半导体“电—光—电”转换器件,光电耦合器简介

作者 张晓东 来源 《无线电》杂志
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发布时间 2010-12-22

半导体“电—光—电”转换器件,光电耦合器简介

光电耦合器(简称光耦)是一种以光作为媒介、把输入端的电信号耦合到输出端去的新型半导体“电—光—电”转换器件。换句话讲,它具有把电子信号转换成为相应变化规律的光学信号、然后又重新转换成为变化规律相同的电信号的单向传输功能,并且能够有效地隔离噪声和抑制干扰,实现输入与输出之间的电绝缘。这种信号传递方式是所有采用变压器和电磁继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。

半导体“电—光—电”转换器件,光电耦合器简介

半导体“电—光—电”转换器件,光电耦合器简介

图1 光电耦合器构成图

光电耦合器的优点是单向传输信号、输入端与输出端在电气上完全隔离、输出信号对输入端无影响、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、体积小、使用寿命长、传输效率高等,因而在隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等电路中得到了越来越广泛的应用。目前,光电耦合器已发展成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

1. 结构及特点

光电耦合器由组装在同一密闭壳体内的半导体发光源和光接收器两部分组成,其结构如图1(a)所示。发光源多为发光二极管,光接收器可以是光敏晶体管,也可以是光敏场效应管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。发光源和光接收器彼此相对并用透明绝缘材料隔离,发光源引出的管脚为输入端,光接收器引出的管脚为输出端。当按照图1(b)所示,在输入端加上电信号时,发光二极管发光,与之相对应的光接收器由于光敏效应而产生光电流,并由输出端输出,从而实现了以“光” 为媒介的电信号单向传输,而器件的输入和输出两端在电气上是完全保持绝缘的。

光电耦合器的主要特点是:输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般都大于1010Ω,耐压一般可超过1.5kV,有的甚至可以达到10kV以上;由于“光” 传输的单向性,所以信号从光源传输到光接收器时不会出现反馈现象,其输出信号也不会影响输入端。此外,光电耦合器能够很好地抑制干扰并消除噪声,其响应速度快(时间常数通常在微秒甚至毫微秒级)、无触点、寿命长、体积小、耐冲击、容易和逻辑电路配合,这使得它的应用很广泛。例如,在计算机数位通信及即时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加其工作之可靠性;在单片开关电源中,利用线性光电耦合器可构成光耦回馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压的目的。

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