数字信号光耦合器应用电路设计

2008年10月第10期电子测试

EL ECTRONIC TEST Oct.2008No.10

数字信号光耦合器应用电路设计

田德恒

(莱芜职业技术学院信息工程系　莱芜　271100)

摘　要:较强的输入信号可直接驱动光耦的发光二极管,较弱的则需放大后才能驱动光耦。在光耦光敏三极管的集电极或发射极直接接负载电阻即可满足较小的负载要求;在光耦光敏三极管的发射极加三极管放大驱动,通过两只光电耦合器构成的推挽式电路以及通过增加光敏三极管基极正反馈,既达到较强的负载能力,提高了功率接口的抗干扰能力,克服了光耦的输出功率不足的缺点,又提高光耦的开关速度,克服了由于光耦自身存在的分布电容,对传输速度造成影响。最后给出了光耦合器在数字电路中应用示例。关键词:数字信号;光电耦合器;输入电路;输出电路中图分类号:TP211 文献标识码:B

Applied circuit design of optoelect ronic coupler to t he digital signal

Tian Deheng

(Dept of Information Engineering ,Lai Wu Vocational College ,Laiwu 271100,China )

Abstract :The light 2emitting diode of optocoupler can be directly drived by stro nger inp ut sig 2nals ,t he weaker t he inp ut signal can be enlarged before driving optocoupler.Connecting direct 2ly load resistance wit h t he collector or emitter of p hotot ransistor to meet smaller load require 2ment s ;drover by t he amplifier triode on t he emitter of p hotot ransistor ,p ush 2p ull circuit s con 2sisting of two optocoupler as well as positive feedback added to base of t he p hotot ransistor not o nly achieve st rong load capacity and enhance t he power of t he interface anti 2jamming capabili 2ty ,but also overcome t he shortcomings of t he scant outp ut power ,increase t he switching speed ,overcome effect on t he speed of t he t ransmission due to t he distribution of capacitance.Finally ,t he application example of t he optocoupler in t he digital circuit is given.K eyw ords :digital signal ;optoelect ronic coupler ;inp ut circuit ;outp ut circuit

0　引 言

光电耦合器是一种把发光元件和光敏元件封

装在同一壳体内,中间通过“电2光2电”转换来传输

电信号的半导体光电子器件。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

测试工具与解决方案2008.10

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。

光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向

压降V F、正向电流I F、电流传输比CTR、输入级与

输出级之间的绝缘电阻、集电极2发射极反向击穿

电压V(BR)CEO、集电极2发射极饱和压降V CE(sat)。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。

电流传输比是光耦合器的重要参数,通常用直

流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时,它

的百分

比。,CTR的范

围大多为20%～%(如4N35),而PC817则为

80%～160%,达林顿型光耦合器(如4N30)可达

100%～5000%。这表明欲获得同样的输出电流,

后者只需较小的输入电流。因此,C TR参数与晶

体管的h FE有某种相似之处。

1　输入电路设计

常用光电耦合数字信号输入电路如图1所示。

图1　常用光耦合器数字信号输入电路

光电器件或光电输入电路以及其他电路的输

出信号比较强,即光耦合器的输入信号较强的情况

下,可直接驱动光耦合器的发光二极管。电路如图

1(a)、(b)所示。其中图1(a)为高电平驱动,输入高

电平时L ED正偏导通,光耦合器输出端有信号输

出。图1(b)为低电平驱动电路,当输入信号为低

电平时L ED正偏导通,光耦合器输出端有信号输

出。如图1(a)、(b)中R1为限流电阻。图1(a)电

路中,R1以如下估算:

R1=U H-U F

I F

(1)

式中:U H为数字信号高电平电压值;U F为发光二极

管导通电压;I F为导通电流,可从手册上查得。

图1(b)电路中,R1按如下估算:

R1=

V CC-U L-U F

I F

(2)

式中:U L为低电平电压值。

当输入信号较弱时,须经放大后能驱动光耦。

增大电流驱动电路如图1(c)所示。R1亦为限流电

阻,按如下估算:

R1=

V CC-U CES-U F

I F

(3)

式中:U CES为三极管饱和压降。

2　输出电路设计

2.1　小功率输出电路接口设计

电路如图2所示。

图2　常用光耦合器输出电路

其中图2(a)为同相输出形式,即输入电平与输

出电平极性相同。当U i为高电平时L ED正向导

通发光,光敏元件受到光照后产生导通,在R2上形

成压降,U o为高电平“1”。电阻R2的由如下估算:

I L=C T R I F(4)