淺析光電耦合器在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的器件，光電耦合器的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔離傳輸，它可以傳輸交流信號(hào)，又可以傳輸直流信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)“光-電-光”的轉(zhuǎn)化。光電耦合器具有傳輸效率高、隔離度好、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、體積小和質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)，在電子行業(yè)使用范圍非常廣泛。下面通過實(shí)例，我們一起來了解光電耦合器在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。

　　一、光電耦合器的應(yīng)用

　　遠(yuǎn)距離的光電隔離傳送

　　在電腦應(yīng)用系統(tǒng)中，由于測(cè)控系統(tǒng)與被測(cè)和被控設(shè)備之間不可避免地要進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，信號(hào)在傳輸過程中很易受到干擾，導(dǎo)致傳輸信號(hào)發(fā)生畸變或失真;另外，在通過較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，常因設(shè)備間的地線電位差，導(dǎo)致地環(huán)路電流，對(duì)電路形成差模干擾電壓。為確保長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃裕刹捎霉怆婑詈细綦x措施，將2個(gè)電路的電氣連接隔開，切斷可能形成的環(huán)路，使他們相互獨(dú)立，提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。若傳輸線較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，可通過兩級(jí)光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來。

　　傳輸長(zhǎng)線的光耦浮置處理

　　長(zhǎng)線的“浮置”去掉了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效消除了各電路的電流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生雜訊電壓形成相互竄擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問題;同時(shí)，受控設(shè)備短路時(shí)，還能保護(hù)系統(tǒng)不受損害。

　　功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離控制

　　在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用的是開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量一般經(jīng)過微機(jī)的I/O輸出，而I/O的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不足以驅(qū)動(dòng)一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動(dòng)介面電路，為避免微機(jī)受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。電路實(shí)例如圖所示。

　　雙向可控硅(晶閘管)

　　在馬達(dá)控制電路中，也可采用光耦來把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。馬達(dá)靠MOSFET或IGBT功率管提供驅(qū)動(dòng)電流，功率管的開關(guān)控制信號(hào)和大功率管之間需隔離放大級(jí)。在光耦隔離級(jí)—放大器級(jí)—大功率管的連接形式中，要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑制。

　　二、光電耦合器的特殊應(yīng)用

　　1、用作固體繼電器

　　采用光電耦合器作固體繼電器具有體積小、耦合密切、驅(qū)動(dòng)功率小、動(dòng)作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。圖3所示是一個(gè)光電耦合器用作固體繼電器的實(shí)際電路圖，它的左半部分電路可用于將輸入的電信號(hào)Vi變成光電耦合器內(nèi)發(fā)光二極管發(fā)光的光信號(hào);而右半部分電路則通過光電耦合器內(nèi)的光敏三極管再將光信號(hào)還原成電信號(hào)，所以這是一種非常好的電光與光電聯(lián)合轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅(qū)動(dòng)電流在8～20mA之間。在實(shí)際使用中，由于它沒有一般電磁繼電器常見的實(shí)際接點(diǎn)，因此不存在接觸**和燃弧打火等現(xiàn)象，也不會(huì)因受外力或機(jī)械沖擊而引起誤動(dòng)作。所以，它的性能比較可靠，工作十分穩(wěn)定。

　　2.光電耦合器在電話保安裝置中應(yīng)用

　　為了防止電話線路被并機(jī)竊用或電話機(jī)被盜用通話，可以利用光電耦合器來設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的電話保安電路，由VD1～VD4組成極性轉(zhuǎn)換電路。由于在將本保安器接入電話線路中時(shí)，不需要分清電話線路反饋電壓的極性，因此，使用該保安器可以給安裝帶來很大的方便。

　　3.用光電耦合器代替音頻變壓器

在線性電路中，兩級(jí)放大器之間常用音頻變壓器作耦合。這種耦合的缺點(diǎn)是會(huì)在變壓器鐵芯片中損耗掉一部分功率，并可能造成某些失真。而如果選用光電耦合器來代替音頻變壓器就可以克服上述這些缺點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)Vi經(jīng)三極管BG1、BG2前級(jí)放大之后，驅(qū)動(dòng)光電耦合器左邊的LED發(fā)光，并被右邊的光敏管全部吸收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)后級(jí)電路BG3放大，并由該管的發(fā)射極通過電容器C3后輸出一個(gè)不失真的放大信號(hào)V0。由于該電路將前后兩級(jí)放大器之間完全隔離，因而杜絕了地環(huán)路可能引起的干擾。同時(shí)由于該電路還具有消噪功能，因此避免了信號(hào)的失真。整個(gè)電路的總增益可望達(dá)到20dB以上，帶寬約120kHz。

            光電耦合器（光電耦合電路）的主要作用是隔離傳輸和隔離控制，另外，光電耦合器還可以用作繼電器、代替音頻變壓器等。