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光电耦合器件的原理及应用 摘要 本文就国内外光电耦合器的封装结构及其关键技术展开评述，介绍这类器件的性能。特点、封装结构类型、关键技术、发展趋势，从实际应用出发，注重器件本身的物理结构和生产制造技术。 关键词：封装；光电耦合器；光电器件；应用 光电耦合器是一种光电结合的新型器件。光电祸合器件制作工艺发展很快, 新的光电耦合器件不断出现。因为光电耦合器件有其它电子器件不具备的性能, 因此它被广泛地应用于计量仪器、精密仪器、过程控制、计算机系统、通信设备、医疗设备及家用电器中。随着工艺技术的不断提高, 可望将有更高集成水平、更大工作电流、更高工作速度、原副边耐压更高的光电耦合器件出现。光电耦合器件有更广泛的应用前景, 它将会替代一些与之相比性能较差的电子器件。 光电耦合器的结构特点和特点 光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内, 然后利用发光器件的管脚作输入端, 而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时,发光器件发光。这样,光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输, 而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体光电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。 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。 ????????????????? 图一 最常用的光电耦合器之内部结构图 三极管接收型? 4脚封装 ??????????????????????????? 图二 光电耦合器之内部结构图 三极管接收型? 6脚封装 图三 光电耦合器之内部结构图 双发光二极管输入 三极管接收型 4脚封图四 光电耦合器之内部结构图 可控硅接收型? 6脚封装 图五 光电耦合器之内部结构图 双二极管接收型? 6脚封装 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。微机介面电路中的光电隔离微机有多个输入埠，接收来自远处现场设备传来的状态信号，微机对这些信号处理后，输出各种控制信号去执行相应的操作。在现场环境较恶劣时，会存在较大的杂讯干扰，若这些干扰随输入信号一起进入微机系统，会使控制准确性降低，产生误动作。因而，可在微机的输入和输出端，用光耦作介面，对信号及杂讯进行隔离。典型的光电耦合电路如图6所示。该电路主要应用在“A／D转换器”的数位信号输出，及由CPU发出的对前向通道的控制信号与类比电路的介面处，从而实现在不同系统间信号通路相联的同时，在电气通路上相互隔离，并在此基础上实现将类比电路和数位电路相互隔离，起到抑制交叉串扰的作用。 图六 光电耦合器接线原理对于线性类比电路通道，要求光电耦合器必须具有能够进行线性变换和传输的特性，或选择对管，采用互补电路以提高线性度，或用V／F变换后再用数位光耦进行隔离。功率驱动电路中的光电隔离在微机控制系统中，大量应用的是开关量的控制，这些开关量一般经过微机的I／O输出，而I／O的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动介面电路，为避免微机受到干扰，须采取隔离措施。如可控硅所在的主电路一般是交流强电回路，电压较高，电流较大，不易与微机直接相连，可应用光耦合器将微机控制信号与可控硅触发电路进行隔离。电路实例如图7所示。 图七 双向可控硅（晶闸管）在马达控制电路中，也可采用光耦来把控制电路和马达高压电路隔离开。马达靠MOSFET或