光电耦合器在电老炼中老炼原理的研究

光电耦合器在电老炼中老炼原理的研究

吴晔程强

（上海航天技术研究院技术基础所201109）

1、概述

随着半导体技术和光电子的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件——光电耦合器。光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接受器件可分为有硅光敏器件、光敏可控硅和光敏集成电路。

2、光电耦合器的基本概念

光电偶合器件是把发光器件和光敏器件组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。

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。

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)光耦的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。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)光耦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)光耦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，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)光耦的回应速度极快，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。

3、光电耦合器的工作原理：

在光电耦合器输入端加电信号使发光二极管发光，光的强度取决于激励电流的大小，发出的光线经过绝缘介质，照射到封装在一起的单片硅光电探测器上，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，去控制其相应输出，实现了电—光—电的转换。由于输入部分用微处理器、逻辑门等低压电路去驱动发射器，而光探测器输出单元可能是DC高电压甚至是AC负载电路的一部分。在触发型耦合器情况，如施密特触发器(逻辑型)或三端双向晶闸管输出等，其效率意义：为了触发输出电路所需要的发射电流的数值。这叫做“正向触发电流”。

常用于反馈的光耦型号有TLP521等。TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。

通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。

常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。

图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚（相当于电压误差放大器的反向输入端）电压上升，3脚电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。

常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大（超过运放电流输出能力）时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。

常见的第4种接法，如图4所示。该接法与第2种接法类似，区别在于com端与光耦第4脚之间多接了一个电阻R4，其作用与第3种接法中的R6一致，其工作原理基本同接法2。

参考文献：

[1]GJB128《半导体分立器件试验方法》

[2]美军标MIL-STD-750《半导体器件试验方法》

[3]《现代高分子物理学》（莫志深编著）

[4]《可靠性试验》（刘明治编著）

[5]《常用元器件的识别与检测》（王学屯编著）