光電耦合器的工作原理

光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接受器件以及信號(hào)處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當(dāng)輸入電信號(hào)加到輸入端發(fā)光器件LED上，LED發(fā)光，光接受器件接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將電信號(hào)直接輸出，或者將電信號(hào)放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電－光－電”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。

光電耦合器，是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體光電器件，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)、工作溫度寬及無(wú)觸點(diǎn)輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中，它可以代替繼電器、變壓器、斬波器等，而用于隔離電路、開(kāi)關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過(guò)流保護(hù)、長(zhǎng)線傳輸、高壓控制及電平匹配等。

光電耦合器電路圖（一）

開(kāi)關(guān)電路

對(duì)于開(kāi)關(guān)電路，往往要求控制電路和開(kāi)關(guān)電路之間要有很好的電隔離，這對(duì)于一般的電子開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實(shí)現(xiàn)了。圖中（a）所示電路就是用光電耦合器組成的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)電路。

在圖中，當(dāng)無(wú)脈沖信號(hào)輸入時(shí)，三極管BG處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻非常大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號(hào)時(shí)，BG導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，則a、b兩端電阻變得很小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。故稱無(wú)信號(hào)時(shí)開(kāi)關(guān)不通，為常開(kāi)狀態(tài)。

圖46—4中（b）所示電路則為“帶閉”狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)信號(hào)輸入時(shí)，雖BG截止，但發(fā)光二極管有電流通過(guò)而發(fā)光，使a、b

圖46-4

兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，BG導(dǎo)通，由于BG的集電結(jié)壓降在0．3V以下，遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷?，所以發(fā)光二極管無(wú)電流流過(guò)不發(fā)光，則a、b兩端電阻極大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，故稱“常閉”式。

可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)a、b端在電路中不受電位高低的限制，但在使用中應(yīng)滿足a端電位為正，b端為負(fù)，并使Uab＞3V為好，同時(shí)還應(yīng)注意Uab應(yīng)小于光電三極管的BVceo。

依據(jù)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(kāi)關(guān)電路，其中外接二極管D的作用，是保證輸入正脈沖信號(hào)時(shí)“od”組接通，“ob”組關(guān)斷。圖中（b）為雙刀雙擲開(kāi)關(guān)電路，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，BG截止，“ob”與“od”組斷開(kāi)，“oa”與“oc”組接通；BG導(dǎo)通（即有信號(hào)輸入時(shí)），“ob”與“od”組接通，而“oa”與“oc”組斷開(kāi)。它們適于自動(dòng)控制和遙控設(shè)備中使用。

光電耦合器電路圖（二）

光耦合的可控硅開(kāi)關(guān)電路

圖46—6中（a）所示電路為光耦合器構(gòu)成的可控硅開(kāi)關(guān)電路。可控硅SCR的觸發(fā)電壓取自電阻R，其大小由通過(guò)光電三極管的電流決定，直接由輸入電壓控制。該電路簡(jiǎn)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(fù)載為純電阻（如白熾燈泡）的開(kāi)關(guān)電路，圖中R1的阻值由下式確定：R1＝V/1．2A，1．2A為雙向開(kāi)關(guān)的額定電流。當(dāng)主電網(wǎng)電壓為220V時(shí)，V＝/2·220=308V，則R1=308/1．2=250Ω．所以，可控硅SCR的規(guī)格應(yīng)依R1的大小進(jìn)行選擇。

當(dāng)開(kāi)關(guān)電路的負(fù)載為感性負(fù)載（如電動(dòng)機(jī)等），則由于流過(guò)感性負(fù)載（線圈）的電流與電壓的相位不同，需增加相應(yīng)元件，方能保證開(kāi)關(guān)電路的正常工作，如圖46-6所示。