光藕是做什么的 光藕如何选型

　　本文主要是关于光藕的相关介绍，并着重对光藕的原理及其选型进行了详尽的阐述。

　　光藕

　　光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

　　光电耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

　　光电耦合器是一种把发光器件和光敏器件封装在同一壳体内， 中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。其中，发光器件一般都是发光二极管。 而光敏器件的种类较多，除光电二极管外，还有光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管等。 光电耦合器可根据不同要求， 由不同种类的发光器件和光敏器件组合成许多系列的光电耦合器。

　　图1显示了一个典型的光电耦合器驱动电路。在该例中，右边的5V副边输出将会被左边原边电路的脉宽调制器控制。

　　比较器A1将ZDl（结点A）的参考电压和通过分压电路R7和R8的输出电压进行比较，因而控制Q2的导通状态，可以定义发光二极管D1的电流和通过光耦合在光敏晶体管Q1的集电极电流。然后Q1定义脉冲宽度和输出电压，补偿任何使输出电压改变的倾向。

　　随着光电耦合器的使用时间增加和传输比即增益的下降，为了防止控制失灵，给Q2提供充足的驱动电流裕量是很有必要的。

　　光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。

　　光耦的工作原理

　　工作原理

　　基本原理

　　在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

　　光电耦合器主要由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成，发光器件一般都是发光二极管，发光二极管加上正向电压时，能将电能转化为光能而发光，发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动，但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成，光敏器件一般都是光敏晶体管， 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。

　　光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端，而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入端，使发光器件的芯体发光， 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出，实现电→光→电的转换，从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离，且电信号在传输时具有单向性等优点， 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。

　　基本工作特性

　　1、共模抑制比很高

　　在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。

　　2、输出特性

　　光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF》0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2，图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极，接在仪器插座上。

　　3、隔离特性

　　1．隔离电压Vio（Isolation Voltage）

　　光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

　　2．隔离电容Cio（Isolation Capacitance）：

　　光耦合器件输入端和输出端之间的电容值

　　3．隔离电阻Rio：（Isolation Resistance）

　　半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

　　4、传输特性：

　　1．电流传输比CTR（Current Transfer Radio）

　　输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

　　2．上升时间Tr （Rise Time）& 下降时间Tf（Fall Time）

　　光电耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。

　　其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一复述。

　　5、光电耦合器可作为线性耦合器使用。

　　在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。

　　光藕如何选型

　　一、文档说明：

　　针对光偶选型，替代，采购，检测及实际使用过程中出现的光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。

　　光耦属于易失效器件，选型和使用过程中要特别的小心。

　　目前发现，因光偶的选型，光偶替代，光偶工作电流，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里将制订出相关指导性规范。

　　二、原理介绍：

　　光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。

　　当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。

　　

　　光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：

　　（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。

　　（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

　　（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

　　（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。

　　内部结构图及 CTR 的计算方法：

　　

　　规格定义 CTR：Ice/IF *100%

　　（检测条件：IF=5 ma Vce=5V， 2701，2801系列）

　　三、 光偶主要特性分析，设计选型替代要求：

　　1、 外观尺寸：

　　

　　设计，选型，替代注意：

　　 封装正确，本体MARK字迹要清晰，品牌正确，与技术规格书一致；

　　 替代时，如都为标准件封装，基本上装配没有问题，但需注意厚度是否与原料相同，是否满足整机的工艺要求。

　　2、 不同输入控制电流 IF， CTR 值不同：

　　

　　由图表显示，IF 在 5-15ma 时 CTR 值最大；在小于 5mA 时（目前我们产品设计大多如此），CTR 值一般小于正常额定规格值；

　　Cosmo KPS2801-B 实测数据：

　　

　　评注：IF 不同，CTR 不同，且差异非常大；不同 DATECODE 的也有差异，但在 IF=5ma 时，CTR 值都在规格（130-260）范围内；设计，选型，替代注意：设计时工作电流应接近来料的检测电流值（目前大多IF=5ma），否则应用的 CTR 值无法保证，产品动态性能将很差；

　　3、不同环境温度，CTR值不同：

　　

　　由图表显示，CTR值与光偶的工作环境有关，温度太高或太低都小于常温附近的检测值；

　　

　　评注：温度不同，CTR 不同，温度太高或太低都低于常温，且差异很大；

　　 设计，选型，替代注意：产品在高低温 CTR 的值是否满足产品反馈环路的增益？产品动态稳定吗？开关机，输出是否产生震荡掉沟等不良。

　　4、 光偶有RL阻值大小及工作频带带宽要求：

　　

　　由图表可看出：光偶有频带要求，如上图为 KPS-2801 光偶，工作频率基本在500KHZ 以内，且对于高频工作时，RL（输出分压电阻）要小；

　　设计，选型，替代注意：产品工作频率，RL选取阻值务必在带宽内，且考虑IF电流大小，VCE工作压降；

　　5、不同环境温度，输入控制电流可能产生变化：

　　

　　由图表可看出：环境温度超过55-60度后，输入控制电流IF的最大值将随着温度上升而显著减小；

　　设计，选型，替代注意：选取合适的IF电流，使输入控制电流的变动都能及时反馈到输出端，保证产品反馈环的稳定；

　　6、环境温度与功耗特性曲线：

　　

　　由图表可看出：光偶的输出部分（或集电极）功耗在低温时，在温度高时数值

　　变小；

　　设计，选型，替代注意：

　　1，器件常温时可提供功耗值；

　　2，高温过程变化曲线；

　　3，有必要计算产品在高温工作时光偶功耗值；

　　4，替代时考虑常温功耗，高温状态替代料是否优于原料。

　　结语

　　关于光藕的相关介绍就到这了，希望通过本文能让你对光藕有更全面的认识。

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