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1、光电耦合器的应用来源：雄鹰的空中加油站相关连接：光藕应用大全光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中下面介绍最常见的应用电路 1.组成开关电路 图1电路中，当输入信号ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，v1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q12间的电阻变小，相当于开关“接通”该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通
2、状态同理，图2电路中，因无信号(Ui为低电平)时，开关导通，故为低电平导通状态 2组成逻辑电路 图3电路为“与门”逻辑电路。其逻辑表达式为P=AB.图中两只光敏管串联，只有当输入逻辑电平A=1、B=1时，输出P=1同理，还可以组成“或门”、“与非门”、“或非门”等逻辑电路 3组成隔离耦合电路 电路如图4所示这是一个典型的交流耦合放大电路适当选取发光回路限流电阻Rl，使B4的电流传输比为一常数，即可保证该电路的线性放大作用。 4组成高压稳压电路 电略如图5所示驱动管需采用耐压较高的晶体管(图中驱动管为3DG27)。当输出电压增大时，V55的偏压增加，B5中发光二极管的正向电流增大，使光敏管极间电
3、压减小，调整管be结偏压降低而内阻增大，使输出电压降低，而保持输出电压的稳定 5.组成门厅照明灯自动控制电路 电路如图6所示。A是四组模拟电子开关（S1S4）：S1，S2，S3并联（可增加驱动功率及抗干扰能力）用于延时电路，当其接通电源后经R4，B6驱动双向可控硅VT，VT直接控制门厅照明灯H；S4与外接光敏电阻Rl等构成环境光线检测电路。当门关闭时，安装在门框上的常闭型干簧管KD受到门上磁铁作用，其触点断开，S1，S2，S3处于数据开状态。晚间主人回家打开门，磁铁远离KD，KD触点闭合。此时9V电源整流后经R1向C1充电，C1两端电压很快上升到9V，整流电压经S1，S2，S3和R4使B6内发
4、光管发光从而触发双向可控硅导通，VT亦导通，H点亮，实现自动照明控制作用。房门关闭后，磁铁控制KD，触点断开，9V电源停止对C1充电，电路进入延时状态。C1开始对R3放电，经一段时间延迟后，C1两端电压逐渐下降到S1，S2，S3的开启电压（1.5v)以下，S1，S2，S3恢复断开状态，导致B6截止，VT亦截止，H熄来，实现延时关灯功能。如果你的芯是一座作坊，我愿做那不知疲倦的线性光耦在电流采样中的应用作者：李海波，林辉摘 要：介绍新型精密线性光耦器件HCNR200的工作原理，给出两种用HCNR200和运算放大器实现的检测电机电流的隔离传输电路，并推导出其外围电阻的计算方法。 关键词：线性光耦；
5、线性隔离；模拟信号；应用 1 引言 在现代电气测量和控制中，常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量，如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离，隔离电压峰值达8000V；输出跟随输入变化，线性度达0.01。 2 HCNR200/201简介 HCNR200型线性光耦的原理如图1所示。它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成。当D1通过驱动电流If时,发出红外光(伺服光通量)。该光分别照射在D2、D3上,反馈光电二极管吸收D2光通量的一部分,从而产生控制电流
6、I1(I1=0.005If)。该电流用来调节If以补偿D1的非线性。输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例。令伺服电流增益K1=I1/If，正向增益K2=I2/If，则传输增益K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值为1。 3 电流检测电路 3.1 光电导模式下的电流检测电路设计 HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示，信号为正极性输入，正极性输出。隔离电路中,R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小,C1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免HCNR200中的铝砷化镓发光二极管(LED)受到意外的冲击。但是，随着频率的提高,阻抗将变小
7、,HCNR200的初级电流增大,增益随之变大,因而，C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响,虽然减小C1的值可以拓展带宽,但是，会影响初级运算放大器的增益,同时,初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。R3可以控制LED的发光强度,对控制通道增益起一定作用。3.2 光电压模式下的电流检测电路设计 HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示，信号为正极性输入，正极性输出。R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。放大器A1调节电流If。当输入电压Vin增加时，I1增加，同时放大器A1“”输入端电压增加，促使电流If增加。由于D1与D2之间的联系，I1就会把“
8、”输入端电压重新拉回0V，形成负反馈。如果放大器A1的输入电流很小，那么流经R1的电流就为Vin/R1=I1。显而易见，I1与Vin之间是线性比例关系。I1稳定线性变化，If也稳定线性变化。因为D3受到D1光照，I2也跟着稳定线性变化。放大器A2和电阻R2将I2转化成电压VOut=I2R2。 4 运算放大器的选择 HCNR200/201是电流驱动型器件,其LED的工作电流为1mA20mA,因此，运算放大器A1的驱动电流也必须达到20mA,能达到这种输出电流能力的运算放大器输出级一般为双极型，因此，选双极型运算放大器较合适。同时,根据输入电压范围,也要求运算放大器有相应的共模输入和输出能力。本设
9、计电路采用单电源供电的HA17324集成运算放大器,其输出电流可达40mA。 5 电阻器的选择 下面讨论光电导模式下电阻器的选择。 A1组成驱动级的等效电路如图4所示。图中，Rf是等效反馈电阻器。该等效电路是典型的同相型放大器,故U=U,且U=Vin,因此Vin=U。 由图2显而易见， 式中，VD1为D1的正向压降。 由图4可见, 故将式(3)代入式(4) 由于器件参数的离散性,I1近似等于0.005If，K3=I2/I11，所以，R1、R2、R3尚需在估算值附近调整,力求获得最佳线性度。 调节后，最佳线性度为220。 6 结论 应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路的线性度好，电路简单，有效
10、地解决了模拟信号与单片机应用系统的电气隔离问题。若驱动级、缓冲级采用组合型运算放大器,可使线性度提高。 HCNR200可以广泛地应用在需要良好稳定性、线性度和带宽的模拟信号隔离场合。采用两片HCNR200可以工作在双极性输入/双极性输出模式；同时，还可以工作在交直流电路、变换器的隔离、热电偶的隔离、4mA20mA模拟电流环发射/接收等多种模式下，可广泛应用在数字通讯、电压电流检测、开关电源、测量和测试工业过程控制等方面。 将该器件用于电机电流测量，电流反馈准确、可靠,在实现电流闭环控制中发挥了作用。参考文献1 武汉力源电子股份有限公司.HCNR200精密线性光耦合器数据手册Z，1999. 2
11、童诗白.模拟电子技术M.北京：高等教育出版社,2001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
12、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L
13、OC111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
14、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：HCNR200：15%，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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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。 常见之高速光藕型号经查大量资料后，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）、HCPL2631（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。
