本文主要是關(guān)于光耦的相關(guān)介紹，并著重對(duì)達(dá)林頓光耦驅(qū)動(dòng)繼電器電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳盡的闡述。
光耦
光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開(kāi)關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器（SSR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光；由于光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很?。s幾個(gè)pF）所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線(xiàn)性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會(huì)成比例地產(chǎn)生一個(gè)用于進(jìn)一步控制下一級(jí)的電路的電壓。線(xiàn)性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通，光電耦合器是電流驅(qū)動(dòng)型，需要足夠大的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號(hào)太小，發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通，其輸出信號(hào)將失真。在開(kāi)關(guān)電源，尤其是數(shù)字開(kāi)關(guān)電源中。
采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%～300%（如4N35），而PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%～5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。線(xiàn)性光耦合器與普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲線(xiàn)。
普通光耦合器的CTR-IF特性曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性，在IF較小時(shí)的非線(xiàn)性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線(xiàn)性光耦合器的CTR-IF特性曲線(xiàn)具有良好的線(xiàn)性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF）很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線(xiàn)性關(guān)系。這是其重要特性。
必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國(guó)際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國(guó)埃索柯姆（Isocom）公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列（如4N25 、4N26、4N35）光耦合器
技術(shù)參數(shù)
一、輸入特性
光耦合器的輸入特性實(shí)際也就是其內(nèi)部發(fā)光二極管的特性。常見(jiàn)的參數(shù)有：
1. 正向工作電壓Vf（Forward Voltage）
Vf是指在給定的工作電流下，LED本身的壓降。常見(jiàn)的小功率LED通常以If=20mA來(lái)測(cè)試正向工作電壓，當(dāng)然不同的LED，測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果也會(huì)不一樣。
2. 反向電壓Vr（Reverse Voltage ）
是指LED所能承受的最大反向電壓，超過(guò)此反向電壓，可能會(huì)損壞LED。在使用交流脈沖驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，要特別注意不要超過(guò)反向電壓。
3. 反向電流Ir（Reverse Current）
通常指在最大反向電壓情況下，流過(guò)LED的反向電流。
4. 允許功耗Pd（Maximum Power Dissipation）
LED所能承受的最大功耗值。超過(guò)此功耗，可能會(huì)損壞LED。
5. 中心波長(zhǎng)λp（Peak Wave Length）
是指LED所發(fā)出光的中心波長(zhǎng)值。波長(zhǎng)直接決定光的顏色，對(duì)于雙色或多色LED，會(huì)有幾個(gè)不同的中心波長(zhǎng)值。
6. 正向工作電流If（Forward Current）
If是指LED正常發(fā)光時(shí)所流過(guò)的正向電流值。不同的LED，其允許流過(guò)的最大電流也會(huì)不一樣。
7. 正向脈沖工作電流Ifp（Peak Forward Current）
Ifp是指流過(guò)LED的正向脈沖電流值。為保證壽命，通常會(huì)采用脈沖形式來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，通常LED規(guī)格書(shū)中給中的Ifp是以0.1ms脈沖寬度，占空比為1/10的脈沖電流來(lái)計(jì)算的。
二、輸出特性
光耦合器的輸出特性實(shí)際也就是其內(nèi)部光敏三極管的特性，與普通的三極管類(lèi)似。常見(jiàn)的參數(shù)有：
1. 集電極電流Ic（Collector Current）
光敏三極管集電極所流過(guò)的電流，通常表示其最大值。
2. 集電極-發(fā)射極電壓Vceo（C-E Voltage）
集電極-發(fā)射極所能承受的電壓。
3. 發(fā)射極-集電極電壓Veco（E-C Voltage）
發(fā)射極-集電極所能承受的電壓
4. 反向截止電流Iceo
5. C-E飽和電壓Vce（sat）（C-E Saturation Voltage）
四、傳輸特性：
1．電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）
2．上升時(shí)間Tr （Rise Time）& 下降時(shí)間Tf（Fall Time）
其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一敷述。
三、隔離特性
1．入出間隔離電壓Vio（Isolation Voltage）
光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。
2．入出間隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：
光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值
3．入出間隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）
半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。
光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V（BR）CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE（sat）。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。
電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。
使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國(guó)內(nèi)和國(guó)際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國(guó)埃索柯姆（Isocom）公司、美國(guó)FAIRCHILD生產(chǎn)的4N××系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。可以用于單片機(jī)的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。
以下為光電耦合器的常用參數(shù)：
反向電流IR：在被測(cè)管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時(shí)，二極管中流過(guò)的電流。
反向擊穿電壓VBR：被測(cè)管通過(guò)的反向電流IR為規(guī)定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。
正向壓降VF：二極管通過(guò)的正向電流為規(guī)定值時(shí)，正負(fù)極之間所產(chǎn)生的電壓降。
正向電流IF：在被測(cè)管兩端加一定的正向電壓時(shí)二極管中流過(guò)的電流。結(jié)電容CJ：在規(guī)定偏壓下，被測(cè)管兩端的電容值。
反向擊穿電壓V（BR）CEO：發(fā)光二極管開(kāi)路，集電極電流IC為規(guī)定值，集電極與發(fā)射集間的電壓降。
輸出飽和壓降VCE（sat）：發(fā)光二極管工作電流IF和集電極電流IC為規(guī)定值時(shí)，并保持IC/IF≤CTRmin時(shí)（CTRmin在被測(cè)管技術(shù)條件中規(guī)定）集電極與發(fā)射極之間的電壓降。
反向截止電流ICEO：發(fā)光二極管開(kāi)路，集電極至發(fā)射極間的電壓為規(guī)定值時(shí)，流過(guò)集電極的電流為反向截止電流。
電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。
脈沖上升時(shí)間tr，下降時(shí)間tf：光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。
傳輸延遲時(shí)間tPHL，tPLH：從輸入脈沖前沿幅度的50%到輸出脈沖電平下降到1.5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPHL。從輸入脈沖后沿幅度的50%到輸出脈沖電平上升到1.5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPLH。
入出間隔離電容CIO：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值。
入出間隔離電阻RIO：半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。
入出間隔離電壓VIO：光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。
達(dá)林頓光耦驅(qū)動(dòng)繼電器電路設(shè)計(jì)
達(dá)林頓電路有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN.
前二種是同極性接法，后二種是異極性接法。NPN+NPN的同極性接法：B1為B，C1C2為C，E1B2接在一起，那么E2為E。這里也說(shuō)一下異極性接法。以NPN+PNP為例。設(shè)前一三極管T1的三極為C1B1E1，后一三極管T2的三極為C2B2E2。達(dá)林頓管的接法應(yīng)為：C1B2應(yīng)接一起，E1C2應(yīng)接一起。等效三極管CBE的管腳，C=E2，B=B1，E=E1（即C2）。等效三極管極性，和前一三極管相同。即為NPN型。
達(dá)林頓管的典型應(yīng)用
1、用于大功率開(kāi)關(guān)電路、電機(jī)調(diào)速、逆變電路。
2、驅(qū)動(dòng)小型繼電器
利用CMOS電路經(jīng)過(guò)達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)高靈敏度繼電器的電路，小功率NPN達(dá)林頓管FN020。
3、驅(qū)動(dòng)LED智能顯示屏
LED智能顯示屏是由微型計(jì)算機(jī)控制，以L(fǎng)ED矩陣板作顯示的系統(tǒng)，可用來(lái)顯示各種文字及圖案。該系統(tǒng)中的行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器均可采用高β、高速低壓降的達(dá)林頓管。用BD683（或BD677）型中功率NPN達(dá)林頓管作為列驅(qū)動(dòng)器，而用BD682（或BD678）型PNP達(dá)林頓管作行驅(qū)動(dòng)器，控制8×8LED矩陣板上相應(yīng)的行（或列）的像素發(fā)光。
應(yīng)注意的是，達(dá)林頓管由于內(nèi)部由多只管子及電阻組成，用萬(wàn)用表測(cè)試時(shí)，be結(jié)的正反向阻值和普通三極管不同。對(duì)于高速達(dá)林頓管，有些管子的前級(jí)be結(jié)還反并聯(lián)一只輸入二極管，這時(shí)測(cè)出be結(jié)正反向電阻阻值很接近;容易誤判斷為壞管，這個(gè)請(qǐng)注意
4、判斷達(dá)林頓管等效為何種類(lèi)型的三極管：
首先看看第一只管是什么類(lèi)型的，第一只管是什么類(lèi)型的，那么這只達(dá)林頓管就是什么類(lèi)型的，和第二只無(wú)關(guān)！更加重要的是 要看看這兩只管構(gòu)成的達(dá)林頓管能不能正常工作，如果工作電流沖突，則直接否定這只管。
達(dá)林頓管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
ULN2803也是一個(gè)8路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí)ULN2803輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時(shí)ULN2803輸出端為高電平，繼電器得電吸合。同時(shí)，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。
典型電路如下：
為了實(shí)現(xiàn)輸入和輸出隔離，結(jié)合光耦來(lái)設(shè)計(jì)！常用電路如下：
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于光耦的相關(guān)介紹就到這了，希望本文能對(duì)你有所幫助。