光耦合器(coupler,OC)又称光电传感器,简称光耦合器。光电耦合器以光为介质传输电信号。对输入和输出电信号有很好的隔离作用,因此广泛应用于各种电路中。目前,它已成为应用最广泛的光学器具之一。光耦合器一般由光的发射、光的接收和信号放大三部分组成。
光耦合器输入的电信号驱动发光二极管(LED),使其发出一定波长的光,被光探测器接收,产生光电流,进一步放大后输出。这样就完成了电-光-电转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器的输入和输出相互隔离,电信号的传输具有单向的特点,因此具有良好的电绝缘和抗干扰能力。随着光耦使用时间的增加和传输比的降低,需要给Q2提供足够的驱动电流裕量,以防止控制失败。光电耦合器的种类很多,一般有光电二极管、、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
工作原理
耦合器的工作原理是光耦合器由于光电效应产生光电流,由光子的输出感生,实现电光一电的转换。
操作特性
1、共模抑制比很高:光电耦合器内部由于发光管与光子之间的耦合电容很小(2pF以内),通过极间耦合电容的共模输入电压很小对输出电流的影响,因此共模抑制比非常高。
2、光电耦合器的输出特性:输出特性是指一定量的发光电流IF,光敏管加的极化电压VCE与输出电流IC的关系,当IF-0时,发光二极管不发光,此时光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流,一般很小。当 if > 0 时,在一定的 IF 作用下,对应的 IC 基本独立于 VCE。IC和IF之间的变化是线性的,通过半导体管特性图测得的光电耦合器的输出特性与普通晶体管之间的输出特性相似。
隔离特性
- 输入和输出隔离电压Vio(隔离电压)光电耦合器件的输入和输出之间的绝缘耐压值。
- 隔离电容器Cio(隔离电容):光耦合器装置输入和输出之间的电容值
- 输入和输出隔离电阻Rio:半导体光耦合器输入和输出之间的绝缘电阻值。
传输特性
1.当电流传输比规定为电流耦合器CTR(Current Transfer Radio)输出管的工作电压时,输出电流与发光二极管正电流的比值就是电流传输与输出管的比值。
2. 上升时间 Tr 和下降时间 Tf:在规定的工作条件下,发光二极管输入指定电流 IFP 的脉冲波,而输出管输出相应的脉冲波,从输出脉冲的正向幅度的 10% 到 90%,这需要时间脉冲上升时间 tr。从输出脉冲后边沿幅度的 90% 到 10%,脉冲下降所需的时间为 tf。其他参数如工作温度、耗散功率等不再赘述。
3.光耦合器可作为线性耦合器使用:在发光二极管上提供偏置电流,信号电压通过电阻耦合到发光二极管,使光电晶体管接收到偏置电流增大或减小的光信号,输出电流发生变化与输入信号电压成线性关系。光耦也可以工作在开关状态,传输脉冲信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间,光耦合器件的输入和输出延迟时间因结构而异。
总结:光电耦合元件亦称光耦合器或光隔离器以及光电隔离器,简称光耦。光电耦合元件是以光作为媒体来传输电信号的一组装置,其功能是平时维持电信号输入、输出间有良好的隔离作用,需要时可以使电信号通过隔离层的传送方式。
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