光电耦合器的发展及应用

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1、光电耦合器的发展及应用

2、第1内容加载中...摘要：半导体光电耦合器现已发展成为一类特殊的半导体隔离器件。它体积小、寿命长、无触点、抗干扰、能隔离，并具有单向信号传输和容量连接等功能。文中介绍了光电耦合器的典型结构和特点以及国内外的发展现状，最后给出了半导体电隔离耦合器件的多种应用电路实例。关键词：发光器件光接收器件输入输出光电耦合器随着半导体技术和光电子学的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件——光电耦合器于1966年问世了。500)this.style.ouseg(this)">光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、

3、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。1光电耦合器的结构特点光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳

4、内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时，发光器件发光。这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。图1是三种系列的光电耦合器电路图。光电耦合的主要特点如下：●输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于1010Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。●由于“光”传输

5、的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。500)this.style.ouseg(this)">●由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。●容易和逻辑电路配合。●响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。●无触点、寿命长、体积小、耐冲击。2光电耦合器的发展现状日本光电耦合器的市场虽不太大，但却以40%的年增长率增大，其主要原因是每一个程序控制器里

6、都要用到20～30个甚至更多的光电耦合器。现在，光电耦合器已显示出一种朝大容量和高速度方向发展的明显趋势。美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成的器件为主，该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高（一般为7～30%），而且响应速度比较快（2～5μs），因而能够满足大多数应用场合要求。日本横河电机公司用GaAsP红外发光二极管作输入端，PIN光电二极管作接收端制成的三种高速光电耦合器的绝缘电压都在3000伏以上，其中5082—43610型超高速数字光电耦合器和50

7、82—4361型高共模抑制型光电耦合器的响应速度均可达到10Mb/s，它们的电流传输效率高达60%以上。美国莫托罗拉公司生产的4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三极管输出型光电耦合器[2]，这种光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能，其频率响应可达300kHz，而开关时间只有几微秒。在日本电气公司（NEC）生产的高速光电耦合器中，PS2101型光电耦合器是一种通用的四脚扁平组件，它采用砷铝镓红外发光二极管和硅光电晶体管组合而成，并将其封装4×4.4×2立方毫米的体积之内，其响应速度为10μs。而PS2041和PS2042型光电耦

8、合器则是将砷铝镓发光二极管和光电晶体管集成在同一衬底上的六脚封装组件，500)this.style.ouseg(this)">它们的大小为7.08×7.6×3.5立方毫米，响应时间为0.3μs。近几年来，国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益电耦合器。这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成，其输出端由两只Si—PIN光电探测器以及两个高速高增益

9、线性放大电路组成。图2所示为其原理电路图，除此之外，重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型