光电耦合器PPT课件

光耦的特点
总结词
光耦具有电气隔离、传输速度快、稳定性好、寿命长等优点 。
详细描述
光耦可以实现输入和输出电路之间的电气隔离，有效防止电 路间的干扰和击穿；同时，光耦的传输速度较快，适用于高 速信号的传输；此外，光耦的稳定性较好，不易受温度、湿 度等环境因素的影响，寿命较长。
光耦的应用场景
总结词
光耦广泛应用于通信、电力、工业控制、医疗设备等领域。
1960年代
01
光耦的初步探索和实验阶段，主要研究光耦的基本原理和可行
性。
1970-1980年代
02
光耦技术的快速发展阶段，实现了商业化生产和应用。
1990年代至今
03
光耦技术不断创新和优化，广泛应用于通信、电力、工业控制
等领域。
光耦的未来发展方向
01
02Biblioteka 03高性能化提高光耦的传输速率、降 低功耗、减小体积等性能 指标，以满足不断发展的 通信和电子设备需求。
智能化
结合人工智能、物联网等 技术，实现光耦的智能控 制和优化，提高光耦的应 用价值和效率。
集成化
将光耦与其他电子器件集 成在一起，形成高度集成 的光电子集成电路，简化 系统设计和生产流程。
光耦的技术难题与挑战
稳定性问题
光耦的稳定性是影响其性 能和可靠性的关键因素， 需要加强研究以提高其稳 定性。
在传感器应用中，光耦主要用于将敏感元件输出的电信号 转换为光信号，并通过光纤传输到接收端。这种方式可以 避免外界电磁干扰对传感器信号的影响，提高传感器的稳 定性。同时，光耦还能有效隔离传感器与后续处理电路之 间的电气连接，降低噪声和干扰。在医疗、环境监测、工 业自动化等领域，光耦被广泛应用于各种类型的传感器中 。

2、反射型
LED和光电接收器件封装在一个壳体内，两者的 发射光轴与接收光轴夹一锐角，若有被测物体存 在于器件前方， LED发光后将被被测物体反射至 接收器，构成测量近距离是否有物体存在的光电 开关。
如：产品自动计数
感应式水龙头
三、器件特性参数
1.隔离性：
（1）光耦电路的输入和输出之间完全没有电路联系。 （2）耦合电容<2pf
（3）击穿电压在100～250v之间
（4）输入输出绝缘电阻10^9～10^13 Ω （5）信号单向传递
2、电流传输比β β＝接收器输出电流/发光器件的注入电流
四、光耦基本电路 1、输入端
设计输入电路时，关键点在于确定限流电 阻，而限流电阻的大小由LED的额定电流决 定。
Rf
VBB VF IF
Rf
计数电路
译码显示电路
报警电路
与门电路，如果在输入端Ui1和 Ui2同时输入高电平"1"，则两
个发光二极管GD1和GD2都发光， 两个光敏三极管TD1和TD2都导 通，输出端就呈现高电平“1”。
3、电平转换
工业控制系统所用集成 电路的电源电压和信号脉 冲的幅度常不尽相同，如 TTL的电源为5V，HTL为12V， PMOS为－22V，CMOS则为 5～20V。如果在系统中必 须采用二种集成电路芯片， 就必需对电平进行转换， 以便逻辑控制的实现。
4、高压稳压电路
设计题
1、目的 了解光电测量系统工作原理，学习光电耦合器知
识；掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作 原理及设计方法。
2、设计要求及技术指标
❖LED数码管显示计数值 ❖能在计数结果达到设定值时报警
3、要求完成的任务
❖计算参数，画出完整原理图

响应速度慢
可能是由于光电耦合器件的内部传 输延迟造成，解决方案是选择具有 更快响应速度的光电耦合器件。
05
光电耦合器件的发展趋势 与未来展望
技术创新与进步
01
高速光耦的持续发展
随着数字信号处理速度的不断提升，高速光耦在数据传输和隔离方面的
性能也在持续优化，以满足更快的响应速度和更高的频率需求。
02 03
集成化与小型化
通过先进的封装技术，光电耦合器件正在向更小尺寸、更低功耗和更高 集成度的方向发展，为便携式设备和穿戴设备等小型化应用提供了更多 可能性。
可靠性提升
随着光电耦合器件在各种严苛环境中的应用越来越广泛，如汽车电子和 工业控制等，对其可靠性和稳定性的要求也越来越高，相关技术正在不 断改进以满足这些需求。
04
光电耦合器件的选型与使 用
选型原则与技巧
根据需求选择型号
根据电路的输入输出电压、电流、传 输速率等参数，选择合适的光电耦合 器件。
考虑隔离能力
根据电路的隔离需求，选择具有适当 隔离电压和绝缘电阻的光电耦合器件 。
考虑线性范围和响应速度
根据电路的输入信号范围和动态响应 要求，选择具有合适线性范围和响应 速度的光电耦合器件。
光电耦合器件课件
目录
• 光电耦合器件概述 • 光电耦合器件的工作特性 • 光电耦合器件的应用实例 • 光电耦合器件的选型与使用 • 光电耦合器件的发展趋势与未来展望
01
光电耦合器件概述
定义与工作原理
定义
光电耦合器件是一种将光信号转 换为电信号，或电信号转换为光 信号的半导体器件。
工作原理
光电耦合器件由发光元件（如 LED）和光敏元件（如光敏电阻 、光电池等）组成，通过光的传 输实现信号的传递。

发光效率由内部量子效率与外部量子效率决定。内部
量子效率在平衡时，电子-空穴对的激发率等于非平衡载
流子的复合率（包括辐射复合和无辐射复合），而复合率
又分别决定于载流子寿命τr和τrn，其中辐射复合率与 1/τr成正比，无辐射复合率为1/τrn，内部量子效率为
in
n eo ni
（6-1）
式中，neo为每秒发射出的光子数,ni为每秒注入到器件的电
7. 响应时间
在快速显示时，标志器件对信息反应速度的物理量叫 响应时间，即指器件启亮(上升)与熄灭(衰减)时间的延迟。 实验证明，二极管的上升时间随电流的增加而近似呈指数 衰减。它的响应时间一般是很短的，如GaAs1-xPx仅为几个 ns，GaP约为100ns。在用脉冲电流驱动二极管时，脉冲的 间隔和占空因数必须发在光器器件与件光电响耦合应器件时最新间课件所许可的范围内。
6.1.4 驱动电路
发光二极管工作需要施加 正向偏置电压，以提供驱动电 流。典型的驱动电路如图6-10 所示，将LED接入到晶体三极 管的集电极，通过调节三极管 基极偏置电压，可获得需求的 辐射光功率。在光通信中以 LED为光源的场合，需要对 LED进行调制，则调制信号通 过电容耦合到基极，输出光功 率则被电信号所调制。
6.4.1 光电耦合器件的结构与电路符号
用来制造光电耦合器件的发光元件与光电接收元件 的种类都很多，因而它具有多种类型和多种封装形式。 本节仅介绍几种常见发光的器件结与光构电耦。合器件最新课件
1. 光电耦合器件的结构
光电耦合器件的基本结构如图6-28所示，图6-28（a） 为发光器件（发光二极管）与光电接收器件（光电二极 管或光电三极管等）被封装在黑色树脂外壳内构成光电 耦合器件。图6-28（b）者将发光器件与光电器件封装在 金属管壳内构成的光电耦合器件。使发光器件与光电接 收器件靠得很近，但不接触。

光电耦合器件还可以构成与非、 或、或非、异或等逻辑电路。
•18
图6-41所示典型应用电路中左侧的输入电路电源为13.5V的HTL 逻辑电路，中间的中央运算器、处理器等电路为+5V电源，后边的 输出部分依然为抗干扰特性高的HTL电路。 将这些电源与逻 辑电平不同的部 分耦合起来需要 采用光电耦合器。
因此该点的电流传输比为
βQ=ICQ/ IFQ╳100%
（6-19）
如果工作点选在靠近截止区的Q1点时，虽然发光电流IF变化了ΔIF，
但相应的ΔIC1，变化量却很小。这样，β值很明显地要变小。同理， 当工作点选在接近饱和区Q3点时，β值也要变小。这说明工作点选 择在输出特性的不同位置时，就具有不同的β值。
•1
光电耦合器件的电路符号
如图6-29所示，图中的发光二
极管泛指一切发光器件，图中
的光电二极管也泛指一切光电
接收器件。
图6-30所示为几种不同封装
的光电耦合器，图中（a）、
（b）、（c）分别为三种不同安
装方式光电发射器件与光电接收
器件分别安装器件的两臂上，分
离尺寸一般在4~12mm，分开的
目的是要检测两臂间是否存在物
(6-21)
由上式可以看出，其的直流分量为 A ，交流分量的幅度随频率的
升高逐级减弱。
2
可以用一次分量来近似地表示整个的交流分量 而不会带来太大的
误差。
Uf(t)= 2 A/π cos2πFt
(6-22)
如图6-38所示，继电器开关干
扰常由绕组与接触点间的寄生
电容Cs窜入光电耦合器件的输
入端。图6-38(b)所示为它的交
过光电耦合器件反馈到输入系统。
•13
(2)光电耦合器件抑制干扰噪声电平的估算

光电耦合器类型
隔离型光电耦合器
用于隔离强电和弱电，防止电 路间的干扰。
高速型光电耦合器
具有快速响应速度，适用于高 频信号传输。
线性型光电耦合器
具有线性传输特性，适用于模 拟信号传输。
特殊型光电耦合器
如光纤型、磁性材料型等，适 用于特殊应用场景。
光电耦合器特性参数
输入特性
包括输入电阻、输入电流、输入电压 等参数。
输出特性
包括输出电压、输出电流、输出电阻 等参数。
传输特性
包括传输速率、传输延迟、线性度等 参数。
隔离特性
包括隔离电压、隔离电容、隔离电阻 等参数。
光电耦合器的优缺点
优点
具有优良的隔离性能、快速响应速度 、线性传输特性等。
缺点
存在传输距离短、体积较大、成本较 高等问题。
03 光电耦合器市场现状与发 展趋势
04 光电耦合器在各领域的应 用案例
工业控制领域应用案例
要点一
总结词
光电耦合器在工业控制领域中发挥着重要作用，能够实现 信号的稳定传输和精确控制。
要点二
详细描述
光电耦合器在工业控制领域中主要用于信号隔离、电平转 换、长距离传输等方面。通过光电耦合器，可以实现强电 与弱电的隔离，提高系统的稳定性和安全性。同时，光电 耦合器还可以实现电平转换，方便不同电压等级的设备之 间的通信。在长距离传输方面，光电耦合器可以克服长距 离传输带来的信号衰减和干扰问题，保证信号的稳定传输 。
05 光电耦合器的选型与使用 注意事项
光电耦合器的选型原则
根据电路需求选择适当的输入输出类型
根据电路的输入输出需求，选择具有相应输入输出类型的光电耦合器 。
根据传输速率选择适当的传输速率

增强信号质量
通过光耦的隔离作用，可 以减少噪声和干扰，提高 信号的传输质量和稳定性。
通信系统
数据传输
光耦在通信系统中广泛应 用于数据传输，如光纤通 信、网络通信等。
信号转换
光耦可以将电信号转换为 光信号，或者将光信号转 换为电信号，实现信号的 转换和处理。
高速传输
光耦具有高速传输的特性， 适用于高速数据传输和信 号处理。
自动控制系统
控制信号传输
在自动控制系统中，光耦可以用 于传输控制信号，实现系统各部
分之间的信号传输和控制。
安全保护
光耦可以用于安全保护，如过流保 护、过压保护等，防止系统受到过 流、过压等异常情况的损坏。
精确控制
光耦具有高精度和高稳定性的特点， 适用于需要精确控制的场合，如工 业自动化、仪器仪表等。
光耦的组成
总结词
光耦主要由输入端、发光器件、光接收器件和输出端组成。
详细描述
输入端负责接收外部信号，发光器件（如LED）将输入信号转 换为光信号，光信号通过光学通道传输到光接收器件（如光电 二极管），光接收器件再将光信号转换为电信号，最后输出端 输出处理后的信号。
光耦的工作原理
总结词
光耦的工作原理是利用光的传输与转换实现输入与输出之间的耦合。
常见的集成光耦有ISO721、ISO722 等型号。
集成光耦具有体积小、集成度高、易 于使用等优点，广泛应用于各种电子 设备中。
03
光耦的应用
信号隔离
01
02
03
信号隔离
光耦可以用于信号隔离， 将输入和输出电路隔离， 以减少电路之间的相互干 扰和噪声。
保护电路
光耦可以起到保护电路的 作用，防止输入信号对输 出电路造成损坏或干扰。

9
增益-电流传输比
电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正 向电流之比，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等 于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。
电流转换比有一定范围，和LED电流，环境温度都有关系，并且会随使用时间 衰减。
采用一只光敏三极管，CTR的范围为20%～300%（如4N35），
2
光耦的基础知识
3
光耦内部结构及工作原理
电→光→电
图1 光耦原理图
输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被 光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
4
光耦特性-SWOT分析
Strengths：
•共模抑制能力强； •抗干扰能力强； •无粗点、寿命长； •效率高；
S
管技术条件中规定）集电极与发射极之间的电压降。 反向截止电流ICEO：发光二极管开路，集电极至发射极间的电压为规定值时，流过集电极的电流为反向截止电流。 电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。 脉冲上升时间tr、下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相
低电源电压型光电耦合器（一般5～15V）
按工作电压分
高电源电压型光电耦合器（一般大于30V）
普通隔离光耦：一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V
按隔离特性分
高压隔离光耦：可分为10kV，20kV，30kV等
多通道三极管输出型
交流输入，三极管输出型
15
直流输入,达林顿三极管输出型
光耦的应用
车用智能功率模块接口光电耦合 (2)

5.光電耦合器 市場
33
光電耦合器市場---廠商
34
光電耦合器市場---發展
光电耦合器在多种电子设备中的应用非常 广泛。随着数字通信技术的迅速发展以及光隔 离器和固体继电器等自动控制部件在机械工业 中应用的不断扩大，特别是微处理机在各个领 域中的应用推广（有时一台微机上的用量可达 十几个甚至上百个）和产品性能的逐步提高， 光电耦合器的应用市场将持续扩大。今后，光 电耦合器将向高速化、高性能，小体积，轻重 量的方向发展。
Ø输入参数
即LED的参数(略) Ø输出参数
即光敏元件的参数(略) Ø传输参数
•电流传输比CTR：输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正 向电流之比为电流传输比CTR。 •脉冲上升时间tr、下降时间tf：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入 规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度 的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到 10%，所需时间为脉冲下降时间tf。 •传输延迟时间tPHL、tPLH：光耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入 规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输入脉冲前沿幅度 的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。从输入 脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间 tPLH。 •入出间隔离电容CIO：光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。(<2pF) •入出间隔离电阻RIO：半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。 (>1000MΩ) •入出间隔离电压VIO：光耦合器输入端和17输出端之间绝缘耐压值。
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光電耦合器簡介---SWOT
Strengths

RH
—电子（或空穴）迁移率 —材料的电阻率。
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3.10.2 霍尔元件
（1）霍尔元件的结构 ▪ 霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线
和壳体三部分构成（如图3.89所示）。霍尔 片是一块矩形半导体薄片，在它的四个端面 引出四根引线，其中引线1和3为激励电压或 电流引线，称为激励电极。引线2和4为霍尔 电势输出引线，称为霍尔电极。
被测非电量
光量
光学通路
光电传感元件
位移、转速、 振动等
△U 或△I 测量/显示
图 3.84 光电式传感器原理图
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3.9.5 光电式传感器
（1）光电传感器的分类 按光电传感器输出量的性质，可以分为模拟 式和开关式二大类。
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3.9.5 光电式传感器
2）开关式光电传感器 ▪ 该类传感器的输出信号对应于光电元件
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3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ 2）读出移位寄存器
a) 势阱耦合与电荷转移
b) 控制时钟波形图
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3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
（2）CCD传感器的应用 ▪ CCD传感器利用光敏元件的光电转换功能将
透射到光敏元件上的光学图像转换为电信号 “图像”，即光强的空间分布转换为与光强 成比例的、大小不等的电荷包空间分布，然 后经读出移位寄存器的移位功能将电信号 “图像”转送，并输出放大器输出。依照其 光敏元件排列方式的不同，CCD传感器主要 分为线阵、面阵两种。
体长度方向通以电流I，将其置于的磁感应强度为B 的磁场中（磁场强度方向垂直于半导体平面），则
半导体中的载流子电子将会受到洛仑兹力的作用， 根据物理学知识

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（a）T型 1 4
（c）定向型
（b）星型
2 λ1 λ2
3 λN
λ1 + λ2 +…λN
（d）波分复用型
常用光耦合器类型示意图
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光耦合器基本结构
光纤型 微器件型 1） 耦合比CR——是一个指定输出端的光功率Poc和全
部输出端的光功率总和Pot的比值。
CR Poc Po t
Po c
N
Po n
n1
• 2） 附加损耗Le——是全部输入端光功率总和Pit和全
部输出端光功率总和Pot的比值。
Le
10lg Pit Pot
N
Pin
10lg
n1 N
n1
Pon
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• 3） 插入损耗Lt——是一个指定输入端光功率Pic和另 一个指定输出端的光功率Poc的比值。
固定衰减器对光功率衰减量固定不变， 主要用于调整光纤传输线路的光损耗。
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可变衰减器
厚 薄
(a)光路和结构
(b)步进衰减片
(c) 连续衰减片
• 可变衰减器的衰减量可在一定范围内变 化，用于测量光接收机灵敏度和动态范
围。
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10
三、光耦合器
• 光耦合器的功能是把一个输入光信号分 配给多个输出，或把多个输入的光信号 组合成一个输出。
第十二讲 光无源器件
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主要内容
• 一、连接器和接头 • 二、光衰减器 • 三、光耦合器 • 四、光隔离器和光环行器 • 五、光调制器 • 六、光开关
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