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光耦运用技巧

光电耦合器(简称光耦)，是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内，中心通过电→光→电的转化来传输电信号的半导体光电子器材。光电耦合器可根据不同要求，由不同品种的发光元件和光敏元件组合成许多系列的光电耦合器。现在运用最广的是发光二极管和光敏三极管组合成的光电耦合器，其内部结构如图1a所示。

光耦以光信号为前言来完成电信号的耦合与传递，输入与输出在电气上彻底阻隔，具有抗搅扰功能强的特色。关于既包含弱电操控部分，又包含强电操控部分的工业运用测控体系，选用光耦阻隔能够很好地完成弱电和强电的阻隔，到达抗搅扰意图。可是，运用光耦阻隔须要考虑以下几个问题：

①光耦直接用于阻隔传输模拟量时，要考虑光耦的非线性问题；②光耦阻隔传输数字量时，要考虑光耦的呼应速度问题；③假如输出有功率要求的话，还得考虑光耦的功率接口规划问题。

1、光电耦合器非线性的战胜光电耦合器的输入端是发光二极管，因而，它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来标明，如图1b所示；输出端是光敏三极管，因而光敏三极管的伏安特性便是它的输出特性，如图1c所示。由图可见，光电耦合器存在着非线性作业区域，直接用来传输模拟量时精度较差。

图2光电耦合线性电路

另一种模拟量传输的解决方法，便是选用VFC(电压频率转化)方法，如图3所示。现场变送器输出模拟量信号(假定电压信号)，电压频率转化器将变送器送来的电压信号转化成脉冲序列，通过光耦阻隔后送出。在主机侧，通过一个频率电压转化电路将脉冲序列还原成模拟信号。此刻，相当于光耦阻隔的是数字量，能够消除光耦非线性的影响。这是一种有用、容易易行的模拟量传输方法。

图3VFC方法传送信号

当然，也能够挑选线性光耦进行规划，如精细线性光耦TIL300，高速线性光耦6N135/6N136。线性光耦一般价格比一般光耦高，可是运用方便，规划容易；跟着器材价格的下降，运用线性光耦将是趋势。

2、进步光电耦合器的传输速度当选用光耦阻隔数字信号进行操控体系规划时，光电耦合器的传输特性，即传输速度，往往成为体系最大数据传输速率的决定因素。在许多总线式结构的工业测控体系中，为了避免各模块之间的彼此搅扰，一起不下降通讯波特率，咱们不得不选用高速光耦来完成模块之间的彼此阻隔。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。可是，高速光耦价格比较高，导致规划本钱进步。这儿介绍两种方法来进步一般光耦的开关速度。由于光耦本身存在的分布电容，对传输速度形成影响，光敏三极管内部存在着分布电容Cbe和Cce，如图4所示。由于光耦的电流传输比较低，其集电极负载电阻不能太小，不然输出电压的摆幅就受到了约束。可是，负载电阻又不宜过大，负载电阻RL越大，由于分布电容的存在，光电耦合器的频率特性就越差，传输延时也越长。

图4光敏三极管内部分布电容

用2只光电耦合器T1，T2接成互补推挽式电路，能够进步光耦的开关速度，如图5所示。当脉冲上升为"1"电平常，T1截止，T2导通。相反，当脉冲为"0"电平常，T1导通，T2截止。这种互补推挽式电路的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性。

图52只光电耦合器构成的推挽式电路

3、光耦的功率接口规划微机测控体系中，常常要用到功率接口电路，以便于驱动各品种型的负载，如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口电路一般具有带负载才能强、输出电流大、作业电压高的特色。工程实践标明，进步功率接口的抗搅扰才能，是确保工业自动化设备正常运转的要害。

就抗搅扰规划而言，许多场合下，咱们既能选用光电耦合器阻隔驱动，也能选用继电器阻隔驱动。一般状况下，关于那些呼应速度要求不很高的启停操作，咱们选用继电器阻隔来规划功率接口；关于呼应时刻要求很快的操控体系，咱们选用光电耦合器进行功率接口电路规划。这是由于继电器的呼应延迟时刻需几十ms，而光电耦合器的延迟时刻一般都在10us之内，一起选用新式、集成度高、运用方便的光电耦合器进行功率驱动接口电路规划，能够到达简化电路规划，下降散热的意图。

图7是选用光电耦合器阻隔驱动直流负载的典型电路。由于一般光电耦合器的电流传输比CRT十分小，所以一般要用三极管对输出电流进行扩大，也能够直接选用达林顿型光电耦合器(见图8)来代替一般光耦T1。例如东芝公司的4N30。关于输出功率要求更高的场合，能够选用达林顿晶体管来代替一般三极管，例如ULN2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，它的输出电流和输出电压别离到达500mA和50V。

图7光电阻隔，加三极管扩大驱动

图8达林顿型光电耦合器

关于交谈负载，能够选用光电可控硅驱动器进行阻隔驱动规划，例如TLP541G，4N39。光电可控硅驱动器，特色是耐压高，驱动电流不大，当交谈负载电流较小时，能够直接用它来驱动，如图9所示。当负载电流较大时，能够外接功率双向可控硅，如图10所示。其间，R1为限流电阻，用于约束光电可控硅的电流；R2为耦合电阻，其上的分压用于触发功率双向可控硅。

图9小功率交谈负载

图10大功率交谈负载

当须要对输出功率进行操控时，能够选用光电双向可控硅驱动器，例如MOC3010。图11为交谈可控驱动电路，来自微机的操控信号通过光电双向可控硅驱动器T1阻隔，操控双向可控硅T2的导通，完成交谈负载的功率操控。

图11交谈可控电路

图12为交谈电源输出直流可控电路。来自微机的操控信号通过光电双向可控硅驱动器阻隔，操控可控硅桥式整流电路导通，完成交谈一直流的功率操控。此电路现已运用在咱们实验室研发的新式电机操控设备中，作用杰出。

图12交-直流可控4完结语本文从光电耦合器的根本结构、功能特色动身，针对实际运用中或许遇到的非线性、呼应速度、功率接口规划三个方面，提出了相应的几种电路规划方案，并介绍了各种不同类型的光电耦合器及其运用实例