光耦的基本知識

1、光耦的基本知識光耦合器（optical coupler ，英文縮寫為0C亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好 的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、 用途最廣的光電器件之一。 光耦合器一般由三部分組成： 光的發(fā)射、 光的接收及 信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED，使之發(fā)出一定波長的光，被 光探測器接收而產(chǎn)生光電流， 再經(jīng)過進一步放大后輸出。 這就完成了電光電 的轉(zhuǎn)換， 從而起到輸入、 輸出、隔離的作用。 由于光耦合器輸入輸出間互相隔離， 電信號傳輸具有單向性等特點， 因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。

2、又由 于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能 力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。 在計算 機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件， 可以大大增加計算機工作的 可靠性。1. 光耦合器的主要優(yōu)點信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出 信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效 率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平 轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間 隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電

3、器 （S SR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機接口中。在單片開關(guān)電源中，禾U用線性光耦合 器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目 的。十幾年來，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，滿足了各種光控制的要求。 其應用范圍已擴展到計測儀器， 精密儀器， 工業(yè)用電子儀器， 計算機及其外部設(shè) 備、通信機、信號機和道路情報系統(tǒng)，電力機械等領(lǐng)域。這里側(cè)重介紹該器件的 工作特性， 驅(qū)動和輸出電路及部分實際應用電路。 近年來問世的線性光耦合器能 夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號， 使其應用領(lǐng)域大為拓寬。 下面分別 介紹光耦合器的工作原理及檢測方法。2. 光耦合器的性能及類型用于傳遞模擬信號的光

4、耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為 光敏三極管。 當有電流通過發(fā)光二極管時， 便形成一個光源， 該光源照射到光敏 三極管表面上， 使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流， 該電流的大小與光照的強弱， 亦 即流過二極管的正向電流的大小成正比。 由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通 過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離， 沒有電信號的反饋和干擾， 故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?2pf 左右）、 耐壓高（2.5KV左右），故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部 分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10Q），對高內(nèi)阻源的噪聲相當于被短接。 因此，由光

5、耦合器構(gòu)成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣 性能。事實上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出 特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構(gòu)成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實現(xiàn)電隔離。 然而，這類放大電路的工作 穩(wěn)定性較差，無實用價值。究其原因主要有兩點：一是光耦合器的線性工作范圍 較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù)B和集電極反 向飽和電流ICBO（即暗電流）受溫度變化的影響明顯。因此，在實際應用中，除 應選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實現(xiàn)模擬信號隔離外，還必須在電路 上采取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態(tài)的影響

6、。從光耦合器的轉(zhuǎn)移特性與溫度的關(guān)系可以看出，若使光耦合器構(gòu) 成的模擬隔離電路穩(wěn)定實用，則應盡量消除暗電流（ICBO的影響，以提高線性 度，做到靜態(tài)工作點IFQ隨溫度的變化而自動調(diào)整，以使輸出信號保持對稱性， 使輸入信號的動態(tài)范圍隨溫度變化而自動變化，以抵消B值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。基于89C2051的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計引言步進電動機驅(qū)動方式主要分為恒壓驅(qū)動、恒流驅(qū)動、細分驅(qū)動等，其中恒壓驅(qū)動是成本最低、最簡單的解決方案， 但是它的顯著缺點是： 高頻力矩下降較快， 無法滿足某些應用場合的要 求。另外，目前市場上幾乎所有的步進電機驅(qū)動器都存在著低頻熱耗散大的缺點。在成本壓力

7、較大、對功耗和高低頻力矩都有較高要求的情況下，如何取舍是一件很難抉擇的事情。本設(shè)計通過一個低成本可控電源，針對控制頻率的全程范圍，相應輸出若干段電壓， 低頻低壓、高頻高壓。同時，在同一頻率下采用高低壓驅(qū)動法，在電機啟動時刻提供高電壓，力矩 保持階段提供低電壓，從而實現(xiàn)了低成本下的高頻力矩提升、低頻功耗下降的優(yōu)良效果。硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件電路主要由單片機電路、可控電源電路和步進電機驅(qū)動電路構(gòu)成。單片機采用ATMEL公司的89C2051。實際應用中，用其P1 口低4位輸出控制信號給可控電源電路，使可控電源輸出不同梯次的驅(qū)動電壓，當控制信號為“0000”時輸出電壓最低，控制信號為“1111時輸出電壓最高

8、，P1 口高4位用于輸出相序控制信號給四相步進電機驅(qū)動電路， 單片機根據(jù)控制策略決定驅(qū)動電壓的高低和相序的變化。可控電源可控電源部分主要由 LM2576-ADJ 、緩沖器、電阻、二極管組成，電路如圖1所示。圖中LM2576-ADJ 是一個降壓型開關(guān)穩(wěn)壓源，其輸出電壓為：圖1可控電源電路其中VH為緩沖器輸出的高電平電壓，VD為二極管結(jié)壓降，VREF為參考電壓，Di為單片機I/O 口數(shù)字量輸出。電路中采用緩沖器是為了提高高電平輸出的穩(wěn)定性和電流驅(qū)動能 力，權(quán)電阻網(wǎng)絡在單片機 I/O 口數(shù)字量控制下向 VREF節(jié)點提供電流從而改變輸出電壓Vout，二極管的作用是防止控制信號為低電平時產(chǎn)生反相電流。本設(shè)計采用4位I/O控制信號，形成了 4位8級可調(diào)電源。四相步進電機驅(qū)動電路圖2所示為四相單極性步進電機驅(qū)動電路，主要由MOSFET、續(xù)流二極管、電阻組成。單片機I/O 口輸出信號 MA、MB、MC、MD為高電平時，相應的開關(guān)管 MOSFET導通，Vout 向?qū)碾姍C繞組供電。電路中為了減小驅(qū)動元件的壓降，采用了具有低導通電阻特性的MO