硬件基础 —— 光耦

光耦

1、工作原理

    以光为媒介传递电信号。对输入和输出信号有良好的隔离作用(光耦隔离)。

    光耦一般由三个部分组成:光的发射、光的接收和信号放大。输入的电信号驱动发光二极管,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出(电 —— 光 —— 电)。输入输出隔离,因此具有单向性的特点。

2、优点

    信号单向传输,输入端与输出端完全实现电气隔离,抗干扰能力强,工作稳定,传输效率高,使用寿命场灯。

3、光耦隔离电路的应用目的? —— 抗干扰

4、什么地方需要光耦隔离电路?

    常用的如控制继电器的电路、控制电磁阀的电路、通信的电路。因为继电器线圈或者是电磁阀都属于感性负载(感性负载就是具有和电感一样特性的负载,电感最大特性即电流不能瞬间来,也不能瞬间走),所以当他们通断的时候,可能由于回流产生一些干扰。通信电路,怕外界的线路会引入干扰,例如485通信电路,所以用光耦隔离电路分开。

5、光耦隔离需要满足的条件?

    不能共地的双电源。如果光耦隔离电路里面用的是一个电源,只能起到放大器的作用,不具备隔离作用。

6、输入光耦举例



### 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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