光电耦合器件.ppt

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1、6.4光电耦合器件6.4.1光电耦合器件的结构与电路符号将发光器件与光电接收器件组合成一体，制成具有信号传输功能的器件称为光电耦合器件。光电耦合器件的发光件常用LED发光二极管、LD半导体激光器和微形钨丝灯等。光电接收器件常用光电二极管、光电三极管、光电池及光敏电阻等。由于光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的，只有光信息相连。因此，在实际应用中它具有许多特点，成为重要的器件。用来制造光电耦合器件的发光元件与光电接收元件的种类都很多，因而它具有多种类型和多种封装形式。本节仅介绍几种常见的结构。1.光电耦合器件的结构光电耦合器件的基本结构如

2、图6-28所示，图6-28（a）为发光器件（LED）与光电接收器件（光电二极管或光电三极管等）被封装在黑色树脂外壳内构成光电耦合器件。图6-28（b）者将发光器件与光电器件封装在金属管壳内构成的光电耦合器件。使发光器件与光电接收器件靠得很近，但不接触。光电耦合器件的电路符号如图6-29所示，图中的发光二极管泛指一切发光器件，图中的光电二极管也泛指一切光电接收器件。图6-30所示为几种不同封装的光电耦合器，图中（a）、（b）、（c）分别为三种不同安装方式光电发射器件与光电接收器件分别安装器件的两臂上，分离尺寸一般在4~12mm，分开的目的是要检

3、测两臂间是否存在物体，以及物体的运动速度等参数。这种封装的器件常被称为光电开关。图中（d）反光型光电耦合器，LED和光电二极管封装在一个壳体内，两者发射光轴同接收光轴夹一锐角，LED发出的光被测物体反射，并被光电二极管接收，构成反光型光电耦合器。图中（e）为另一种反光型光电耦合器，LED和光电二极管平行封装在一个壳体内，LED发出的光可以在较远的位置上放置的器件反射到光电二极管的光敏面上。显然，这种反光型光电耦合器要比成锐角的耦合器作用距离远。图中（f）DIP封装形式的光电耦合器件。这种封装形式的器件有多种，可将几组光电耦合器封装在一片DIP

4、中，用作多路信号隔离传输。3.光电耦合器件的特点⑴具有电隔离的功能它的输入、输出信号间完全没有电路的联系，所以输入和输出回路的电子零位可以任意选择。绝缘电阻高达1010~l012Ω，击穿电压高达100~25kV，耦合电容小于1PF。⑵信号传输方式信号传输是单向性的，不论脉冲、直流都可以使用。适用于模拟信号和数字信号。⑶具有抗干扰和噪声的能力它作为继电器和变压器使用时，可以使线路板上看不到磁性元件。它不受外界电磁干扰、电源干扰和杂光影响。⑷响应速度快⑹即具有耦合特性又具有隔离特性它能很容易地把不同电位的两组电路互连起来，圆满地完成电平匹配、电平

5、转移等功能；一般可达微秒数量级，甚至纳秒数量级。它可传输的信号频率在直流至10MHz之间。⑸实用性强具有一般固体器件的可靠性，体积小(一般φ6×6mm)，重量轻，抗震，密封防水，性能稳定，耗电省，成本低，工作温度范围在－55~+l00℃之间。6.4.2光电耦合器件的特性参数光电耦合器件的主要特性为隔离特性与传输特性。1.传输特性光电耦合器件的传输特性就是输入与输出间的特性，它用下列几个性能参数来描述。（1）电流传输比β在直流工作状态下，光电耦合器件的集电极电流Ic与发光二极管的注入电流IF之比定义为光电耦合器件的电流传输比，用β表示。如图6-

6、31所示为光电耦合器件的输出特性曲线，在其中部取一工作点Q，它所对应的发光电流为IFQ，对应的集电极电流为ICQ，因此该点的电流传输比为βQ=ICQ/IFQ╳100%（6-19）如果工作点选在靠近截止区的Q1点时，虽然发光电流IF变化了ΔIF，但相应的ΔIC1，变化量却很小。这样，β值很明显地要变小。同理，当工作点选在接近饱和区Q3点时，β值也要变小。这说明工作点选择在输出特性的不同位置时，就具有不同的β值。因此，在传送小信号时，用直流传输比是不恰当的，而应当用所选工作点Q处的小信号电流传输比来计算。这种以微小变量定义的传输比称为交流电流传输

7、比。用β来表示。即β=ΔIc/ΔIF╳100%(6-20)对于输出特性线性度做得比较好的光电耦合器件，β值很接近值。在一般的线性状态使用中，都尽可能地把工作点设计在线性工作区；对于开关使用状态，由于不关心交流与直流电流传输比的差别，而且在实际使用中直流传输比又便于测量，因此通常都采用直流电流传输比β。光电耦合器件的电流传输比与三极管的电流放大倍数都是输出与输入电流之比值，但有本质的差别。光电耦合器件内的输入电流使发光二极管发光，光电耦合器件的输出电流是光电接收器件（光电二极管或光电三极管）接收到的光产生的光电流，可用αIF表示，其中α与发光二

8、极管的发光效率、光敏三极管的增益及二者之间距离等参数有关的系数，通常称为光激发效率。图6-32所示为光电耦合器件的电流传输比β随发光电流IF的变化曲线。在IF较小时