【圖】光電耦合器及其應用電路圖光電耦合器

　　為使讀者了解與應用光電耦合器，今介紹幾種光電耦合器件及應用電路，供大家參考與開拓。

1．器件選擇

　　（1）三極管輸出型光電耦合器

　　三極管輸出型光電耦合器電路如圖46—1中（a）所示，它是由兩部分組成的。其中，1、2端為輸入端，通常由發光器件構成；4、5、6端接一只光敏三極管構成輸出端，當接收到發射端發出的紅外光后，在三極管集電極中便有電流輸出。

圖46-1

　　三極管輸出型光電耦合器的特點，是具有很高的輸入輸出絕緣性能，頻率響應可達300kHz，開關時間數微秒。

　　（2）可控硅輸出型光耦合器

　　可控硅輸出型光耦合器的電路如圖46?中（b）所示。該器件為六腳雙列式封裝。當1、2端加入輸入信號后，發射管發出的紅外光被接在4、5、6腳的光敏可控硅接收，使其導通。它可應用在低電壓電子電路控制高壓交流回路的開啟。

　　（3）光耦合的可控硅開關驅動器

　　圖46—2中（a）為光敏雙向開關器件；圖46?中（b）為過零控制電路及光敏雙向開關器件組合體。它們的工作原理是：利用輸入端紅外光控制輸出端的光敏雙向開關導通，進而觸發外接雙向可控硅導通，達到控制負載接入交流220V回路的目的。圖中（a）為非過零控制，圖中（b）為過零控制。本驅動器有非常好的輸入與輸出絕緣性，可構成固態繼電器的控制電路，其輸出的控制功率由可控允許功率決定。

圖46-2

　　（4）達林頓管輸出的光檢測器

　　達林頓管輸出的光檢測器如圖46?中（a）所示。它是由兩只管子組成復合管，具有很高的電流放大能力，形成下一級或負載的驅動電流，有較強的光檢測靈敏度。

　　（5）數字電路光耦合器

　　數字電路光耦合器電路如圖46?中（b）所示。光耦合器輸出為施密特觸發電路形式，其特點是響應速度快、數字邏輯可靠，應用于計算機接口、數控電源及電動機控制中。

　　（6）雙向開關觸發器輸出的光檢測器

　　圖46—3中的（c）為雙向開關觸發器輸出的光檢測器電路。該圖為三端器件，內部是光敏雙向開關器件，收到紅外光線后，雙向開關器件導通，觸發外接可控硅導通，使負載接入220V回路中。

圖46-3

2．應用電路

　　（1）開關電路

　　對于開關電路，往往要求控制電路和開關電路之間要有很好的電隔離，這對于一般的電子開關來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實現了。圖46?中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關電路。

　　在圖中，當無脈沖信號輸入時，三極管BG處于截止狀態，發光二極管無電流流過不發光，則a、b兩端電阻非常大，相當于開關“斷開”。當輸入端加有脈沖信號時，BG導通，發光二極管發光，則a、b兩端電阻變得很小，相當于開關“接通”。故稱無信號時開關不通，為常開狀態。

　　圖46—4中（b）所示電路則為“帶閉”狀態，因為無信號輸入時，雖BG截止，但發光二極管有電流通過而發光，使a、b

圖46-4

　　兩端處于導通狀態，相當于開關“接通”。當有信號輸入時，BG導通，由于BG的集電結壓降在0．3V以下，遠小于發光二極管的正向導通電壓，所以發光二極管無電流流過不發光，則a、b兩端電阻極大，相當于開關“斷開”，故稱“常閉”式。

　　可見，開關a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應滿足a端電位為正，b端為負，并使U&ab＞3V為好，同時還應注意Uab應小于光電三極管的BVceo。

　　依據圖46—4的原理，光電耦合器可以組成如圖46—5中（a）、（b）等多種形式。

圖46-5

　　圖中（a）為單刀雙擲開關電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號時“od”組接通，“ob”組關斷。圖中（b）為雙刀雙擲開關電路，無輸入信號時，BG截止，“ob”與“od”組斷開，“oa”與“oc”組接通；BG導通（即有信號輸入時），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組斷開。它們適于自動控制和遙控設備中使用。

　　（2）光耦合的可控硅開關電路

　　圖46—6中（a）所示電路為光耦合器構成的可控硅開關電路。可控硅SCR的觸發電壓取自電阻R，其大小由通過光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡單，控制端與輸出端有可靠的電隔離。

圖46-6

　　圖中（b）所示電路，為控制負載為純電阻（如白熾燈泡）的開關電路，圖中R1的阻值由下式確定：R1＝V/1．2A，1．2A為雙向開關的額定電流。當主電網電壓為220V時，V＝/2·220=308V，則R1=308/1．2=250Ω．所以，可控硅SCR的規格應依R1的大小進行選擇。

　　當開關電路的負載為感性負載（如電動機等），則由于流過感性負載（線圈）的電流與電壓的相位不同，需增加相應元件，方能保證開關電路的正常工作，如圖46?所示。

　　圖中雙向可控硅SCR的觸發電流，是由R3與C的不同數值而決定的，見表46—1。

　　表46—1   IG、R3及三者關系表

　　/IG(Ma)/R3(kΩ)/C(μF)

　　/15/2.4/0.1

　　/30/1.2/0.2

　　/50/0.8/0.3/

　　圖46—7的開關電路，特別適于遙控時選用。

圖46-7

　　（3）用于雙穩態輸出的光耦合電路

　　圖46—8中（a）所示電路，為光電耦合器控制的雙穩態輸出開關電路，它的特點是由于光電耦合開關接在兩管的發射極回路上，故能有效地解決輸出與負載間的隔離問題。

圖46-8（a）

　　圖46—8中（b）所示電路為光電耦合開關的施密特電路。當輸入電壓U1為低電平時，光電三極管C、e間呈高電阻，BG1導通，BG2截止，則輸出電壓U0為低電平；當輸入電壓U1大于鑒幅值時，光電三極管c、e間呈低電阻，則BG1截止，BG2導通，輸出的電壓U0為高電平。調節電阻R3，即改變鑒幅電平。

圖46-8（b）

　　（4）電平轉換電路

　　對于不同電平的轉換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開時，采用光電耦合器就顯得十分方便了。

　　中圖46—9的（a）與（b）圖示電路，就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進行電平轉換的基本電路。

圖46-9

　　圖（a）中，TTL門電路導通時，即輸出低電平，發光二極管導通，光電三極管輸出高電平；TTL門電路截止時，發光二極管截止，光電三極管輸出低電平。

　　圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發光二極管導通，光電三極管輸出低電平；TTL導通輸出低電平，發光二極管截止，光電三極管輸出高電平。

　　在進行具體應用時，因CMOS集成電路在低電平時的電流只有1～2mA，難以直接驅動所接的負載，故一般需加一級三極管放大電路來驅動。

（5）高壓穩壓電路

　　串聯型穩壓電路，比較放大管需選用耐壓高的三極管，若利用光電耦合器的輸入與輸出間絕緣良好的特點，便可實現高壓控制。

　　圖46—10中的（a）與（b）所示的電路，就是利用光電耦合器的高壓穩壓電路。

圖46-10

　　圖（a）中，當輸出電壓因某種原因導致升高時，則BG5的偏壓增加，發光二極管的正向電流增大，使光電三極管集電結電壓減小，即引起調整管BG1發射結電壓下降，其集電結電壓上升，從而使原來升高的輸出電壓減小，保持輸出電壓的穩定。BG3管為限流保護電路。光電耦合器是工作在放大狀態的。