貼片式光電耦合器研究與應用

目前極大多數(shù)的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，輸出部分采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅。這是因為峰值波長900～940nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅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。

光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種發(fā)光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現(xiàn)電—光—電信號的變換，并且輸入信號與輸出信號是隔離的。
光耦的結(jié)構(gòu)　　
　光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(剖面)如圖1所示。光耦輸入部分大都是紅外發(fā)光二極管，輸出部分有不同的光敏器件，如圖2所示。

　這里要說明的是，圖2(c)的輸入部分有兩個背對背的紅外發(fā)光二極管，它用于交流輸入的場合；圖2(d)采用達林頓輸出結(jié)構(gòu)，它可使輸出獲得較大的電流；圖2(e)、2(f)的輸出由光觸發(fā)雙向可控硅組成，它們主要用來驅(qū)動交流負載。圖2(e)與圖2(f)的差別是圖2(f)有過零觸發(fā)控制(圖中的“ZC”即“過零”的意思)，而圖2(e)沒有過零觸發(fā)控制電路。

基本電路　　
　光耦的基本電路如圖3所示。圖3(a)的負載電阻RL接在發(fā)射極及地之間，圖3(b)的負載電阻RL接在電源Vdd與集電極之間。
　在圖3(a)中，輸入端加上Vcc電壓，經(jīng)限流電阻Rin后，有一定的電流IF流經(jīng)紅外發(fā)光二極管，IF與Vcc、發(fā)光二極管的正向壓降VF及Rin的關(guān)系為：IF=(Vcc-VF)/Rin。式中的VF取1.3V。IF的最大值由資料給出(一般工作時IF≤10mA)。

　發(fā)光二極管發(fā)光后，光電三極管導通，集電極電流Ic由Vdd經(jīng)光電三極管流過RL到地，使輸出電壓Vout=Ic×RL(或Vout=Vdd-VCE，VCE為光電三極管的管壓降)。
　圖3(b)的工作原理與圖3(a)相同，不再重復。圖3中輸入、輸出也可用各自的地。
　從圖3(a)可以看出；輸入端不加Vcc電壓，輸出端Vout=0V，輸入端加了Vcc電壓，負載得電，這個功能相當于“繼電器”。如果在輸入端加幅值為5V的脈沖(如圖4所示)，輸出端Vdd=12V，RL=10kΩ，則輸出的脈沖幅值接近12V，從這功一能來看，相當于“變壓器”；若輸入電壓從0躍變到+5V，輸出則從0躍變到接近12V，它又可用作電平轉(zhuǎn)換。