耦合器以光为媒介传输电信号

 MOS管     |      2019-03-25 10:54

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  本文主要是关于光藕的相关介绍,并着重对光藕的好坏判断及其设计进行了详尽的阐述。

  耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件,因而具有很强的共模抑制能力。所以,它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件,可以大大增加计算机工作的可靠性。

  光耦有四脚的,六脚的,八脚的。在发现产品故障的时候,我们如何判别光耦的好坏呢?下面我对此作了一下实验。其中电路如下:

  在1,2两脚穿接一个LED灯并连上低压电源。在另一端量测电阻值,有值。断开电源后无穷大则代表光耦是好的。否则是坏的。

  用两个万用表测量阻值,先在1,2脚一段测量并且不松开表笔,有阻值则红表笔接的是光耦1脚(二极管正极),阻值998欧。此时再用另一万用表测量3,4脚,有值则4脚接的是红表笔。阻值为278欧。则光耦是好的。

  光耦的原理是在输入端导通时,内部产生强光给内部三极管(可以想象为NPN型三极管)使之导通。注意输出端要有上拉电压才能保证信号传输。

  NEC是单向传递的。在双向传输电路中我们得注意分析信号传输方向,确保光耦安装准确。

  6脚光耦和和68脚光耦类似,只是去掉和8脚光耦光耦1脚和8脚。使用6脚光耦代替8脚光耦时把6脚光耦1脚当2脚用,其他脚类推加一。

  用DC5V电源,经过一个电阻衰减,一个按键,接入光耦输入其中一端,另一端接地,光耦输出端一端经上拉电阻接+5V,另一端接LED显示,LED-接地即可。

  1、比较法拆下怀疑有问题的光耦,用万用表测量其内部二极管、三极管的正反向电阻值,用其与好的光耦对应脚的测量值进行比较,若阻值相差较大,则说明光耦已损坏。

  2、数字万用表检测法下面以EL817光耦检测为例来说明数字万用表检测的方法。检测时将光耦内接二极管的+端{1}脚和-端{2}脚分别插入数字万用表的Hfe 的c、e插孔内,此时数字万用表应置于NPN挡;然后将光耦内接光电三极管C极{5}脚接指针式万用表的黑表笔,e极{4}脚接红表笔,并将指针式万用表拨在RX1k挡。这样就能通过指针式万用表指针的偏转角度——实际上是光电流的变化,来判断光耦的情况。指针向右偏转角度越大,说明光耦的光电转换效率越高,即传输比越高,反之越低;若表针不动,则说明光耦已损坏。

  3、光电效应判断法仍以EL817光耦合器的检测为例,检测电路如图2所示。将万用表置于RX1k电阻挡,两表笔分别接在光耦的输出端{4}、{5}脚;然后用一节1.5V的电池与一只50~100Ω的电阻串接后,电池的正极端接EL817的{1}脚,负极端碰接{2}脚,或者正极端碰接{1}脚,负极端接{2}脚,这时观察接在输出端万用表的指针偏转情况。如果指针摆动,说明光耦是好的,如果不摆动,则说明光耦已损坏。万用表指针摆动偏转角度越大,表明光电转换灵敏度越高。

  常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例,介绍这类光耦的特性。图2-1所示为光耦内部结构图以及引脚图。

  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。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈,因此在环境温度变化剧烈的场合,由于放大系数的温漂比较大,应尽量不通过光耦实现反馈。此外,使用这类光耦必须注意设计外围参数,使其工作在比较宽的线性带内,否则电路对运行参数的敏感度太强,不利于电路的稳定工作。

  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2.5 V的电压误差放大器(输出的电压进行误差放大比较,然后将取样电压经过光电偶合器反馈控制脉宽占空比,达到稳定电压的目的),所以在其1脚与3脚之间,要接补偿网络。

  TL431是由德州仪器生产的可控精密稳压源,实物如图2-3所示。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中用它代替稳压二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,开关电源等。图2-2所示为TL431引脚排列与使用连线图。

  常见的光耦反馈第1种接法。Vo为输出电压,Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚。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2-3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(相当于电压误差放大器的输出脚) 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。

  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。因此,采用这种接法的电路,一定要把PWM(脉冲宽度调制)芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上,且必须是同向端电位高于反向端电位,使误差放大器初始输出电压为高。

  图2-3所示接法的工作原理是:当输出电压升高时,原边电流If增大,输出电流Ic增大,由于Ic已经超过了电压误差放大器的电流输出能力,com脚电压下降,占空比减小,输出电压减小;反之,当输出电压下降时,调节过程类似。

  常见的第3种接法,如图2-4所示。与第一种基本相似,不同之处在于多了一个电阻R6,该电阻的作用是对TL431额外注入一个电流,避免TL431因注入电流过小而不能正常工作。实际上如适当选取电阻值R3,电阻R6可以省略。调节过程基本上同1接法一致。

  常见的第4种接法,如图2-4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。

  反馈方式1、3适用于任何占空比(接通时间与周期之比)情况,而反馈方式2、4比较适合于在占空比比较小的场合使用。