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光电隔离器的工作原理和应用
时间:2020-12-14 11:59

  光电隔离器的工作原理和应用_信息与通信_工程科技_专业资料。北京环宏PCM综合业务设备说明书

  第 29 卷第 5 期 Vol. 29 ,No. 5 产品与应用 微电子技术 MICROELECTRONIC TECHNOLOGY 总第 141 期 2001 年 10 月 光电隔离器的工作原理和应用 宋吉江 , 牛轶霞 , 于春战 (山东淄博学院机电工程系 , 山东 淄博 255091) 摘 要 : 本文简要介绍了光电隔离器的结构和工作原理 , 简述了光电隔离器的主要参数和几个 应用电路 。 关键词 : 光电 ; 隔离 ; 输入 ; 输出 中图分类号 : TN36 文献标识码 : A 文章编号 : 100820147 (2001) 05255203 Principle of Photoelectric Isolator and its Application SONGJi2jiang , NIU Yi2xia , YU Chun2zhan ( ZiBo University , ZiBo Shandong 255091 , China) Abstract : The structure and principle of photoelectric isolator are introduced , the primary parameters and several circuits of application are mentioned simply. Keywords : Photoelectric ; Isolation ; Input ; Output 1 前言 2 光电隔离器的结构 光电隔离器是隔离器的一种 , 它是把发光器件 与光敏接受器件集成在一起 , 或用一根光导纤维把 两部分连接起来的器件 。通常发光器件为发光二极 管 (LED) , 光接受器件为光敏晶体管等 。加在发 光器件上的电信号为耦合器的输入信号 , 接受器件 输出的信号为隔离器的输出信号 。当有输入信号加 在光电隔离器的输入端时 , 发光器件发光 , 光敏管 受光照射产生光电流 , 使输出端产生相应的电信 号 , 于是实现了光电的传输和转换 。其主要特点是 以光为媒介实现电信号的传输 , 而且器件的输入和 输出之间在电气上完全是绝缘的 。 从结构上看 , 光电隔离器由一发光二极管和光 敏晶体管封装在同一个管壳内组成 , 其表示符号如 图 1 所示 。它们在结构排列上使 LED 辐射能量有 效地耦合到光敏晶体管上 , 一般有金属封装和塑料 图1 收稿日期 : 2001 - 05 - 06 56 微 电 子 技 术 封装两种形式 。金属封装采用金属外壳并用玻璃绝 缘 , 芯片采用环焊以保证发光管与接受管对准 。塑 料封装采用双列直插式结构 , 管芯先装于管脚上 , 中间用透明树脂固定 , 具有聚光作用 , 故灵敏度较 高 , 是目前应用较多的一种 。 通常使用的光隔离器组合形式有四种 。如图 2 所示 。其中图 2 (a) 为普通型隔离器 , 一般用于 100kHz 以下频率的装置中 。图 2 ( b) 为高速型隔 离器 , 其响应速度高 。图 2 (c) 为达林顿输出型 隔离器 , 具有达林顿输出的一切特性 , 可直接用于 驱动较低频率的负载 。图 2 ( d) 为可控硅输出型 。 其输出部分为光控晶闸管 , 常用于大功率的隔离驱 动场合 。在实际应用中 , 可根据实际需要选用适当 的组合形式 , 且尽量选用结构简单的器件 , 以降低 成本 。 光电隔离器的主要参数有以下几种 : 电流传输 比 ; 脉冲上升时间和下降时间 ; 输入 、输出间的绝 缘电阻 ; 输入 、输出间的耐压 ; 输入 、输出间的寄 生电容等 。 从输出端反馈到输入端 , 从而起到隔离作用 。 (2) 可以进行电平转换 。通过光电隔离器可以 很方便地实行电平转换 。 (3) 提高驱动能力 。隔离用光电耦合器 (如达 林顿电路) 输出和可控硅输出型耦合器件 , 不断具 有隔离功能 , 而且还具有较强的带负载能力 。微机 输出信号通过这种光电隔离器件后 , 就能直接带动 负载 。 图 3 是光电隔离器常用的几种电路 : 驱动传输 线隔离 、固态继电器 、脉冲放大器 、触发可控硅 、 驱动继电器等 。 图 3 常用电路 图2 (a) 普通型 (b) 高速型 (c) 达林顿输出型 (d) 可控硅输出型 3 光电隔离器的应用 光电隔离器在实际工作中的应用极其广泛 , 但 归纳总结起来 , 主要应用在以下几个方面 : (1) 可将输入和输出两部分间的地线分开 , 各 自使用一套电源供电 。彩票开奖查询,这样信息通过光电转换 , 单 向传递 ; 又由于光电隔离器输入与输出端之间绝缘 电阻非常大 , 寄生电容很小 , 因此 , 干扰信号很难 图 4 电网停电报警器电路 4 光电隔离器构成的几个实用电路 411 停电报警器 其电气原理图如图 4 所示 。本装置利用的光电 隔离器的型号为 4N25 。该电路主要由两部分组成 。 即交流电检测部分和音频振荡器部分组成 。平时 , 市电经 D1 整流 , C1 滤波 , 得到约 300V 的直流电 压 , 此直流电一路经 R1 使有电指示灯发光 , 另一 路经 R2 送入 4N25 的输入端 , 使发光二极管发光 , 第 5 期 宋吉江 ,牛轶霞 ,于春战 :光电隔离器的工作原理和应用 57 被光敏三极管接收而导通 , 集电极输出低电平 , 使 T1 、T2 构成的音频振荡器和 LED2 均不工作 。当电 网突 然 停 电 , C1 两 端 的 电 压 消 失 , 有 电 指 示 灯 LED1 熄灭 , 4N25 的发光二极管也熄灭 , 使其光敏 三极管截止 , T1 导通 , 音频振荡器起振 , 扬声器 发出报警声 , 同时停电指示灯也闪闪发光 , 直到断 开开关 K或电网再来电为止 。 412 数字传输隔离器 其电气原理如图 5 所示 。此装置采用的光电隔 离器为 VICT22 型 。它可以在两个数字电路之间提 供完全的电气隔离 。低至 + 4V 的输入信号也能使 输出状态改变 , 且电路能够承受高达 + 100V 的输 入峰值电压而不击穿 , T1 、T2 组成电流稳定器 , 把 通过光电隔离器输入端回路的电流限制在 7mA 。稳 压二极管 D2 提供基准参考电压 , 限定通过 R2 的电 流 。当输入信号点亮光电耦合器的发光二极管时 , 输出就改变状态 。 图 5 数字传输隔离器 图 6 计算机与外部设备互连电路 (a) 控制输出 (b) 信息输入 413 计算机外部设备互连电路 电气原理如图 6 所示 。为了防止强电干扰及其 它干扰信号通过 I/ O 控制电路进入计算机 , 通常的 办法是先采用滤波吸收 , 抑制干扰信号的产生 , 然 后采用光电隔离 , 使计算机与强电部件不共地 , 阻 断干扰信号的传导 。当计算机输出的信号为高电平 时 , 经非门 74LS04 反相后 , 加到光电耦合器 G 中 , 发光二极管正端的电平为低电平 , 因此发光二极管 不导通 , 没有光发出 , 这时三极管截止 , 输出信号 几乎等于加在光敏三极管上的电源电压 。当控制信 号为低电平时 , 发光二极管导通并发光 , 光敏三极 管导通 , 于是输出端的电平几乎等于零 。同样的道 理 , 可将光电隔离器用于信息的输入电路中 。 总之 , 光电隔离器在实际中的应用非常广泛 。 在应用的过程中 , 要正确的选用光电隔离器 。 综合信息 采用 Si Ge HBT MMIC 技术研制成作 K 波段 应用的小功率有源混频器 University of UIm 采用 Si Ge HBT MMIC 技术研制成 Ka 波段有源混频器 , 其性能 为 : 耗散功率小于 35mW , 变频增益超过 8dB , 双边带噪声系数在 20 GHz 下为 17dB , 电源功率为 32mW , 本机振荡器功率为 3 —715dBm。 (一凡)

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