光電耦合元件簡介

光電耦合元件可分為類比與數(shù)位兩種，主要由光發(fā)射器和光偵測器組成。兩種元件通常會整合到同一個封裝，但它們之間除了光束之外不會有任何電氣或?qū)嶓w連接。

光電耦合元件的光發(fā)射器大都是發(fā)光二極管(LED)，光偵測器的種類比較多，但多半由光電二極管或光晶體管擔任。

光耦合器一般由三部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸資訊中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在電腦數(shù)位通信及即時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加其工作之可靠性。

光電耦合元件廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)位儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機電接口中。

在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦回饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。

晶體管耦合器:具有較高的換能效率，高耐壓性，低輸入驅(qū)動能力

高速集成電路輸出耦合器:它有提供高速集成光能力的接收元件，速度為1-10兆赫茲。

三端雙向可控硅耦合器:這種類型的耦合器主要用來控制AC載荷，例如發(fā)動機和螺線管。

光控繼電器:能轉(zhuǎn)換類比信號，因為在一個輸出處里裝配一個MOSFET，有線性輸出特征。

經(jīng)典案例可以說明信號隔離的重要性：某大型公司的生產(chǎn)線調(diào)試中?？刂葡到y(tǒng)的信號輸入板有八個通道，八個通道共用一個A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過變換后，由光電耦合元件實現(xiàn)與主機電路的隔離。但它的八個通道輸入之間并沒有隔離，八個通道輸入信號每個單獨接入控制系統(tǒng)均正常，接入多于兩個外部信號時，控制系統(tǒng)顯示數(shù)字亂跳，故障無法排除。

又如某鍋爐控制系統(tǒng)檢測鍋爐各點溫度，使用K分度熱電偶作為傳感器，同上述相似，僅檢測一點均正常，但是向控制系統(tǒng)接入兩點以上熱電偶時，控制系統(tǒng)顯示的溫度明顯錯誤。

原因如下：兩個現(xiàn)場儀表(A,B)向控制系統(tǒng)傳送信號以及控制系統(tǒng)向兩臺現(xiàn)場儀表發(fā)出信號。假定傳送的均為1～5VDC信號。理想情況，控制系統(tǒng)及兩個現(xiàn)場儀表“地”電位完全相等，傳送過程中又沒有其他干擾，從控制系統(tǒng)輸入來看，接收的信號正確。但實際上現(xiàn)場儀表不可能做到地電位完全相等，通常存在“地”電位差，若A儀表“地”與控制系統(tǒng)"地"同電位，B儀表比它們的“地”電位高0.1V，A儀表傳送給控制系統(tǒng)的信號為1～5VDC，而B儀表傳送給控制系統(tǒng)的信號則為1.1～5.1VDC，這樣控制系統(tǒng)的誤差就產(chǎn)生了。同時A、B儀表的“地”線在控制系統(tǒng)處匯合聯(lián)接。將0.1V電壓加在控制系統(tǒng)的地線上，有可能損壞控制系統(tǒng)的局部器件，同時在控制系統(tǒng)上顯示錯誤數(shù)據(jù)。由此引起了上述現(xiàn)場調(diào)試中出現(xiàn)的問題，這兩種情況在接入隔離器后均完全正常。

隔離器之所以能起到這個作用，就是它具有使輸入/輸出/電源在電氣上完全隔離的功能，即在輸入/輸出/電源之間沒有公共的“地”。輸入信號無論是否受到接“地”的干擾，經(jīng)隔離處理后的輸出信號“地”與現(xiàn)場儀表“地”完全隔離沒關(guān)系。正是由于這個原因，實現(xiàn)了輸入到控制系統(tǒng)輸入板的多個現(xiàn)場儀表信號之間隔離，消除了這些信號之間“地”的聯(lián)系。

由于隔離器的工作電源是為隔離器的輸入、輸出兩部份同時供電，要保證隔離器輸入/輸出信號隔離，也必須確保隔離器的工作電源在電氣上與這兩個部分完全隔離。這種輸入/輸出/電源之間相互隔離的隔離器常稱為三隔離或全隔離隔離器。 這種供電方式，在供電電源功率許可的情況下無論隔離器數(shù)量多少，均可使用一臺電源供電，不會產(chǎn)生相互干擾。若隔離器的工作電源沒有與隔離器的輸入/輸出部分隔離，嚴格地說隔離器的輸入/輸出信號也沒有被隔離，因為隔離器的輸入/輸出信號“地”可以通過工作電源連接到一起。

以上敘述了信號輸入的隔離情況，同樣在控制系統(tǒng)向現(xiàn)場儀表傳輸信號時也存在類似的問題。采用三隔離隔離器就可以解決這樣的問題。