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多路耦合器

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光耦合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。

种类

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。

优点

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。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。

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-发射极饱和压降VCE(sat)。此外,在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延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-TransferRatio)。通常用直流电流传输比来表示。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。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,通常用百分数来表示。有公式:

CTR=IC/IF×100%

采用一只光敏三极管的光耦合器,CTR的范围大多为20%~30%(如4N35),而PC817则为80%~160%,达林顿型光耦合器(如4N30)可达100%~500%。这表明欲获得同样的输出电流,后者只需较小的输入电流。因此,CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性,在IF较小时的非线性失真尤为严重,因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度,特别是在传输小信号时,其交流电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流电流传输比CTR值。因此,它适合传输模拟电压或电流信号,能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数,选取原则如下:

(1)光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。这是因为当CTR5.0mA),才能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%,在启动电路或者当负载发生突变时,有可能将单片开关电源误触发,影响正常输出。

(2)推荐采用线性光耦合器,其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。

选型

在设计光耦光电隔离电路时必须正确选择光耦合器的型号及参数,选取原则如下:

(1)由于光电耦合器为信号单向传输器件,而电路中数据的传输是双向的,电路板的尺寸要求一定,结合电路设计的实际要求,就要选择单芯片集成多路光耦的器件;

(2)光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是不小于500%。因为当CTR<500%时,光耦中的LED就需要较大的工作电流(>5.0mA),才能保证信号在长线传输中不发生错误,这会增大光耦的功耗;

(3)光电耦合器的传输速度也是选取光耦必须遵循的原则之一,光耦开关速度过慢,无法对输入电平做出正确反应,会影响电路的正常工作。

(4)推荐采用线性光耦。其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。设计中由于电路输入输出均是一种高低电平信号,故此,电路工作在非线性状态。而在线性应用中,因为信号不失真的传输,所以,应根据动态工作的要求,设置合适的静态工作点,使电路工作在线性状态。

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