光耦的选型与应用Word文档格式.docx
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1、0v～1.5v认为是低电平，利用串接一个二极管1N4001的压降0.7V+光耦的LED的压降，吃掉1.4V左右；
2、24V是最高电压，不能在最高电压的时候，光耦通过的电流太大；
所以选用2K的电阻；
光耦工作在大概10mA的电流，可以保证稳定可靠工作n年以上；
3、3.5V以上是高电平，为了尽快进入光敏三极管的饱和区，要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大；
因此选用10K；
同时要考虑到ctr最小为50％；
电路：
1、发光管端：
实验室电源（0～24V）->
2K->
1N4001->
TLP521-1
（1）->
TLP521-1
（2）-gnd1
2、光敏三极管：
实验室电源（DC5V）->
10K->
TLP521-1（4）->
TLP521-1（3）-gnd2
3、万用表
直流电压挡20V
万用表+
->
TLP521-1（4）
万用表-
TLP521-1（3）
试验结果
输入电源
万用表电压（V）
1.3V
5
1.5V
4.8
1.7V
4.41
1.9V
3.58
2.1V
2.94
2.3V
1.8
2.5V
0.58
2.7V
0.2
2.9V
0.19
3.1V
0.17
3.3V
0.16
3.5V
5V
0.13
24V
0.06
思考题：
光耦的CTR（电流传输比）是什么含义？
1、光耦的CTR（电流传输比）是什么含义？
2、CTR与上拉电阻和光耦的光敏三极管之间与饱和导通或者截至之间的关系；
参考资料：
TLP521-1的CTR为50％（最小值）；
TLP521-1的长相
线性光耦原理与电路设计【转】
线性光耦原理与电路设计
来源：
21IC中国电子网
作者：
佚名
1.线形光耦介绍
光隔离是一种很常用的信号隔离形式。
常用光耦器件及其外围电路组成。
由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。
对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。
对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。
一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。
集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。
模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。
线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。
这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。
市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。
这里以HCNR200/201为例介绍
2.芯片介绍与原理说明
HCNR200/201的内部框图如下所示
其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。
1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。
输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即
K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。
在后面可以看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。
HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同,差别在于一些指标上。
相对于HCNR200,HCNR201提供更高的线性度。
采用HCNR200/201进行隔离的一些指标如下所示：
*线性度：
HCNR200：
0.25%,HCNR201：
0.05%;
*线性系数K3：
15%,HCNR201：
5%;
*温度系数：
-65ppm/oC;
*隔离电压：
1414V;
*信号带宽：
直流到大于1MHz。
从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离的是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。
下面对HCNR200/201的典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。
3.典型电路分析
Agilent公司的HCNR200/201的手册上给出了多种实用电路,其中较为典型的一种如下图所示：
图2
设输入端电压为Vin,输出端电压为Vout,光耦保证的两个电流传递系数分别为K1、K2,显然,,和之间的关系取决于和之间的关系。
将前级运放的电路提出来看,如下图所示：
设运放负端的电压为,运放输出端的电压为,在运放不饱和的情况下二者满足下面的关系：
Vo=Voo-GVi
（1）
其中是在运放输入差模为0时的输出电压,G为运放的增益,一般比较大。
忽略运放负端的输入电流,可以认为通过R1的电流为IP1,根据R1的欧姆定律得：
通过R3两端的电流为IF,根据欧姆定律得：
其中,为光耦2脚的电压,考虑到LED导通时的电压（）基本不变,这里的作为常数对待。
根据光耦的特性,即
K1=IP1/IF
（4）
将和的表达式代入上式,可得：
上式经变形可得到：
将的表达式代入（3）式可得：
考虑到G特别大,则可以做以下近似：
这样,输出与输入电压的关系如下：
可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由K3和R1、R2确定。
一般选R1=R2,达到只隔离不放大的目的。
4.辅助电路与参数确定
上面的推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内的,要想做到这一点需要对运放进行合理选型,并且确定电阻的阻值。
4.1运放选型
运放可以是单电源供电或正负电源供电,上面给出的是单电源供电的例子。
为了能使输入范围能够从0到VCC,需要运放能够满摆幅工作,另外,运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。
TI公司的LMV321单运放电路能够满足以上要求,可以作为HCNR200/201的外围电路。
4.2阻值确定
电阻的选型需要考虑运放的线性范围和线性光耦的最大工作电流IFmax。
K1已知的情况下,IFmax又确定了IPD1的最大值IPD1max,这样,由于Vo的范围最小可以为0,这样,由于
考虑到IFmax大有利于能量的传输,这样,一般取
另外,由于工作在深度负反馈状态的运放满足虚短特性,因此,考虑IPD1的限制,
这样,
R2的确定可以根据所需要的放大倍数确定,例如如果不需要方法,只需将R2=R1即可。
另外由于光耦会产生一些高频的噪声,通常在R2处并联电容,构成低通滤波器,具体电容的值由输入频率以及噪声频率确定。
4.3参数确定实例
假设确定Vcc=5V,输入在0-4V之间,输出等于输入,采用LMV321运放芯片以及上面电路,下面给出参数确定的过程。
*确定IFmax：
HCNR200/201的手册上推荐器件工作的25mA左右;
*确定R3：
R3=5V/25mA=200;
*确定R1：
;
*确定R2：
R2=R1=32K。
5.总结
本文给出了线性光耦的简单介绍以及电路设计、参数选择等使用中的注意事项与参考设计,并对电路的设计方法给出相应的推导与解释,供广大电子工程师参考。
在通讯电路设计中，光耦是经常见到的；
TLP521-1可以用到9600～19200；
限流电阻是1K；
上拉电阻是1K；
6N137可以到10M；
但是6N137需要按照datasheet来接它的外部电路才能达到10M的速度；
6N137的内部和典型电路
6N137的内部结构
还有一种特殊的光耦，内部有2个发光管
那么，DI+和DI-互换就无所谓了；
常见之高速光藕型号
常见之高速光藕型号[zt]
经查大量资料后，总结出目前市场上常见之高速光藕型号供大家选择：
100Kbit/S:
6N138、6N139、PS8703
1Mbit/S:
6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）
10Mbit/S:
6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）
另外，台湾COSMO公司的KP7010在RL选值为300欧左右时，我根据其数据手册所载数值计算，速率可达100Kbit/S，且为6脚封装，比同级的6N138、6N139小巧，价格也较低。
CTR的定义
光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比（CTR），其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率（ICE/IF）。
光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压。
可控硅型光耦
还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如：
moc3063、IL420；
它们的主要指标是负载能力；
moc3063的负载能力是100mA；
IL420是300mA；
光耦的部分型号
产品名称
型号规格
性能说明
光电耦合
4N25
晶体管输出
4N25MC
4N26
4N27
4N28
4N29
达林顿输出
4N30
4N31
4N32
4N33
4N33MC
4N35
4N36
4N37
4N38
4N39
可控硅输出
6N135
高速光耦晶体管输出
6N136
6N137
6N138
6N139
MOC3020
可控硅驱动输出
MOC3021
MOC3023
MOC3030
MOC3040
过零触发可控硅输出
MOC3041
MOC3061
MOC3081
TLP521-1
单光耦
TLP521-2
双光耦
TLP521-4
四光耦
TLP621
TIL113
TIL117
TTL逻辑输出
PC814
PC817
H11A2
H11D1
高压晶体管输出
H11G2
电阻达林顿输出
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常用光耦
57:
一、光电耦合器的种类较多,但在家电电路中,常见的只有4种结构:
1.第一类,为发光二极管与光电晶体管封装的光电耦合器,结构为双列直插4引脚塑封,内部电路见表一,主要用于开关电源电路中。
2.第二类,为发光二极管与光电晶体管封装的光电耦合器,主要区别引脚结构不同,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,也用于开关电源电路中。
3.第三类,为发光二极管与光电晶体管（附基极端子）封装的光电耦合器,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,主要用于AV转换音频电路中。
4.第四类,为发光二极管与光电二极管加晶体管（附基极端子）封装的光电耦合器,结构为双列直插6引脚塑封,内部电路见表一,主要用于AV转换视频电路中。
表1
类别
型
号
内部电路
第
一
类
PC817PC818PC810PC812
PC502LTV817TLP521-1
TLP621-1ON3111OC617
PS2401-1GIC5102
二
TLP632TLP532TLP519
TLP509PC504PC614PC714PS208BPS2009B
PS2018PS2019
三
TLP503TLP508TLP531
PC6134N254N264N27
4N284N354N364N37
TIL111TIL112TIL114
TIL115TIL116TIL117
TLP631TLP535
四
TLP551TLP651TLP751
PC618PS2006B6N135
二、光电耦合器的检测方法（不在路时）:
1.电阻检测法（见表2）
2.加电检测法,在光电耦合器的初级,即第1~3类的①~②脚间或第4类
的②~③脚间加上+5V电压,电源电流限制在35mA左右,可在+5V电源正极串一支150Ω1/2W的限流电阻。
加电用RX1K档测次级正向电阻,即第1类的③~④脚间,即第2~3类的④~⑤脚间,即第4类的⑦~⑧脚间的正向电阻,一般在30Ω~100Ω之间为正常,偏差太大为损坏。
测量上述引脚间的反向电阻为无穷大,如偏小则为漏电或击穿。
三、光电耦合器的代换:
本类间所有型号均可直接互换,第1类与第2类可以代换,但需对应其相同引脚功能接入。
第3类可以代换第1~2类,选择功能相同引脚接入即可,无用引脚可不接。
但第1~2类不可以代换第3类。
例:
用PC817代换TLP632时,PC817的①②脚对应接入TLP632的①②脚,PC817的③脚对应接入TLP632的④脚,PC817的④脚对应接入TLP632的⑤脚即可。
如用4N35代TLP632时,可直接接入原TLP632的位置,4N35的⑥不用。
表2
引脚
①~②
④~③
正向
45~60Ω
300K
500K
反向
∞
⑤~④
⑥~④
⑥~⑤
45~50Ω
22~34Ω
18~32Ω
②~③
⑦~⑤
⑦~⑥
⑧~⑦
250~350Ω
32~45Ω
30~40Ω
用数字万用表测量光耦传输特性简法
湖北
叶启明
光电耦合器由发光二极管和受光三极管封装组成。
如光电耦合器４Ｎ２５，采用ＤＩＰ－６封装，共六个引脚，①、②脚分别为阳、阴极，③脚为空脚，④、⑤、⑥脚分别为三极管的ｅ、ｃ、ｂ极。
以往用万用表测光耦时，只分别检测判断发光二极管和受光三极管的好坏，对光耦的传输性能未进行判断。
这里以光耦４Ｎ２５为例，介绍一种测量光耦传输特性的方法。
１．判断发光二极管好坏与极性：
用万用表Ｒ×
１ｋ挡测量二极管的正、负向电阻，正向电阻一般为几千欧到几十千欧，反向电阻一般应为∞。
测得电阻小的那次，红笔接的是二极管的负极。
２．判断受光三极管的好坏与放大倍数：
将万用表开关从电阻挡拨至三极管ｈＦＥ挡，使用ＮＰＮ型插座，将Ｅ孔连接④脚发射极，Ｃ孔连接⑤脚集电极，Ｂ孔连接⑥脚基极，显示值即为三极管的电流放大倍数。
一般通用型光耦ｈＦＥ值为一百至几百，若显示值为零或溢出为∞，则表明三极管短路或开路，已损坏。
３．光耦传输特性的测量：
测试具体接线见下图，将数字万用表开关拨至二极管挡位，黑笔接发射极，红笔接集电极，⑥脚基极悬空。
这时，表内基准电压２．８Ｖ经表内二极管挡的测量电路，加到三极管的ｃ、ｅ结之间。
但由于输入二极管端无光电信号而不导通，液晶显示器显示溢出符号。
当输入端②脚插入Ｅ孔，①脚插入Ｃ孔的ＮＰＮ插座时，表内基准电源２．８Ｖ经表内三极管ｈＦＥ挡的测量电路，使发光二极管发光，受光三极管因光照而导通，显示值由溢出符号瞬间变到１８８的示值。
当断开①脚阳极与Ｃ孔的插接时，显示值瞬间从１８８示值又回到溢出符号。
不同的光耦，传输特性与效率也不相同，可选择示值稍小、显示值稳定不跳动的光耦应用。
由于表内多使用９Ｖ叠层电池，故给输入端二极管加电的时间不能过长，以免降低电池的使用寿命及测量精度，可采用断续接触法测量。
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