中心議題：

• 光電耦合器的性能特點
• 光電耦合器的選取原則
• 電路設計舉例

光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種由發光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現電→光→電信號的轉換
，並且輸入信號與輸出信號隔離。目前絕大多數的光耦輸入采用砷化镓紅外發光二極管

，輸出采用矽光電二極管、矽光電三極管及光觸發可控矽。因為峰值波長900～940nm的砷化镓紅外發光二極管能與矽光電器件的響應峰值波長相吻合，可獲得較高的信號傳輸效率。

並行接口又簡稱為“並口”，是一種增強了的雙向並行傳輸接口。所謂“並口”，是指8位數據同時通過並行線傳送，數據傳送速度大大提高，但並行傳送的線路長度受到限製。所謂“長線”是相對於數據的傳輸速度而言。例如
，數據傳輸速率為9600b／s時
，20m的電纜即可認為是長線。傳輸線長度增加，幹擾就會增加

，容易出錯，使信號無法遠距離傳輸。對傳輸線進行“隔離”和“浮地”處理，是解決上述問題的較好方法。采用光電隔離電路，可去掉數據交換的兩設備之間的公共地線，使兩設備電氣隔離翻。同時，在電→光→電信號的轉換中
，就光電耦合器件而言，隻要其輸入端有一定的電流，其輸出端就能輸出相應的數字信號。

因此
，邏輯電平的信號傳遞變成了固定的電流環中電流有否的狀態傳遞。適當增大電流(低阻傳輸)，使shi夾jia雜za在zai信xin號hao中zhong的de電dian氣qi噪zao聲sheng被bei完wan全quan限xian製zhi在zai所suo選xuan擇ze的de開kai關guan電dian流liu幅fu度du內nei
，即ji相xiang對dui弱ruo小xiao的de幹gan擾rao信xin號hao電dian流liu無wu法fa改gai變bian有you用yong信xin號hao電dian流liu的de有you無wu狀zhuang態tai
，就jiu可ke有you效xiao地di抑yi製zhi幹gan擾rao，提ti高gao信xin息xi傳chuan輸shu的de可ke靠kao性xing。並bing增zeng加jia數shu據ju的de傳chuan輸shu距ju離li。光guang耦ou合he器qi一yi般ban由you光guang的de發fa射she
、光的接收及信號放大組成。輸入的電信號驅動發光二極管(LED)，使之發出一定波長的光。被光探測器接收而產生光電流
，再經過進一步放大後輸出。就完成了電一光一電的轉換，從而起到輸入、輸出
、gelidezuoyong。youyuguangouheqishurushuchujianhuxianggeli
，dianxinhaochuanshujuyoudanxiangxingdengtedian，yinerjuyoulianghaodedianjueyuannenglihekangganraonengli。youyouyuguangouheqideshurenduanshuyudianliuxinggongzuodedizuyuanjian，yinerjuyouhenqiangdegongmoyizhinengli。suoyi，tazaichangxianxinxichuanshuzhongzuoweizhongduangeliyuanjiankeyidadatigaoxinzaobi。zaijisuanjishuzitongxinjishishikongzhizhongzuoweixinhaogelidejiekouqijian，kedadazengjiajisuanjigongzuodekekaoxing。

光電耦合器的性能特點

guangouheqidezhuyaoyoudianshidanxiangchuanshuxinhao

，shurenduanyushuchuduanwanquanshixianledianqigeli，kangganraonengliqiang，shiyongshoumingchang，chuanshuxiaolvgao。taguangfanyongyudianpingzhuanhuan
、信號隔離、級間隔離
、開關電路

、遠距離信號傳輸
、脈衝放大、固態繼電器(SSR)
、儀器儀表、通(tong)信(xin)設(she)備(bei)及(ji)微(wei)機(ji)接(jie)口(kou)中(zhong)。在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)，利(li)用(yong)線(xian)性(xing)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)可(ke)構(gou)成(cheng)光(guang)耦(ou)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)

，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)端(duan)電(dian)流(liu)來(lai)改(gai)變(bian)占(zhan)空(kong)比(bi)，達(da)到(dao)精(jing)密(mi)穩(wen)壓(ya)目(mu)的(de)。

光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR
、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極一發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極一發射極飽和壓降VCE(sat)，此外，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時問、延遲時間和存儲時間等參數。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比表示。當輸出電壓保持恒定時，其等於直流輸出電流IC與直流輸入電流，IF的百分比：CTR=IC／IF×100％。

采用一隻光敏三極管的光耦合器
，CTR的範圍為20％～300％(如4N35)，而PC817為80％～160％
，達林頓型光耦合器(如430)可達100％～5000％。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者隻需較小的輸入電流。
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光電耦合器的選取原則

在設計光耦光電隔離電路時必須正確選擇光耦合器的型號及參數
，選取原則如下：

(1)youyuguangdianouheqiweixinhaodanxiangchuanshuqijian
，erdianluzhongshujudechuanshushishuangxiangde，dianlubandechicunyaoqiuyiding，jiehedianlushejideshijiyaoqiu
，jiuyaoxuanzedanxinpianjichengduoluguangoudeqijian；

(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是不小於500％。因為當CTR<500％時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0mA)，才能保證信號在長線傳輸中不發生錯誤，這會增大光耦的功耗；

(3)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)也(ye)是(shi)選(xuan)取(qu)光(guang)耦(ou)必(bi)須(xu)遵(zun)循(xun)的(de)原(yuan)則(ze)之(zhi)一(yi)，光(guang)耦(ou)開(kai)關(guan)速(su)度(du)過(guo)慢(man)，無(wu)法(fa)對(dui)輸(shu)入(ru)電(dian)平(ping)做(zuo)出(chu)正(zheng)確(que)反(fan)應(ying)，會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

(4)推薦采用線性光耦。其特點是CTR值(zhi)能(neng)夠(gou)在(zai)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)做(zuo)線(xian)性(xing)調(tiao)整(zheng)。設(she)計(ji)中(zhong)由(you)於(yu)電(dian)路(lu)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)均(jun)是(shi)一(yi)種(zhong)高(gao)低(di)電(dian)平(ping)信(xin)號(hao)
，故(gu)此(ci)，電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)在(zai)非(fei)線(xian)性(xing)狀(zhuang)態(tai)。而(er)在(zai)線(xian)性(xing)應(ying)用(yong)中(zhong)
，因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)不(bu)失(shi)真(zhen)的(de)傳(chuan)輸(shu)，所(suo)以(yi)
，應(ying)根(gen)據(ju)動(dong)態(tai)工(gong)作(zuo)的(de)要(yao)求(qiu)，設(she)置(zhi)合(he)適(shi)的(de)靜(jing)態(tai)工(gong)作(zuo)點(dian)


，使(shi)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)在(zai)線(xian)性(xing)狀(zhuang)態(tai)。

通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，單(dan)芯(xin)片(pian)集(ji)成(cheng)多(duo)路(lu)光(guang)耦(ou)的(de)器(qi)件(jian)速(su)度(du)都(dou)比(bi)較(jiao)慢(man)，而(er)速(su)度(du)快(kuai)的(de)器(qi)件(jian)大(da)多(duo)都(dou)是(shi)單(dan)路(lu)的(de)，大(da)量(liang)的(de)隔(ge)離(li)器(qi)件(jian)需(xu)要(yao)占(zhan)用(yong)很(hen)大(da)布(bu)板(ban)麵(mian)積(ji)
，也(ye)使(shi)得(de)設(she)計(ji)的(de)成(cheng)本(ben)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)。在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)
，受(shou)電(dian)路(lu)板(ban)尺(chi)寸(cun)
、傳輸速度、設計成本等因素限製，無法選用速度上非常占優勢的單路光耦器件

，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4。

4TLP521-4簡介

光電隔離模塊TLP521-4(GB)是一款具有完整基極一發射極的性能優良的固定延時光電耦合器，它具有最優轉換速度、高溫性能等特點。該器件主要特性：電流轉換率為100％～500％
；隔離電壓為2500Vrms(min)；發射一接收電壓為55V(min)；泄漏電流為lOμA(max)(Ta=85℃)；最小轉換時間為42μs。

TLP52l-4(GB)的典型電路如圖1所示，具體的轉換時間參數見表1。由表1可知，TLP521_4(GB)最大傳輸延遲時間為42μs，係統需要在1ms內完成8gezijiededuhuoxie，zuidachuanshuyanchishijianyimanzudianluchuanshuyanchishijiandeshuiping，yinerzaichuanshusudushangwanquannenggoumanzuchangxianchuanshudeyaoqiu。tongguoduiqishuruduandekongzhi
，keshiguangouangongzuoxuyaodakaihuoguanbi。dangzaishurukongzhiduanjiagaodianpingshi，guangouzhengchanggongzuo。jiangshuruduanxinhaoouhedaoshuchuduan，erdangzaishurukongzhiduanjiadidianpingshi
，qishuchuduanjidianjikailusanjiguanjiezhi
，duiwaichenggaozutai。


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5電路設計

zaichangxianchuanshuzhong，zhengshiyinweidixiandejiaoliuzukangtexing，shidedixianchengledianluzhongshishishangdezuidazaoshengyuan。dixianzaochengganraodezhuyaoyuanyinshidixiancunzaizukang，dangdianliuliuguodixianshi，huizaidixianshangchanshengdianya，zhejiushidixianzaosheng。zaizhegedianyadequdongxia，huichanshengdixianhuanludianliu，xingchengdihuanluganrao。nanyufasonghejieshoushebeigongyongyiduandixian，huixingchenggonggongzukangouhe。caiyongguangdiangeliqiTLP521-4對發送和接收設備進行電氣隔離
，對於減小交流阻抗的作用十分明顯，進而增大傳輸電流，有效地抑製地線噪聲
；同時由於74LS244N的應用。總線驅動能力得到保障。圖2為光耦發送和接收電路示意圖。圖2中，上半部兩光耦自左向右傳輸信號
，下半部兩光耦自右向左傳輸信號，左端74LS244N通過靜態存儲器IDT7132與處理器進行數據交換，右端通過8255與處理器進行數據交換。

調試中，輸入周期為100μs

，占空比為1／2的+5V方波，對一路光耦的輸入端波形和經過20m長線後接收光耦的輸出端波形以及經過74LS244整形後的波形進行記錄。記錄結果如圖3所示。




congshurushuchuboxingdebijiaolaikan，dianlunengduishuruboxingzhongdiejiadezaoshengganraojuyoumingxiandeyizhizuoyong，shishuchuboxingbiandeguanghuaqiewending，tigaoleshuchuxinzaobi。suiranyouyuguangoudezhuanhuanshijianwenti，boxingdezhankongbifashengleweiliangbianhuan，danshiyouyudianlushurushuchujunshiyizhonggaodidianpingxinhao

，gubuyingxiangxinhaodezhengquechuanshu。

caiyongshangshufangfayingyongyubingkouchangxianchuanshudianlu
，nenggouzaibaochibingkouchuanshudesuduyoushiyijixitongjiegoububianshi，baozhengxinhaochuanshudezhunquexing。zaichangjulidebingkouchuanshuzhong，zhiyaoduiyuanlaiduanjulibingkoudianlushaojiagaidong，jiukeyibaozhengtongxinshuangfangdegaosugelibingjinxingtongxin
，yinerjuyoujiaodashiyongjiazhi。