光耦合器：类型及其应用

介绍

光耦合器（也称为光隔离器）是一种在两个隔离电路之间传输电信号的半导体器件。光耦合器由两部分组成：发射红外光的LED和检测LED光的光敏器件。这两个部件都装在一个带有连接销的黑匣子中。输入电路接收输入信号，无论是交流还是直流，并使用它来打开LED。

 

光耦合器

光耦合器器件只是一个密封的独立单元，里面装有独立供电的光（光）发射和接收单元，这些单元可以光耦合在一起。上图描绘了这种设备的基本形状。在这种情况下，Tx单元是LED，但Rx单元可以是光电晶体管，光FET，光电可控硅或其他类型的光敏半导体元件;Tx 和 Rx 单元紧密地装在一个密封的包装中。

光耦合器的工作原理

耦合器使用光来传输电信号。由于它们为输入和输出信号提供了良好的隔离，因此广泛用于各种电路中。它是现在最常用的光电器件之一。光耦合器由三部分组成：光发射、光接收和信号放大。输入电信号使LED发出特定波长的光，由光电探测器检测到并转换为光电流，经过进一步放大后再输出。

 

光耦合器的工作原理

然后完成电光电转换，用作输入、输出和隔离。由于光耦合器输入和输出之间的相互作用是单向的，电信号的传输是单向的，因此光耦合器具有良好的电绝缘性和抗干扰能力。此外，由于光耦合器的输入端是电流型工作的低电阻元件，因此具有很强的共模抑制能力。

因此，当用作长线传输信息中的终端隔离元件，以及计算机数字通信和实时控制中信号隔离的接口器件时，它可以显着提高信噪比（SNR）。计算机工作在可靠性方面可以大大提高。

不同类型的光耦合器

1.基于光电晶体管的光耦合器。

2.基于光电达林顿晶体管的光耦合器。

3.采用光电可控硅的光耦合器。

4.带光片可控硅的光耦合器

基于光电晶体管的光耦合器

光电晶体管光耦合器的内部结构如上图所示。晶体管的类型可以是PNP或NPN。

根据输出引脚的可用性，光电晶体管可以有两种类型。左侧第二个图像上有一个额外的引脚排列，与晶体管的基极内部连接。引脚6用于控制光电晶体管的灵敏度。通常使用高阻值电阻将引脚连接到地或负极。在这种配置中，可以有效控制由噪声或电气瞬变引起的误触发。

 

基于光电晶体管的光耦合器

此外，在使用基于光电晶体管的光耦合器之前，用户必须了解晶体管的最大额定值。PC816、PC817、LTV817和K847PH是基于光电晶体管的光耦合器的几个例子。基于晶体管的光耦合器用于直流电路隔离。

 基于光电达林顿晶体管的光耦合器

达林顿晶体管是一对双晶体管，其中一个晶体管控制另一个晶体管的基极。达林顿晶体管在这种配置中提供高增益能力。像往常一样，LED 发射红外光并控制一对晶体管的基极。

 

基于光电达林顿晶体管的光耦合器

这种类型的光耦合器也用于直流电路中的隔离。第六个引脚内部连接到晶体管的基极，用于控制晶体管的灵敏度，如前面在光电晶体管描述中所讨论的那样。一些光电达林顿光耦合器的例子是4N32、4N33、H21B1、H21B2和H21B3。

 

采用光电可控硅的光耦合器

在上图中，显示了内部结构或基于TRIAC的光耦合器。

采用光电可控硅的光耦合器。

可控硅主要用于需要基于交流的控制或开关的地方。引线可以使用直流电进行控制，而可控硅用于控制交流电。 光耦合器在这种情况下也提供了出色的隔离。这是一个三端双向可控硅应用程序。基于光电可控硅的光耦合器示例包括IL420、4N35等，是基于可控硅的光耦合器。

带光片可控硅的光耦合器

SCR是可控硅整流器的缩写，也称为晶闸管。基于光电SCR的光耦合器的内部结构如上图所示。与其他光耦合器一样，LED发出红外光。LED的强度控制基于交流电路中使用的光电SCR的光耦合器。有关晶闸管的更多信息，请参见此处。

带光片可控硅的光耦合器

 

MOC3071、IL400、MOC3072和其他基于光电SCR的光耦合器就是例子。

光耦合器的优点

• 更小更轻
• 低价
• 它工作得非常快。
• 噪音较小。
• 光耦合器对交流和直流高压信号均有效。
• 它还用于检测各种传感器应用中物理物体的存在。
• 光耦合器的使用寿命长达数十年。
• 它在较低频率下具有出色的响应。
• 没有触点反弹，没有电弧干扰，也没有电路磨损。
• 它使用更少的能源。
• 由于接通和关断时间短，因此具有很高的开关频率。

光耦合器的缺点

• 光耦合器无法处理大电流。
• 为了工作，光耦合器需要一个外部偏置电压。
• 高频响应不足。
• 基于光电晶体管的光耦合器在光输入和输出电流变化之间的线性关系与基于光电二极管的类型不同。

光耦合器的应用

• 电磁阀/阀门控制装置
• 提供恒定功率的开关
• 温度调节
• 交流电机的起动机和驱动器
• 照明控制
• E.M. 的接触器
• 固态继电器