光耦 上下拉电阻选择

光耦合器(opticalcoupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。内部原理如下图所示: 

简易的说明原理:通过将传输的信号通过左侧的发光二极管转化为光信号,再由右侧光敏三极管将光信号转换为电信号。此处探究的是普通光耦(低速,非线性;是的,也就是最便宜的那种),一般的光耦隔离电压约为6KV,也就是对于静电的抵抗能力(8KV及以上)不强,使用的时候还是需要考虑静电相关的保护措施。

 调节光耦的上下拉电阻可以对光耦的电流转换率(CTR)的进行适配,在保证信号传输的时候有足够的CTR比率,保证三极管侧的电平能拉到底。在此基础上我们来看前后匹配电阻对信号传输的延迟情况。

*CTR:光耦二极管导通的时候,三极管侧流过的最大电流与二极管导通电流的比值(百分比)。

以下是使用光耦通讯的最基础(价格最低ヽ( ̄▽ ̄)و)的电路:

 

 

可以看到如上图所示的光耦,输入侧和输出侧采用的上拉电阻为510Ω,这对于使用这款光耦通讯来说是一个适合的阻值,不同的光耦存在着新能差异不能说所有的都适用。但是采用上图所示电路有一个问题,如下图所示:

 

 

黄色的为输入波形,绿色为输出波形,是的从时序上看输出波形相对输入延时了20us,这在对信号要求不高的场景是可以的。但是对于通讯速率大于9600bps的通讯受到信号完整性的影响。这其中的原因是光耦内部

的三极管等效为电容,和上拉电阻构成了RC电路,这部分延迟就是源自于RC的充电效应(或者说是用来激活光耦内部三极管)。如上图所示,100us的信号经过光耦后变为约为80us的信号,这是值得考虑的,尤其是

信号的速率进一步提高的情况下,尤其是嵌入式领域MCU对于高电平的信号采集有一定的时间需求。通过变化光耦前后端的电阻,再测算输出延迟时间,有以下结论*:

 

在一定范围内(光耦不烧毁),增大光耦二极管侧的电阻、或者减小三极管侧的上拉电阻都能使的输出波形的延迟减小。

 

那么有没有别的方式能够使得普通光耦摆脱上拉电阻下拉电阻的困扰?

 有的,如下图,那就是使用光耦控制的三极管的通断,将上拉电阻降至100Ω左右,基本上此时的通讯能够保证2us内的延迟。

2us的延迟基本上已经接近高速光耦的状态了。

 

高速光耦相关参照文章《高速光耦TLP109阻抗匹配

<think>首先,用户的问题是:“我想了解如何使用连接器将光耦和三极管进行电路连接 请问光耦和三极管的电路连接方法”。这涉及到光耦光耦合器)和三极管的电路连接。 从系统级指令中,我需要: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 参考提供的引用: - 引用[1]:光耦原理,电路分析。描述了光耦由发光二极管和光敏三极管构成,用小电流控制发光二极管导通来控制三极管导通,实现强弱电隔离。 - 引用[2]:光耦继电器电路分析。提到三极管导通时集电极和发射极电压在0.7V,需要足够大的电流。 - 引用[3]:光耦应用电路设计方法。但这是注意事项,没有具体技术内容。 用户的问题是关于连接器将光耦和三极管连接。连接器可能指的是物理连接或电路接口。在电路上下文中,可能是指如何将光耦的输出连接到三极管的输入,或者反之。 光耦通常用于隔离控制信号,其中输入侧是LED,输出侧是光敏元件(如光敏三极管)。三极管可以是NPN或PNP型,用于开关或放大。 关键点: 1. 光耦的输出(光敏三极管)可以驱动外部三极管的基极。 2. 需要确保电流和电压兼容。 3. 提供实际电路图或描述。 步骤: - 解释光耦和三极管的基本连接。 - 描述一个简单的电路示例。 - 使用LaTeX格式数学表达式(如果需要)。 - 生成相关问题。 回答结构: 1. **引言**:简要解释光耦和三极管连接的目的。 2. **基本原理**:基于引用,概述光耦如何工作。 3. **电路连接方法**:逐步描述如何连接。 - 输入侧:连接到微控制器或其他源。 - 输出侧:连接到三极管。 4. **示例电路**:提供简单的电路图描述或代码(但用户问的是电路连接,可能用文本描述)。 5. **注意事项**:如电流限制、电压匹配。 6. **相关问题**:生成几个相关问题。 生成相关问题: - 类似示例中的:例如,如何选择光耦和三极管的参数?常见问题是什么?应用场景? 引用标识: - 在回答中,如果引用站内内容,添加[^n]。引用来自提供的[1]、[2]、[3]。 用户上一次问题没有指定,所以我假设基于当前问题。 最终回答用中文。</think>### 光耦和三极管的电路连接方法 光耦光耦合器)和三极管的连接主要用于实现信号隔离和功率放大,常见于开关电源、电机控制等场景。光耦的输入侧是一个发光二极管(LED),输出侧是一个光敏三极管。当输入侧有电流流过LED时,它发光并激活输出侧的光敏三极管,从而控制外部三极管的导通或截止。这种连接实现了强弱电隔离,防止噪声干扰或高压损坏低压电路[^1]。下面我将一步步解释连接方法,确保电路安全可靠。 #### 1. **基本连接原理** - **输入侧连接(控制信号端)**:光耦的LED端(阳极和阴极)连接到控制源(如微控制器或开关)。需要一个限流电阻$R_{\text{in}}$来保护LED。电流通常设置为10mA左右(参考规格书),以确保LED正常工作发光[^1]。计算公式为: $$ R_{\text{in}} = \frac{V_{\text{in}} - V_{\text{f}}}{I_{\text{f}}} $$ 其中: - $V_{\text{in}}$是输入电压(如5V或12V), - $V_{\text{f}}$是LED正向压降(约1.2V), - $I_{\text{f}}$是LED工作电流(约10mA)[^1]。 - **输出侧连接(驱动三极管端)**:光耦的光敏三极管输出端(集电极和发射极)连接到外部三极管(如NPN型)的基极。外部三极管作为开关或放大器,其集电极和发射极电压在导通时约为0.7V[^2]。需要确保光耦输出电流足够驱动三极管基极电流$I_{\text{b}}$,计算公式为: $$ I_{\text{b}} = \frac{I_{\text{c}}}{\beta} $$ 其中: - $I_{\text{c}}$是外部三极管集电极电流, - $\beta$是三极管的电流放大系数(参考规格书)[^2]。 #### 2. **典型电路连接步骤** 以下是常见的光耦驱动NPN三极管的电路连接方法(假设使用通用光耦如PC817和NPN三极管如2N3904): - **步骤1: 连接输入侧** - 将控制源的正极(如+5V)通过限流电阻$R_{\text{in}}$连接到光耦LED的阳极。 - 将LED的阴极直接连接到控制源的负极(GND)。 - 例如:如果$V_{\text{in}} = 5V$,$V_{\text{f}} = 1.2V$,$I_{\text{f}} = 10mA$,则$R_{\text{in}} = \frac{5V - 1.2V}{0.01A} = 380\Omega$(使用标准值390Ω电阻)。 - **步骤2: 连接输出侧** - 将光耦光敏三极管的集电极通过一个上拉电阻$R_{\text{c}}$连接到电源$V_{\text{cc}}$(如12V)。 - 将光敏三极管的发射极连接到外部三极管的基极。 - 外部三极管的发射极连接到GND,集电极连接到负载(如继电器线圈)。 - 添加一个基极电阻$R_{\text{b}}$(可选)防止过电流,计算公式为: $$ R_{\text{b}} = \frac{V_{\text{cc}} - V_{\text{be}}}{I_{\text{b}}} $$ 其中$V_{\text{be}}$是三极管基极-发射极电压(约0.7V)[^2]。 - **步骤3: 完整电路示例** - 文本描述电路: - 输入侧:控制信号 → $R_{\text{in}}$ → 光耦LED阳极 → 光耦LED阴极 → GND。 - 输出侧:$V_{\text{cc}}$ → $R_{\text{c}}$ → 光耦集电极 → 光耦发射极 → 外部三极管基极。 - 外部三极管:基极 → (可选$R_{\text{b}}$)→ 发射极 → GND;集电极 → 负载 → GND。 - 此电路实现:当控制信号为高时,LED发光,光敏三极管导通,外部三极管基极获得电流而导通,驱动负载。 #### 3. **注意事项** - **电流匹配**:确保光耦输出电流能驱动外部三极管。光敏三极管的饱和电流(参考规格书)必须大于$I_{\text{b}}$,否则添加缓冲电路[^2]。 - **电压隔离**:光耦的隔离电压通常为5000V以上,确保输入和输出侧电源独立(不共地),以实现真正隔离[^1]。 - **保护元件**:在外部三极管集电极添加续流二极管(用于感性负载),并避免过压(使用TVS二极管)。 - **连接器使用**:实际连接时,使用排针或端子连接器简化接线。确保引脚对应正确(参考光耦和三极管的datasheet),避免反接损坏元件[^3]。 #### 4. **常见问题与优化** - 如果三极管不导通,检查光耦输出电流是否足够(增大$R_{\text{c}}$或减小$R_{\text{b}}$)。 - 为改善响应速度,可在光耦输出端并联加速电容。 - 此方法适用于低功率场景;高功率时改用MOSFET或达林顿管。 通过以上步骤,您可以安全地连接光耦和三极管,实现可靠的控制隔离。设计时务必参考元件规格书,并以实际测试验证[^1][^2][^3]。
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