高速光耦：光耦合器工作原理是什么 苏州纳芯微电子股份

高速光耦厂家给大家介绍：

光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为前语传输电信号。它对输入、输出电信号有出色的隔离效果，所以，它在各种电路中得到广泛的运用。现在它已成为种类最多、用处最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号扩展。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之宣告必定波长的光，被光探测器接收而发作光电流，再通过进一步扩展后输出。这就完成了电—光—电的改换，然后起到输入、输出、隔离的效果。由于光耦合器输入输出间彼此隔离，电信号传输具有单向性等特征，因此具有出色的电绝缘才干和抗烦扰才干。又由于光耦合器的输入端归于电流型作业的低阻元件，因此具有很强的共模克制才干。光电耦合器工作原理图所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时操控中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机作业的可靠性。

光耦合器的功用

光耦合器传输的信号可以为数字信号，也可以为模拟信号，仅仅对器件要求不同，故选择时应针对输入信号选择相应的光电耦合器。模拟信号所用光耦常称为线性光耦，光电耦合器在传输信号的原理上与隔离变压器相同，但它体积小，传输信号的频率高，运用方便，光电耦合器一般选用DIP封装。

用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时，便构成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管发作集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因此两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反应和烦扰，故功用安稳，抗烦扰才干强。发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高(2.5KV左右)，故共模克制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优异的电气功用。

事实上，光耦合器是一种由光电流控制的电流转移器件，其输出特性与普通双极型晶体管的输出特性相似，因而可以将其作为普通放大器直接构成模拟放大电路，并且输入与输出间可实现电隔离。然而，这类放大电路的工作稳定性较差，无实用价值。究其原因主要有两点：一是光耦合器的线性工作范围较窄，且随温度变化而变化；二是光耦合器共发射极电流传输系数β和集电极反向饱和电流ICBO(即暗电流)受温度变化的影响明显。因此，在实际应用中，除应选用线性范围宽、线性度高的光耦合器来实现模拟信号隔离外，还必须在电路上采取有效措施，尽量消除温度变化对放大电路工作状态的影响。

就目前的器件水平，光纤光栅的隔离度高于20db／0．8 nm， 而f—p腔的隔离度性能更好，可达40 db／o．8 nm，前者温度性能较好．图5是目前较为普遍采用的一种oadm方案，输入wdm信号经开关选路, 每路的光栅对应一个波长, 被光栅反射的波长经环形器下路到本地,其它的输入wdm信号波长通过光栅经环形器跟本地节点的上路信号合波,继续向前传输。从图3可以看出，当物体的位置变化时，被测电容量变化，振荡电路的振荡频率会跟着变化，f/v转换电路的输出电压也变化，这些变化通过信号处理电路和开关量调理电路后，输出开关信号，该开关信号进入控制处理器去控制电路。 通常情况下是这样的，将一个基准电压加在pt100回路上，测量pt100上的电压信号（mv），阻值变化是电压信号自然也变化，再经过运放放大后进入a/d芯片进行a/d转换，经过程序再将电压信号换算成电阻值，采用查表方式（将电阻值和相对应的温度值做成表格放到芯片rom中）的到温度值。

光耦合器的类型

光耦合器有管式、双列直插式和光导纤维式等封培育形式，其种类达数十种。光耦合器的种类达数十种，主要有通用型（又分无基极引线和基极引线两种）、达林顿型、施密特型、高速型、光集成电路、光纤维、光敏晶闸管型（又分单向晶闸管、双向晶闸管）、光敏场效应管型。此外还有双通道式（内部有两套对管）、高增益型、交-直流输入型等等。国外生产厂家有英国ISOCOM公司等，国内厂家的苏州半导体总厂等。

光耦合器的主要优点

信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，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。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

光耦合器的BGA封装

光耦合器的一项普遍应用是专用调制解调器，允许电脑与电话线连接，且消除电气瞬变引起的风险或损害。光耦合器除提供高度电气绝缘外，还可提高差模信号与共模信号的比率。

DIP广泛用于集成电路的封装，也用于常规的光耦合器（如图1所示）。厂家通常制造具有4、6、8或16接脚的各种型式DIP封装光耦合器。

图1 常规DIP光耦合器封装

不过，P-DIP光耦合器的封装可以进一步改进，例如，光耦合器封装需要昂贵和费时的过成型(overmolding)处理。在这个处理过程中，成型化合物灌封光耦合器封装的其它部分。除过成型工艺本身外，还需要采取成型材料清除工艺(例如除废物和除闪烁工艺)除掉多余的成型化合物，这就增加了光耦合器封装的时间和费用。

此外，厂家还需要投入较多的资金，用于成型不同"外形尺寸"封装(如4、6或8接脚封装)的工具，因此，如果能够省去过成型工艺，就可减少制造光耦合器封装的相关时间和成本。此外，DIP光耦合器封装并不能很好地以表面附着方式安装到PCB板上-必须重整引脚以便进行表面安装回流焊，这常常存在引起微小裂缝的危险，影响组件的可靠性。更进一步地，对于其它组件使用薄型表面安装的封装形式，如TSSOP或TQFT器件的用户来说，这样重整后的DIP封装的高度仍存在问题。

光耦合器BGA2的设计特性可解决这些问题，它是高度不超过1.20mm，占位面积小于现有的PDIP外形尺寸的低侧高小型表面安装组件。光耦合器BGA封装（如图2所示）不需要灌封材料(成型化合物)，而且它的制造工具与封装的外形尺寸无关。其设计也可改善封装在热循环等加速测试中的可靠性能。采用无铅焊球可构建完全无铅的封装。

图3 光耦合器BGA封装的截面视图

4、水晶光电：研制成功lcos(硅基液晶)封装玻璃，locs为虚拟现实未来的显示技术选择之一。目前主流的光电转换器件是硅系太阳能电池，虽然硅太阳能电池具有光电转换效率高，性能稳定等优点，但是在硅太阳能电池（p-n 结电池）中，光生电子和电子的传输都要依靠硅基来完成，容易导致电子的复合。除了单纯光电转换功能的构成以外，也有将光电转换功能(i/o)和关联电芯片(processing)封装在一起的形式(co-package)。

选用业界传统的基底厚度和工艺，便能够结构侧高很低的可外表设备式光耦合器封装，而且，使用封装规划的一起功能，便能够省去一组出资极高的工艺步骤：成型、除闪烁、修整和重整。选用轮划片的晶片锯切方法可完结光耦合器BGA的单一化。

光耦合器的技术参数

光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极丰满压降VCE(sat)。

此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、推迟时间和存储时间等参数。

最重要的参数是电流放大系数传输比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流电流传输比来标明。当输出电压坚持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。当接收管的电流放大系数hFE为常数时，它等于输出电流IC之比，通常用百分数来标明。有公式：

CTR=IC/IF×100%

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。1.功率放大器（booster-amplifier），处于合波器之后，用于对合波以后的多个波长信号进行功率提升，然后再进行传输，由于合波后的信号功率一般都比较大，所以，对一功率放大器的噪声指数、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比较大的输出功率。【一、特性参数 灯丝电压 7.5v 灯丝电流 76a 最大瞬时灯丝电流 120a 跨导 50ma/v 放大系数(g1-g2) 5.5 重量 4.3kg 极间电容 一栅与阴极 55pf 一栅与二栅 80pf 二栅与阳极 35pf 安装位置 垂直安装/阳极向上 冷却方式 强迫风冷 阳极冷却风量 8m3/min 芯柱冷却方式 0.8m3/min 管壳和封接处最高温度 250℃ 引出端最高温度 200℃ 二、极限运用值 最高工作频率 110mhz 最高阳极电压 7.5kv 最高一极偏压 -500vdc 最高二栅电压 1500vdc 最大阳极电流 3adc 最大阳极耗散 6kw 最大二栅耗散 250w 最大一栅耗散 75w 三、典型工作状态 ab1类音频功率放大器(双管) 阳极电压 5kvdc 二栅电压 1kvdc 一栅电压 -245vdc 最大信号阳极电流 2.5adc 零信号阳极电流 0.3adc 最大信号二栅电流 0ma 最大信号时激励功率 0 最大信号阳极输出功率 7600w 激励电压峰值 210v 负载阻抗 3800Ω 】。

（1）光耦合器的电流传输比(CTR)的答应规划是50%～200%。这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的作业电流(IF＞5.0mA)，才干正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在发起电路或许当负载发作骤变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。

（2）举荐选用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在必定规划内做线性调整。

（3）由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，现在在国内应用地十分广泛。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，合适传输数字信号(高、低电平)，因此不举荐用在开关电源中。

通用型与达林顿型光耦合器差异：

方法一：

在通用型光耦合器中，是一只硅光电半导体管，因此在B-E之间只需一个硅PN结。达林顿型否则，它由复合管构成，两个硅PN结串联成复合管的发射结。根据上述不同，很简单将通用型与达林顿型光耦合器差异开来。具体方法是，将万用表拨至R×100档，黑表笔接B极，红表笔接E极，选用读取电压法求出发射结正向电压VBE。若VBE=0.55～0.7V，就是达林顿型光耦合器。

方法二：

通用型与达林顿型光电耦合的主要差异是接收管的电流放大系数不同。前者的hFE为几十倍至几百倍，后者可达数千倍，二者相差1～2个数量级。因此，只需精确测量出hFE值，即可加以差异。光电耦合器工作原理图

在测量时应注意事项：

神兽在灵兽界是顶尖的存在灵器：分为下品灵器→中品灵器→上品灵器→绝品灵器→准神器神器：分为下品神器→中品神器→上品神器→绝品神器→准圣物。这个函数的作用就是将整型输入数据流从头至尾逐一"拷贝"到vector 这个准整型数组里，第一个迭代器从开始位置每次累进，最后到达第二个迭代器所指向的位置。精确读出黑白格上颜料的折射率，用比值（对比率）来表示涂料的遮盖力，相对来说精确很多。

（2）若4N30中的发射管损坏，但接收管未发现缺点，则可代替超β管运用。同理，倘若4N35中的接收管完好无缺，也可作一般硅NPN晶体管运用，完结废物使用。

（3）关于无基极引线的通用型及达林顿型光耦合器，本方法不再适用。主张选用测电流传输比CTR的方法加以差异。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-99663-1.html