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1、歡迎訪問Freekaoyan論文站光電耦合器及其應(yīng)用歡迎訪問Freekaoyan論文站 歡迎訪問Freekaoyan論文站 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、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護(hù)、長(zhǎng)線傳輸、高壓控制及電平匹配等。 為使讀者了解與應(yīng)用光電耦合器,今介紹幾種光電耦合器件及應(yīng)用電路,供大
2、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461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(fā)光器件構(gòu)成;4、5、6端接一只光敏三極管構(gòu)成輸出端,當(dāng)接收到發(fā)射端發(fā)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(diǎn),是具有很高的輸入輸出絕緣性能,頻率響應(yīng)可達(dá)300kHz,開關(guān)時(shí)間數(shù)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(dāng)1、2端加入輸入信號(hào)后,發(fā)射管發(fā)出的紅外光被接在4、5、6腳的光敏可控硅接收,使其導(dǎo)通。它可應(yīng)用在低電壓電
3、子電路控制高壓交流回路的開啟。 (3)光耦合的可控硅開關(guān)驅(qū)動(dòng)器 圖462中(a)為光敏雙向開關(guān)器件;圖46?中(b)為過零控制電路及光敏雙向開關(guān)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(guān)導(dǎo)通,進(jìn)而觸發(fā)外接雙向可控硅導(dǎo)通,達(dá)到控制負(fù)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(qū)動(dòng)器有非常好的輸入與輸出絕緣性,可構(gòu)成固態(tài)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(dá)林頓管輸出的光檢測(cè)器 達(dá)林頓管輸出的光檢測(cè)器如圖46?中(a)所示。它是由兩只管子組成復(fù)合管,具有很高的電流放大能力,形成下一級(jí)或負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電流
4、,有較強(qiáng)的光檢測(cè)靈敏度。 (5)數(shù)字電路光耦合器 數(shù)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(fā)電路形式,其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、數(shù)字邏輯可靠,應(yīng)用于計(jì)算機(jī)接口、數(shù)控電源及電動(dòng)機(jī)控制中。 (6)雙向開關(guān)觸發(fā)器輸出的光檢測(cè)器 圖463中的(c)為雙向開關(guān)觸發(fā)器輸出的光檢測(cè)器電路。該圖為三端器件,內(nèi)部是光敏雙向開關(guān)器件,收到紅外光線后,雙向開關(guān)器件導(dǎo)通,觸發(fā)外接可控硅導(dǎo)通,使負(fù)載接入220V回路中。 圖46-3 2應(yīng)用電路 (1)開關(guān)電路 對(duì)于開關(guān)電路,往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離,這對(duì)于一般的電子開關(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46?中
5、(a)所示電路就是用光電耦合器組成的簡(jiǎn)單開關(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)電流流過不發(fā)光,則a、b兩端電阻非常大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開”。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)于開關(guān)“接通”。故稱無(wú)信號(hào)時(shí)開關(guān)不通,為常開狀態(tài)。 圖464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03V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)電流流過不發(fā)光,則a、
6、b兩端電阻極大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開”,故稱“常閉”式。 可見,開關(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U&ab3V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464的原理,光電耦合器可以組成如圖465中(a)、(b)等多種形式。 圖46-5 圖中(a)為單刀雙擲開關(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)為雙刀雙擲開關(guān)電路,無(wú)輸入信號(hào)時(shí),BG截止,“ob”與“od”組斷開,“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
7、斷開。它們適于自動(dòng)控制和遙控設(shè)備中使用。 (2)光耦合的可控硅開關(guān)電路 圖466中(a)所示電路為光耦合器構(gòu)成的可控硅開關(guān)電路??煽毓鑃CR的觸發(fā)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(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)的開關(guān)電路,圖中R1的阻值由下式確定:R1V/12A,12A為雙向開關(guān)的額定電流。當(dāng)主電網(wǎng)電壓為220V時(shí),V/2·220=308V,則R1=308/12=250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),則由于流過感
8、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,方能保證開關(guān)電路的正常工作,如圖46?所示。 圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流,是由R3與C的不同數(shù)值而決定的,見表461。 表461 IG、R3及三者關(guān)系表 /IG(Ma)/R3(k)/C(F) /15/2.4/0.1 /30/1.2/0.2 /50/0.8/0.3/ 圖467的開關(guān)電路,特別適于遙控時(shí)選用。 圖46-7 (3)用于雙穩(wěn)態(tài)輸出的光耦合電路 圖468中(a)所示電路,為光電耦合器控制的雙穩(wěn)態(tài)輸出開關(guān)電路,它的特點(diǎn)是由于光電耦合開關(guān)接在兩管的發(fā)射極回路上,故能有效地解決輸出與負(fù)載間的隔離問題。 圖46-8
9、(a) 圖468中(b)所示電路為光電耦合開關(guān)的施密特電路。當(dāng)輸入電壓U1為低電平時(shí),光電三極管C、e間呈高電阻,BG1導(dǎo)通,BG2截止,則輸出電壓U0為低電平;當(dāng)輸入電壓U1大于鑒幅值時(shí),光電三極管c、e間呈低電阻,則BG1截止,BG2導(dǎo)通,輸出的電壓U0為高電平。調(diào)節(jié)電阻R3,即改變鑒幅電平。 圖46-8(b) (4)電平轉(zhuǎn)換電路 對(duì)于不同電平的轉(zhuǎn)換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開時(shí),采用光電耦合器就顯得十分方便了。 中圖469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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的基本電路。 圖46-9 圖(a)中,TTL門電路導(dǎo)通時(shí),
10、即輸出低電平,發(fā)光二極管導(dǎo)通,光電三極管輸出高電平;TTL門電路截止時(shí),發(fā)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(fā)光二極管導(dǎo)通,光電三極管輸出低電平;TTL導(dǎo)通輸出低電平,發(fā)光二極管截止,光電三極管輸出高電平。 在進(jìn)行具體應(yīng)用時(shí),因CMOS集成電路在低電平時(shí)的電流只有12mA,難以直接驅(qū)動(dòng)所接的負(fù)載,故一般需加一級(jí)三極管放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。 (5)高壓穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型穩(wěn)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(diǎn),便可實(shí)現(xiàn)高壓控制。 圖4610中的(a)與(b)所示的電路,就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。 圖46-10 圖(a)中,當(dāng)輸出電壓因某種原因?qū)е律邥r(shí),則BG5的偏壓
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