电路器件-光耦器件

tick_tock

单元电路器件学习光耦器件
# t/ q$ A" Q6 T光耦器件的原理十分简单，就是：

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。

其优点也很突出：

6 @  w0 E# x. I4 y0 [- }信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
( W) E0 ^# |+ ~电气隔离的安全保证

0 E" o& C" l0 ?, _* {" F比如说以开关电源中的光耦举例，用光耦增加光电转换，岂不是多此一举，其实原因很简单就是为了安全。
% d+ U) ?1 d% p% Y# y' @, V
曾经有新闻报道手机插着充电线打电话触电而亡的案例，就是因为充电器高压部分和低压部分隔离做的不好，充电线把高压电直接传输到了手机中去了，因此充电器最好选择做工优良的。


光耦器件的另一个作用就是在电路中的电平转换，

8 d  N5 R0 _; T% {8 {) Y) i比如说在电机的驱动电路上，我们知道一般系统电压常见的有3.3V和5V等级电压，下图中，在微小的电流下驱动发光二极管，然后使感光三极管收到微弱光照放大成较大的电压信号来驱动相关器件。

9 W: Y/ R4 N2 h  s( p! ~
( }& ?. W  B* E/ N8 j8 I
6 {, w) k' Z- \% ~: y有时候为了驱动更大的设备或者更高的电压，只用光耦是达不到目的的，往往还需要配合继电器等再次放大来控制高电压。
5 s" n3 ?7 L: J. H8 d市场上的光耦器件
) w& p( X2 }; Q4 h

9 l0 \$ ~. k( G7 b6 F/ V; C市场上的光耦器件很多，那么如何去选择相应的型号，因此就必须了解光耦器件究竟有哪些参数及其各自的影响范围。
) s/ |8 L) \2 j+ Y9 o9 A
1 p/ |# T1 @$ U: B6 t/ Z) R

/ w0 X& ]$ s- j: [, N) R; p上图是光耦器件的光电特性，其中我们发现在CTR（电流传输比）这个特性中，每个器件各不相同，因此这应该是光耦器件的一个重要区别参数。
那什么是CTR参数呢？
6 \8 E4 ]' C$ t# [. a. |" ?
4 n. R) r6 k2 ?( a2 C8 T' B  I首先我们通常将直流电流传输比来表示CTR。

即当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。

上图器件手册看出EL817的CTR范围在50%至600%，EL817D的CTR范围在300%至600%，这表明想要获得同样的输出电流，后者只需较小的电流，看出CTR参数与晶体管的hFE有相似之处。
; O" x) W8 q' x* X+ Z9 c
4 ?. ?# v+ B7 B* E0 e$ {可前往B站观看利用光耦器件的实验，来直观感受光耦器件输入端和输出端的电流到底是如何去变化的，直接读出两端的电流值。
光耦电路应用设计
2 W$ |& i: |# q' o7 c+ R0 k' A
/ J& f4 z6 ^( Z; n  H) ^

# Z4 j' j3 c9 M/ U& d8 O上图中Uin输入为正信号时，UGS大于导通电压，光耦左边就会导通致使内部发光二极管发光，同时右边的也就会相应的导通，负载得电。

不过这里需要注意该电路不仅实现了电平的转换，还实现了信号之间的隔离。上图中光耦的输入端和输出端的供电是不一样的，且输入端和输出端的地也是不一样的。

而且在频率高的信号的中，比如串口的115200波特率下，我们就需要考虑到光耦的开关的速率。
  T$ ^: G/ H/ s在设计光耦器件的电路时，需要分为输入电路和输出电路该如何设计

在输入电路中，关键是在于限流电阻的取值，而这个限流电阻的取值的大小是由器件内部发光二极管的额定电流决定的。


- i" k+ v* y2 p! m- |) P% ^) v" S" Q7 V
8 J* D+ N' H2 D$ r# {( t根据上图可以计算出R3=（VCC-二极管正向导通压降）/二极管额定电流。
, a+ o( J  d/ s2 U9 w5 E0 A
9 y$ D$ }( y4 g2 u在输出电路中，又可以分为两种电路设计

: J* @1 I( }$ h& [# j
这两种电路设计也可以根据基本的欧姆定律求得：

2 ?  L( B0 v# z- l9 X% ^1 X/ K3 j# r6 LA电路设计：
3 i9 G; d/ K( z( C- _; ?
Uout=VCC-IC*R4；
+ s! T) [% b& |- n) v
B电路设计：

7 L2 `, ~2 m9 n3 W  ]( X- NUout=VCC-IE*R5。

) f2 ]/ j* ], Y

Ele_insect

耦合之外还有一层含义是去耦合，有的噪声信号无法通过光信号传递到接收侧，这就是去耦合。

dragongfly

发光二极管 (LED)，一个封闭的光通道和一个光电传感器组成。近红外发光二极管将输入端电信号转换为光信号，经过封闭的光通道，光电传感器检测到LED发出的光信号，并转换为电能或调制从外部电源流出的电流。
4 r7 g, P( W/ _+ U  G光电传感器可以是光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、可控硅整流器 (SCR) 或双向可控硅。

STGing

光耦合固态继电器包含一个光电二极管光隔离器，用于驱动电源开关，通常是一对互补的MOSFET。
. `& ]& q" T9 e, [  @2 V4 j常见的隔离技术有：光电隔离、继电器隔离、变压器隔离等。光介质、磁介质隔离是主要的两种技术手段。

qyx3868

感觉分享