光电耦合器工作原理的详细说明

详细说明光耦合器的工作原理. 推出光耦合器设备. 光电耦合器（简称光耦合器）是将发光器件（例如发光二极管）和光敏器件（例如光敏三极管）组装在一起，并通过光电子和光电转换器件实现耦合. 光耦合器的类型很多. 图1显示了常用的三极管光耦合器的. 当电信号发送到光耦合器的输入端时，发光二极管通过电流发光，光敏元件被点亮后产生电流，CE导通. 当输入端无信号时，发光二极管不亮，光电晶体管截止，CE失效. 对于数字量，当输入为低电平“ 0”时，光电晶体管被切断，而输出为高电平“ 1”. 当输入为高电平“ 1”时，光电晶体管饱和并导通，输出为低电平“ 0”. 如果底座有引线，则可以满足温度补偿和检测调制的要求. 这种光耦合器性能好光耦的工作原理，价格低廉，因此得到了广泛的应用. 图1.最常用的光电耦合器的内部结构. 晶体管接收4引脚封装. 图2.光电耦合器的内部结构. 晶体管接收类型. 6引脚封装. 图3.光电耦合器的内部结构. 双LED输入晶体管接收类型4.脚封装图4光电耦合器SCR接收类型6脚封装的内部5光耦合器的内部结构双二极管接收类型6引脚封装的光耦合器能够在发送时有效抑制尖点的原因信号脉冲和各种噪声干扰极大地提高了通道上的信噪比，主要是由于以下原因: （1）光耦合器的输入阻抗非常小，只有几百欧姆，并且干扰源较大，通常为105〜106Ω.

根据分压原理，即使干扰电压的幅度很大，馈入光耦合器输入的噪声电压也将非常小，并且仅会形成非常弱的电流，因为存在能量不足，无法使二极管发光身体发光并受到抑制. （2）光耦合器的输入回路和输出回路之间没有电气连接，并且没有公共接地；由于它们之间的分布电容极小，并且绝缘电阻很大，因此环路一侧的各种干扰噪声都很难实现. 将光电耦合器馈送到另一侧可以避免产生具有普通阻抗耦合的干扰信号. （3）即使外部设备发生故障，即使输入信号线短路，光电耦合器也可以起到很好的安全作用，不会损坏仪器. 因为光耦合装置的输入回路和输出回路可以承受几千伏的高压. （4）光电耦合器的响应速度极快，响应延迟时间仅为10μs左右，适合响应速度非常高的场合. 光电隔离技术的应用微机接口电路中的光电隔离具有多个输入端口，并接收来自远程现场设备的状态信号. 在微型计算机处理这些信号之后，它输出各种控制信号以执行相应的操作. 当现场环境恶劣时，会产生较大的噪声干扰. 如果这些干扰与输入信号一起进入微机系统，则控制精度将降低，并且会发生误操作. 因此，光耦合器可以用作微型计算机输入和输出的接口，以隔离信号和噪声. 典型的光电耦合电路如图6所示.

该电路主要用于“ A / D转换器”的数字信号输出以及正向通道的控制信号与CPU发出的模拟电路之间的接口，以实现信号路径的连接同时，不同系统之间的电气路径相互隔离，在此基础上，模拟电路和数字电路相互隔离，这在抑制串扰方面发挥了作用. 图6.光电耦合器的接线原理. 对于线性模拟电路通道，光电耦合器必须具有线性转换和传输的特性，或者选择匹配的电子管，使用互补电路来改善线性度，或者使用V / F转换，然后再使用数字光电耦合器进行隔离. 电源驱动电路中的光电隔离. 在微计算机控制系统中，大量应用是开关量的控制. 这些开关量通常通过微型计算机的I / O输出，并且I / O的驱动能力受到限制，并且通常不足以驱动某些磁性元件. 实现装置需要与驱动器接口电路连接. 为了避免微机的干扰，必须采取隔离措施. 例如光耦的工作原理，晶闸管所在的主电路通常是交流强电流电路. 电压越高，电流越大. 直接与微型计算机连接并不容易. 光耦合器可用于将微机控制信号与晶闸管触发电路隔离. 电路示例如图7所示. 图7双向晶闸管（晶闸管）在电机控制电路中，还可以使用光耦合器将控制电路与电机高压电路隔离. 电机依靠MOSFET或IGBT功率管提供驱动电流. 功率管和大功率管的开关控制信号需要与放大器级隔离.

在光耦合器隔离级-放大器级-大功率管的连接形式中，要求光耦合器具有高输出电压，高速度和高共模抑制比. 长距离隔离传输在计算机应用系统中，由于测控系统与被测设备之间不可避免的长线传输，信号在传输过程中容易受到干扰，导致传输失真或失真. 信号;此外，在通过长电缆相隔很远的设备之间，设备之间的接地电位差通常会导致接地环路电流，并给电路形成差模干扰电压. 为了确保长线传输的可靠性，可以采用光和电耦合隔离措施来分离两个电路的电连接，切断可能形成的环路，并使它们彼此独立，从而改善长距离传输的可靠性. 电路系统的抗干扰性能. 如果传输线很长且站点干扰严重，则长线可以由两级光耦合器完全“浮动”，如图8所示. 图8: 长传输线的光耦合器浮动过程长线消除了长线两端之间的公共接地，不仅有效消除了每个电路通过公共接地线的电流产生的相互干扰所产生的噪声电压，而且还有效地解决了这一问题. 长线驱动和阻抗匹配；同时，当受控设备短路时，它也可以保护系统免受损坏. 过零检测电路中的光电隔离为过零，即过零检测，这意味着自动检测到交流电压过零点以生成驱动信号，从而电子开关开始断开在这一刻. 现代过零技术已与光电耦合技术相结合. 图9是一个过零检测电路，可用于单芯片数控交流稳压器中.

图9过零检测220V AC电压在受到电阻R1限制后，直接施加到两个反并联光电耦合器GD1和GD2的输入端子. 在交流电源的正半周期和负半周期中，GD1和GD2分别打开，U0输出低电平，并且当交流电源正弦波过零时，GD1和GD2均未打开，而U0输出高电平. 脉冲信号用作反向栅极整形后的单片机的中断请求信号和晶闸管的过零同步信号. 注意事项（1）光电耦合器的输入和输出必须使用单独的电源. 如果两端共享电源，则光电耦合器的隔离将毫无意义. （2）使用光电耦合器隔离输入和输出通道时，必须隔离所有信号（包括数字信号，控制信号和状态信号），以使两侧之间没有电气连接，否则这种隔离是没有意义的.

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