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的器件，光電耦合器的特點是可實現(xiàn)電信號的隔離傳輸，它可以傳輸交流信號，又可以傳輸直流信號，以實現(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、壽命長、體積小和質(zhì)量小的優(yōu)點，在電子行業(yè)使用范圍非常廣泛。下面通過實例，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，由于測控系統(tǒng)與被測和被控設(shè)備之間不可避免地要進行長線傳輸，信號在傳輸過程中很易受到干擾，導(dǎo)致傳輸信號發(fā)生畸變或失真;另外，在通過較長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，對電路形成差模干擾電壓。為確保長線傳輸?shù)目煽啃裕刹捎霉怆婑詈细綦x措施，將2個電路的電氣連接隔開，切斷可能形成的環(huán)路，使他們相互獨立，提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。若傳輸線較長，現(xiàn)場干擾嚴(yán)重，可通過兩級光電耦合器將長線完全“浮置”起來。

　　傳輸長線的光耦浮置處理

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

　　功率驅(qū)動電路中的光電隔離控制

　　在微機控制系統(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)過微機的I/O輸出，而I/O的驅(qū)動能力有限，一般不足以驅(qū)動一些點磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動介面電路，為避免微機受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機控制信號與可控硅觸發(fā)電路進行隔離。電路實例如圖所示。

　　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)動電流，功率管的開關(guān)控制信號和大功率管之間需隔離放大級。在光耦隔離級—放大器級—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)動功率小、動作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。圖3所示是一個光電耦合器用作固體繼電器的實際電路圖，它的左半部分電路可用于將輸入的電信號Vi變成光電耦合器內(nèi)發(fā)光二極管發(fā)光的光信號;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還原成電信號，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)動電流在8～20mA之間。在實際使用中，由于它沒有一般電磁繼電器常見的實際接點，因此不存在接觸**和燃弧打火等現(xiàn)象，也不會因受外力或機械沖擊而引起誤動作。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竊用或電話機被盜用通話，可以利用光電耦合器來設(shè)計一個簡單實用的電話保安電路，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，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，兩級放大器之間常用音頻變壓器作耦合。這種耦合的缺點是會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。當(dāng)輸入信號Vi經(jīng)三極管BG1、BG2前級放大之后，驅(qū)動光電耦合器左邊的LED發(fā)光，并被右邊的光敏管全部吸收并轉(zhuǎn)換成電信號，此信號經(jīng)后級電路BG3放大，并由該管的發(fā)射極通過電容器C3后輸出一個不失真的放大信號V0。由于該電路將前后兩級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。同時由于該電路還具有消噪功能，因此避免了信號的失真。整個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。