20120225-光耦合器电路及其应用实验课件

光耦合器的作用及其电路摘要线性光耦合器是目前国际上正推广应用的一种新型光电隔离器件。

文中介绍其性能特点、产品分类，以及它在单片开关电源中的应用。

关键词光耦合器线性电流传输比通信单片开关电源光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。

它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。

当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。

普通光耦合器只能传输数字（开关）信号，不适合传输模拟信号。

近年来问世的线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使其应用领域大为拓宽。

1 光耦合器的类型及性能特点1.1 光耦合器的类型光耦合器有双列直插式、管式、光导纤维式等多种封装形式，其种类达数十种。

光耦合器的分类及内部电路如图1所示。

图中是8种典型产品的型号：(a)通用型(无基极引线)；(b)通用型(有基极引线)；(c)达林顿型；(d)高速型；(e)光集成电路；(f)光纤型；(g)光敏晶闸管型；(h)光敏场效应管型。

1.2 光耦合器的性能特点光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。

它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

1.3 光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(s at)。

此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。

光电耦合器原理及应用光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。

如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。

工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

基本工作特性（以光敏三极管为例）1、共模抑制比很高在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。

2、输出特性光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。

当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。

IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。

其测试连线如图2，图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极，接在仪器插座上。

3、光电耦合器可作为线性耦合器使用。

在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。

光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。

在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。

全光纤耦合器件摘要：简述熔融拉锥法制作全光纤耦合器件的原理，进而讨论全光纤耦合器的工作原理，并对未知耦合器件进行测试，具体分析其参数。

一、 实验原理1. 熔融拉锥法熔融拉锥法是将2根出去涂覆层的光纤以一定方式靠拢，然后置于高温下加热熔融，同时向光纤两端拉伸，最终在加入形成双锥形式的特殊波导耦合结构，从而实现光纤耦合的一种方法。

熔融拉锥法示意图如图1：图 1熔融拉锥法示意图2. 光纤耦合器工作原理图2所示为熔融拉锥型光纤耦合器的结构模型。

其中：W 2和W 3分别为耦合结构熔锥区II 和III 在光纤熔烧时的拉伸长度；W 1为耦合区I 的火焰宽度。

耦合区的两光纤熔烧时逐渐变细，两纤芯可以忽略不计，两包层合并在一起形成以包层为纤芯、芯外介质（空气）为新包层的复合波导结构，实现两光纤的完全耦合。

当入射光从输入端1进入熔锥区II 后，由于淡漠光纤的传导膜为2个正交的基膜信号，因此，光纤参量V 随着纤芯的变细而逐渐变小，导致越来越多的光渗入包层；进入耦合区I 后，由于两光纤合并在一起，光在以新的包层为纤芯的复合波导中传输，并使光功率发生再分配；当光进入熔锥区III 后，光纤参量V 随着纤芯的变粗而逐渐增大，并使光以特定比例从输出端输出，即一部分光从直通臂直接输出，另一部分光从耦合臂输出。

在耦合区I ，由于两光纤包层合并在一起，纤芯足够逼近，因此，耦合器为两波导构成的弱耦合结构。

根据若耦合模理论：相耦合的两波导中的场，各保持该波导独立存在是的场分布和传输系数，耦合的影响仅表现在场的复振幅的变化。

假设光纤是无吸收的，则随拉伸长度Z 不断变化，其变化规律可用一阶微分方程组表示如下：式中：A 1和A 2为两光纤的模场振幅；和为两光纤在孤立状态下的传播常数；和为子耦合系数；和为互耦合系数。

自耦合系数相对于互耦合系数很小，可以忽略，且近似有。

当方程在z=0时满足A 1(z)= A 1(0), A 2(z)= A 2(0)，其解为：图 2 光纤耦合器结构模型其中：为两传播常数的平均值；F2为光纤之间耦合的最大功率；C为耦合系数，与工艺有关。

光电耦合器驱动电路的设计与应用
光电耦合器驱动电路的设计与应用
一、实验目的
1.了解光耦合电路的工作原理
2.学习并掌握光耦合驱动电路的设计方法
3.光耦合电路的简单应用
二、实验原理
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光
源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。

在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

光电耦合器的种类
一般发光器件都是砷化镓红外发光二极管，而受光器件一般有光敏二极管、
硅光敏晶体管、达林顿型光敏三极管、光控晶闸管型及集成电路型等，其内部结构
光电耦合器的封装形式，只有双列直插式，常用类型的光电耦合器的引脚排
列
2. 光电耦合驱动电路的设计。