换电源正弦波过零的瞬间,GD1和GD2均不导通,U0输入高电平。该脉冲信号经反闸整形后作为单片机的中断请求信号和可控矽的过零同步信号。

注意事项
(1)在光电耦合器的输入部分和输入部分必需分离采纳自力的电源,若两端共用一个电源,则光电耦合器的隔离感化将失去意义。

(2)当用光电耦合器来隔离输入输入通道时,必需对统统的信号(包含数位量信号、节制量信号、状况信号)全体隔离,使得被隔离的两边没有任何电气上的联系,否则这种隔离是没有意义的。

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( 发表人:爱电路 )

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