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)
，shijiazazaixinhaozhongdedianqizaoshengbeiwanquanxianzhizaisuoxuanzedekaiguandianliufudunei，jixiangduiruoxiaodeganraoxinhaodianliuwufagaibianyouyongxinhaodianliudeyouwuzhuangtai，jiukeyouxiaodiyizhiganrao，tigaoxinxichuanshudekekaoxing。bingzengjiashujudechuanshujuli。guangouheqiyibanyouguangdefashe
、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

、隔ge離li的de作zuo用yong。由you於yu光guang耦ou合he器qi輸shu入ru輸shu出chu間jian互hu相xiang隔ge離li
，電dian信xin號hao傳chuan輸shu具ju有you單dan向xiang性xing等deng特te點dian，因yin而er具ju有you良liang好hao的de電dian絕jue緣yuan能neng力li和he抗kang幹gan擾rao能neng力li。又you由you於yu光guang耦ou合he器qi的de輸shu人ren端duan屬shu於yu電dian流liu型xing工gong作zuo的de低di阻zu元yuan件jian
，因yin而er具ju有you很hen強qiang的de共gong模mo抑yi製zhi能neng力li。所suo以yi，它ta在zai長chang線xian信xin息xi傳chuan輸shu中zhong作zuo為wei終zhong端duan隔ge離li元yuan件jian可ke以yi大da大da提ti高gao信xin噪zao比bi。在zai計ji算suan機ji數shu字zi通tong信xin及ji實shi時shi控kong製zhi中zhong作zuo為wei信xin號hao隔ge離li的de接jie口kou器qi件jian，可ke大da大da增zeng加jia計ji算suan機ji工gong作zuo的de可ke靠kao性xing。

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CTRzhinenggouzaiyidingfanweineizuoxianxingtiaozheng。shejizhongyouyudianlushurushuchujunshiyizhonggaodidianpingxinhao，guci，dianlugongzuozaifeixianxingzhuangtai。erzaixianxingyingyongzhong
，yinweixinhaobushizhendechuanshu
，suoyi，yinggenjudongtaigongzuodeyaoqiu，shezhiheshidejingtaigongzuodian
，shidianlugongzuozaixianxingzhuangtai。

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8個(ge)字(zi)節(jie)的(de)讀(du)或(huo)寫(xie)
，最(zui)大(da)傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲(chi)時(shi)間(jian)已(yi)滿(man)足(zu)電(dian)路(lu)傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲(chi)時(shi)間(jian)的(de)水(shui)平(ping)，因(yin)而(er)在(zai)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)上(shang)完(wan)全(quan)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)的(de)要(yao)求(qiu)。通(tong)過(guo)對(dui)其(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)控(kong)製(zhi)，可(ke)使(shi)光(guang)耦(ou)按(an)工(gong)作(zuo)需(xu)要(yao)打(da)開(kai)或(huo)關(guan)閉(bi)。當(dang)在(zai)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)端(duan)加(jia)高(gao)電(dian)平(ping)時(shi)，光(guang)耦(ou)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。將(jiang)輸(shu)入(ru)端(duan)信(xin)號(hao)耦(ou)合(he)到(dao)輸(shu)出(chu)端(duan)，而(er)當(dang)在(zai)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)端(duan)加(jia)低(di)電(dian)平(ping)時(shi)

，其(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)集(ji)電(dian)極(ji)開(kai)路(lu)三(san)極(ji)管(guan)截(jie)止(zhi)
，對(dui)外(wai)呈(cheng)高(gao)阻(zu)態(tai)。


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5電路設計

在zai長chang線xian傳chuan輸shu中zhong，正zheng是shi因yin為wei地di線xian的de交jiao流liu阻zu抗kang特te性xing
，使shi得de地di線xian成cheng了le電dian路lu中zhong事shi實shi上shang的de最zui大da噪zao聲sheng源yuan。地di線xian造zao成cheng幹gan擾rao的de主zhu要yao原yuan因yin是shi地di線xian存cun在zai阻zu抗kang
，當dang電dian流liu流liu過guo地di線xian時shi

，會hui在zai地di線xian上shang產chan生sheng電dian壓ya，這zhe就jiu是shi地di線xian噪zao聲sheng。在zai這zhe個ge電dian壓ya的de驅qu動dong下xia，會hui產chan生sheng地di線xian環huan路lu電dian流liu，形xing成cheng地di環huan路lu幹gan擾rao。南nan於yu發fa送song和he接jie收shou設she備bei共gong用yong一yi段duan地di線xian，會hui形xing成cheng公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he。采cai用yong光guang電dian隔ge離li器qiTLP521-4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。




從cong輸shu入ru輸shu出chu波bo形xing的de比bi較jiao來lai看kan，電dian路lu能neng對dui輸shu入ru波bo形xing中zhong疊die加jia的de噪zao聲sheng幹gan擾rao具ju有you明ming顯xian的de抑yi製zhi作zuo用yong，使shi輸shu出chu波bo形xing變bian得de光guang滑hua且qie穩wen定ding，提ti高gao了le輸shu出chu信xin噪zao比bi。雖sui然ran由you於yu光guang耦ou的de轉zhuan換huan時shi間jian問wen題ti
，波bo形xing的de占zhan空kong比bi發fa生sheng了le微wei量liang變bian換huan，但dan是shi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不bu影ying響xiang信xin號hao的de正zheng確que傳chuan輸shu。

采(cai)用(yong)上(shang)述(shu)方(fang)法(fa)應(ying)用(yong)於(yu)並(bing)口(kou)長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)電(dian)路(lu)，能(neng)夠(gou)在(zai)保(bao)持(chi)並(bing)口(kou)傳(chuan)輸(shu)的(de)速(su)度(du)優(you)勢(shi)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)不(bu)變(bian)時(shi)
，保(bao)證(zheng)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。在(zai)長(chang)距(ju)離(li)的(de)並(bing)口(kou)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)，隻(zhi)要(yao)對(dui)原(yuan)來(lai)短(duan)距(ju)離(li)並(bing)口(kou)電(dian)路(lu)稍(shao)加(jia)改(gai)動(dong)，就(jiu)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)通(tong)信(xin)雙(shuang)方(fang)的(de)高(gao)速(su)隔(ge)離(li)並(bing)進(jin)行(xing)通(tong)信(xin)，因(yin)而(er)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)實(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)。