[讨论] 光电耦合器及其应用电路图（转）

电耦合器，是近几年发展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。 　　为使读者了解与应用光电耦合器，今介绍几种光电耦合器件及应用电路，供大家参考与开拓。
1．器件选择
　　（1）三极管输出型光电耦合器
　　三极管输出型光电耦合器电路如图46—1中（a）所示，它是由两部分组成的。其中，1、2端为输入端，通常由发光器件构成；4、5、6端接一只光敏三极管构成输出端，当接收到发射端发出的红外光后，在三极管集电极中便有电流输出。
　　三极管输出型光电耦合器的特点，是具有很高的输入输出绝缘性能，频率响应可达300kHz，开关时间数微秒。
　　（2）可控硅输出型光耦合器
　　可控硅输出型光耦合器的电路如图46?中（b）所示。该器件为六脚双列式封装。当1、2端加入输入信号后，发射管发出的红外光被接在4、5、6脚的光敏可控硅接收，使其导通。它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。
　　（3）光耦合的可控硅开关驱动器
　　图46—2中（a）为光敏双向开关器件；图46?中（b）为过零控制电路及光敏双向开关器件组合体。它们的工作原理是：利用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通，进而触发外接双向可控硅导通，达到控制负载接入交流220V回路的目的。图中（a）为非过零控制，图中（b）为过零控制。本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性，可构成固态继电器的控制电路，其输出的控制功率由可控允许功率决定。

图46-2

　　（4）达林顿管输出的光检测器
　　达林顿管输出的光检测器如图46?中（a）所示。它是由两只管子组成复合管，具有很高的电流放大能力，形成下一级或负载的驱动电流，有较强的光检测灵敏度。
　　（5）数字电路光耦合器
　　数字电路光耦合器电路如图46?中（b）所示。光耦合器输出为施密特触发电路形式，其特点是响应速度快、数字逻辑可靠，应用于计算机接口、数控电源及电动机控制中。
　　（6）双向开关触发器输出的光检测器
　　图46—3中的（c）为双向开关触发器输出的光检测器电路。该图为三端器件，内部是光敏双向开关器件，收到红外光线后，双向开关器件导通，触发外接可控硅导通，使负载接入220V回路中。

图46-3

2．应用电路
　　（1）开关电路
　　对于开关电路，往往要求控制电路和开关电路之间要有很好的电隔离，这对于一般的电子开关来说是很难做到的，但采用光电耦合器就很容易实现了。图46?中（a）所示电路就是用光电耦合器组成的简单开关电路。
　　在图中，当无脉冲信号输入时，三极管BG处于截止状态，发光二极管无电流流过不发光，则a、b两端电阻非常大，相当于开关“断开”。当输入端加有脉冲信号时，BG导通，发光二极管发光，则a、b两端电阻变得很小，相当于开关“接通”。故称无信号时开关不通，为常开状态。
　　图46—4中（b）所示电路则为“带闭”状态，因为无信号输入时，虽BG截止，但发光二极管有电流通过而发光，使a、b

图46-4

　　两端处于导通状态，相当于开关“接通”。当有信号输入时，BG导通，由于BG的集电结压降在0．3V以下，远小于发光二极管的正向导通电压，所以发光二极管无电流流过不发光，则a、b两端电阻极大，相当于开关“断开”，故称“常闭”式。
　　可见，开关a、b端在电路中不受电位高低的限制，但在使用中应满足a端电位为正，b端为负，并使U&ab＞3V为好，同时还应注意Uab应小于光电三极管的BVceo。
　　依据图46—4的原理，光电耦合器可以组成如图46—5中（a）、（b）等多种形式。

图46-5

　　图中（a）为单刀双掷开关电路，其中外接二极管D的作用，是保证输入正脉冲信号时“od”组接通，“ob”组关断。图中（b）为双刀双掷开关电路，无输入信号时，BG截止，“ob”与“od”组断开，“oa”与“oc”组接通；BG导通（即有信号输入时），“ob”与“od”组接通，而“oa”与“oc”组断开。它们适于自动控制和遥控设备中使用。
　　（2）光耦合的可控硅开关电路
　　图46—6中（a）所示电路为光耦合器构成的可控硅开关电路。可控硅SCR的触发电压取自电阻R，其大小由通过光电三极管的电流决定，直接由输入电压控制。该电路简单，控制端与输出端有可靠的电隔离。

图46-6

　　图中（b）所示电路，为控制负载为纯电阻（如白炽灯泡）的开关电路，图中R1的阻值由下式确定：R1＝V/1．2A，1．2A为双向开关的额定电流。当主电网电压为220V时，V＝/2·220=308V，则R1=308/1．2=250Ω．所以，可控硅SCR的规格应依R1的大小进行选择。
　　当开关电路的负载为感性负载（如电动机等），则由于流过感性负载（线圈）的电流与电压的相位不同，需增加相应元件，方能保证开关电路的正常工作，如图46?所示。
　　图中双向可控硅SCR的触发电流，是由R3与C的不同数值而决定的，见表46—1。
　　表46—1   IG、R3及三者关系表
　　/IG(Ma)/R3(kΩ)/C(μF)
　　/15/2.4/0.1
　　/30/1.2/0.2
　　/50/0.8/0.3/
　　图46—7的开关电路，特别适于遥控时选用。

图46-7

　　（3）用于双稳态输出的光耦合电路
　　图46—8中（a）所示电路，为光电耦合器控制的双稳态输出开关电路，它的特点是由于光电耦合开关接在两管的发射极回路上，故能有效地解决输出与负载间的隔离问题。

图46-8（a）

　　图46—8中（b）所示电路为光电耦合开关的施密特电路。当输入电压U1为低电平时，光电三极管C、e间呈高电阻，BG1导通，BG2截止，则输出电压U0为低电平；当输入电压U1大于鉴幅值时，光电三极管c、e间呈低电阻，则BG1截止，BG2导通，输出的电压U0为高电平。调节电阻R3，即改变鉴幅电平。

图46-8（b）

　　（4）电平转换电路
　　对于不同电平的转换电路或输入、输出电路的电位需要分开时，采用光电耦合器就显得十分方便了。
　　中图46—9的（a）与（b）图示电路，就是5V电源的TTL集成电路与15V电源的HTL集成电路，相互连接进行电平转换的基本电路。

图46-9

　　图（a）中，TTL门电路导通时，即输出低电平，发光二极管导通，光电三极管输出高电平；TTL门电路截止时，发光二极管截止，光电三极管输出低电平。
　　图（b）中，则是利用TTL截止输出高电平，发光二极管导通，光电三极管输出低电平；TTL导通输出低电平，发光二极管截止，光电三极管输出高电平。
　　在进行具体应用时，因CMOS集成电路在低电平时的电流只有1～2mA，难以直接驱动所接的负载，故一般需加一级三极管放大电路来驱动。
（5）高压稳压电路
　　串联型稳压电路，比较放大管需选用耐压高的三极管，若利用光电耦合器的输入与输出间绝缘良好的特点，便可实现高压控制。
　　图46—10中的（a）与（b）所示的电路，就是利用光电耦合器的高压稳压电路。

图46-10

　　图（a）中，当输出电压因某种原因导致升高时，则BG5的偏压增加，发光二极管的正向电流增大，使光电三极管集电结电压减小，即引起调整管BG1发射结电压下降，其集电结电压上升，从而使原来升高的输出电压减小，保持输出电压的稳定。BG3管为限流保护电路。光电耦合器是工作在放大状态的。
　　图（b）的工作原理与图（a）相同。

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