光耦合器類型教程應(yīng)用

光耦合器是一種電子元件，通過光敏光學(xué)接口將兩個(gè)獨(dú)立的電路互連。

我們從關(guān)于變壓器的教程中了解到它們不僅可以提供降壓（或升壓）電壓，而且還可以在初級(jí)側(cè)的較高電壓和次級(jí)側(cè)的較低電壓之間提供“電氣隔離”。

In換句話說，變壓器使用電磁耦合將初級(jí)輸入電壓與次級(jí)輸出電壓隔離，這是通過在其疊層鐵芯內(nèi)循環(huán)的磁通量來實(shí)現(xiàn)的。

但我們也可以通過使用一種非常普通且有價(jià)值的電子元件光電耦合器來僅使用光源在輸入源和輸出負(fù)載之間提供電氣隔離。

光耦合器的基本設(shè)計(jì)，也稱為光隔離器，由一個(gè)產(chǎn)生紅外線和半光的LED組成。導(dǎo)體光敏器件，用于檢測(cè)發(fā)射的紅外光束。 LED和光敏器件均采用不透光的機(jī)身或封裝，帶有金屬支腳，用于電氣連接，如圖所示。

光耦合器或光隔離器由發(fā)光器，LED和光敏接收器，可以是單個(gè)光電二極管，光電晶體管，光電阻器，光電可控硅或光電三極管，光耦合器的基本操作非常易于理解。

光電晶體管光電耦合器

假設(shè)光電晶體管器件如圖所示。來自源信號(hào)的電流通過輸入LED，其發(fā)出紅外光，其強(qiáng)度與電信號(hào)成比例。

這發(fā)出的光落在光電晶體管的基極上，導(dǎo)致其切換-ON和以類似于普通雙極晶體管的方式導(dǎo)通。

光電晶體管的基極連接可以保持開路（未連接），以便對(duì)LED紅外光能量的最大靈敏度或連接到通過合適的外部高阻值電阻接地，以控制開關(guān)靈敏度，使其更加穩(wěn)定，并能抵抗外部電噪聲或電壓瞬變引起的誤觸發(fā)。

當(dāng)流過LED的電流中斷時(shí)，infra-紅色發(fā)射光被截止，導(dǎo)致光電晶體管停止導(dǎo)通。光電晶體管可用于切換輸出電路中的電流。 LED和光敏器件的光譜響應(yīng)緊密匹配，由透明介質(zhì)如玻璃，塑料或空氣隔開。由于光耦合器的輸入和輸出之間沒有直接電氣連接，因此可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10kV的電氣隔離。

光耦合器有四種通用類型，每種類型都有一個(gè)紅外LED光源但具有不同的光敏器件。四個(gè)光電耦合器稱為：光電晶體管， Photo-darlington ， Photo-SCR 和光電三端雙向可控硅如下所示。

光耦合器類型

光電晶體管和照片達(dá)林頓器件主要用于直流電路，而光可控硅和光三端雙向可控硅可以控制交流供電電路。還有許多其他類型的源 - 傳感器組合，例如LED光電二極管，LED激光器，燈 - 光敏電阻器對(duì)，反射和開槽光電耦合器。

可以使用單個(gè)組件構(gòu)建簡單的自制光電耦合器。如圖所示，將Led和光電晶體管插入剛性塑料管中或封裝在熱縮管中。這種自制光耦合器的優(yōu)勢(shì)在于可以將管材切割成您想要的任何長度，甚至可以彎曲角落。顯然，具有反射內(nèi)部的管道將比深黑色管道更有效。

自制光耦合器

光耦合器應(yīng)用

光耦合器和光隔離器可以單獨(dú)使用，也可以切換一系列其他較大的電子設(shè)備，如晶體管和三端雙向可控硅開關(guān)，在較低的電壓控制信號(hào)之間提供所需的電氣隔離，例如來自Arduino或微控制器，以及更高的電壓或電源電流輸出信號(hào)。

光耦合器的常見應(yīng)用包括微處理器輸入/輸出切換，直流和交流電源控制，PC通信，信號(hào)隔離傳輸?shù)碾娦盘?hào)可以是模擬（線性）或數(shù)字（脈沖）。

在此應(yīng)用中，光耦合器用于檢測(cè)操作開關(guān)或其他類型的數(shù)字輸入信號(hào)。如果檢測(cè)到的開關(guān)或信號(hào)在電噪聲環(huán)境中，這將非常有用。輸出可用于操作外部電路，燈或作為PC或微處理器的輸入。

光電晶體管DC開關(guān)

此示例中，外部連接的270kΩ電阻用于控制光電晶體管基極區(qū)的靈敏度?？梢赃x擇電阻器的值以適合所選擇的光耦合器器件和所需的開關(guān)靈敏度。電容器可以阻止任何不必要的尖峰或瞬變誤觸發(fā)光電晶體管基座。

除了檢測(cè)直流信號(hào)和數(shù)據(jù)外，還提供光電三端雙向可控硅隔離器，允許交流供電設(shè)備和電源燈受控。光耦合三端雙向可控硅開關(guān)（如MOC 3020）的額定電壓約為400伏特，非常適合直接電源連接和最大約100mA的電流。對(duì)于更高功率的負(fù)載，光電三端雙向可控硅可用于通過限流電阻向另一個(gè)較大的三端雙向可控硅開關(guān)提供柵極脈沖，如圖所示。

三端雙向可控硅開關(guān)元件應(yīng)用

這種類型的光耦合器配置構(gòu)成了一個(gè)非常簡單的固態(tài)繼電器應(yīng)用的基礎(chǔ)，可用于控制任何交流電源供電的負(fù)載，如燈和電機(jī)。與晶閘管（SCR）不同，三端雙向可控硅開關(guān)能夠在電源交流周期的兩半進(jìn)行導(dǎo)通，具有過零檢測(cè)功能，允許負(fù)載在切換感性負(fù)載時(shí)接收全功率，而不會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流。

光耦合器和光隔離器是一款出色的電子設(shè)備，可通過PC的輸出端口，數(shù)字開關(guān)或低壓數(shù)據(jù)控制功率晶體管和三端雙向可控硅等器件來自邏輯門的信號(hào)。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是它們?cè)谳斎牒洼敵?a target="_blank">端子之間具有高電氣隔離，允許相對(duì)較小的數(shù)字信號(hào)控制大得多的交流電壓，電流和功率。

光耦合器可用于DC和使用光電耦合器的交流信號(hào)利用SCR（晶閘管）或三端雙向可控硅開關(guān)作為光電檢測(cè)設(shè)備，主要用于交流電源控制應(yīng)用。光電可控硅和光三端雙向可控硅的主要優(yōu)點(diǎn)是可以完全隔離交流電源線上的任何噪聲或電壓尖峰，以及正弦波形的過零檢測(cè)，從而減少開關(guān)和浪涌電流，保護(hù)所使用的任何功率半導(dǎo)體來自熱應(yīng)力和沖擊。