硬件基础——光耦

本文介绍了光耦的基本分类,包括非线性和线性光耦的特点及适用场景,并详细阐述了光耦的主要参数如正向工作电压、反向电压等,最后给出了光耦的典型应用电路。

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一、光耦分类

光耦分为两种:一种为非线性光耦,另一种为线性光耦。

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的,这类光耦适合于开关信号的传输,不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。

线性光耦的电流传输特性曲线接近直线,并且小信号时性能较好,能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A-C系列。

二、光耦参数

输入参数

正向工作电压Vf:

Vf是指在给定的工作电流下,LED本身的压降

反向电压Vr:

是指LED所能承受的最大反向电压,超过此反向电压,可能会损坏LED。

允许功耗Pd:

LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗,可能会损坏LED

正向工作电流If:

If是指LED正常发光时所流过的正向电流值

输出参数:

集电极电流I:

光敏三极管集电极所流过的电流,通常表示其最大值

集电极-发射极电压Vceo:

集电极-发射极所能承受的电压

其他参数:

电流传输比CTR:

电流传输比是光耦合器的重要参数,指光敏三极管和发光管的电流比最小值。

饱和工作:Ic/If ≤ CTR => If*CTR ≥ Ic

隔离电压:

输入和输出端之间之间的隔离电压,一般可超过1kV,有的甚至可以达到10kV以上

三、应用电路

在这里插入图片描述

### 光耦模块的工作原理 光耦合器(简称光耦)是一种将电信号转换为光信号再转回电信号的半导体器件,主要用于实现电平转换和电气隔离。其基本结构由发光二极管(LED)和光电晶体管组成。当输入端施加电流时,LED发出光线照射到光电晶体管上,使其导通并输出相应的电流[^3]。 #### 工作机制 - **输入侧**:通过向发光二极管注入电流,将其转化为光信号。 - **隔离层**:光学媒介起到绝缘作用,防止两侧电路之间的直接接触。 - **输出侧**:接收光信号后,光电晶体管响应并放大信号,完成电—光—电的转化过程。 这种设计使得光耦能够在不同电压等级之间传递信号的同时保持良好的电气隔离性能。 --- ### 光耦模块的应用场景 光耦因其独特的特性被广泛应用于多个领域: 1. **工业自动化** - 在PLC控制系统中,常用于4-20mA模拟量信号的隔离传输,以减少噪声干扰并保护敏感设备。 2. **通信设备** - 提供数据链路间的高阻抗隔离屏障,保障高速串口或其他接口的安全运行。 3. **电力电子** - IGBT驱动电路中采用光耦来隔离开关电源与负载间可能存在的高压差,提升整体系统的稳定性[^4]。 4. **家用电器** - 如空调遥控板上的红外接收部分也运用到了类似的原理来进行命令解码处理。 上述每种情况都充分利用了光耦所具备的优势——即强健的电磁兼容能力和可靠的数据传送能力。 --- ### 光耦模块的电路设计要点 设计一款高效的光耦模块需要注意以下几个方面: #### 选型阶段 - 考虑工作频率范围内的带宽限制; - 确定所需的CTR(Current Transfer Ratio),也就是电流增益参数; #### PCB布局规划 - 输入/输出引脚分开布置以防交叉污染; - 对于高频应用场合增加屏蔽措施降低寄生效应影响; 以下是基于线性光耦构建的一个简单例子程序片段展示如何设置相关硬件连接关系: ```c // 示例代码演示配置GPIO作为光耦控制信号源 void setup_coupler() { pinMode(COUPLER_IN_PIN, OUTPUT); // 定义输入针脚模式 } void controlCoupler(bool state) { // 函数定义切换状态方法 digitalWrite(COUPLER_IN_PIN, state ? HIGH : LOW); } ``` 此段伪代码仅作为一个基础框架示意,并未涉及全部细节调整逻辑等内容。 ---
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