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光電耦合器電路

 ylw527 2011-01-07

光電耦合器開關(guān)電路

對于開關(guān)電路,往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離,這對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的,但采用光電耦合器就很容易實(shí)現(xiàn)了。圖46?中(a)所示電路就是用光電耦合器組成的簡單開關(guān)電路。

在圖中,當(dāng)無脈沖信號輸入時,三極管BG處于截止?fàn)顟B(tài),發(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光,則a、b兩端電阻非常大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開”。當(dāng)輸入端加有脈沖信號時,BG導(dǎo)通,發(fā)光二極管發(fā)光,則a、b兩端電阻變得很小,相當(dāng)于開關(guān)“接通”。故稱無信號時開關(guān)不通,為常開狀態(tài)。

圖46—4中(b)所示電路則為“帶閉”狀態(tài),因?yàn)闊o信號輸入時,雖BG截止,但發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光,使a、b

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圖46-4

 

兩端處于導(dǎo)通狀態(tài),相當(dāng)于開關(guān)“接通”。當(dāng)有信號輸入時,BG導(dǎo)通,由于BG的集電結(jié)壓降在0.3V以下,遠(yuǎn)小于發(fā)光二極管的正向?qū)妷海园l(fā)光二極管無電流流過不發(fā)光,則a、b兩端電阻極大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開”,故稱“常閉”式。

可見,開關(guān)a、b端在電路中不受電位高低的限制,但在使用中應(yīng)滿足a端電位為正,b端為負(fù),并使U&ab>3V為好,同時還應(yīng)注意Uab應(yīng)小于光電三極管的BVceo。

依據(jù)圖46—4的原理,光電耦合器可以組成如圖46—5中(a)、(b)等多種形式。

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圖46-5

 

圖中(a)為單刀雙擲開關(guān)電路,其中外接二極管D的作用,是保證輸入正脈沖信號時“od”組接通,“ob”組關(guān)斷。圖中(b)為雙刀雙擲開關(guān)電路,無輸入信號時,BG截止,“ob”與“od”組斷開,“oa”與“oc”組接通;BG導(dǎo)通(即有信號輸入時),“ob”與“od”組接通,而“oa”與“oc”組斷開。它們適于自動控制和遙控設(shè)備中使用。

2 光耦合的可控硅開關(guān)電路

圖46—6中(a)所示電路為光耦合器構(gòu)成的可控硅開關(guān)電路??煽毓鑃CR的觸發(fā)電壓取自電阻R,其大小由通過光電三極管的電流決定,直接由輸入電壓控制。該電路簡單,控制端與輸出端有可靠的電隔離。


圖46-6

 

圖中(b)所示電路,為控制負(fù)載為純電阻(如白熾燈泡)的開關(guān)電路,圖中R1的阻值由下式確定:R1=V/1.2A,1.2A為雙向開關(guān)的額定電流。當(dāng)主電網(wǎng)電壓為220V時,V=/2·220=308V,則R1=308/1.2=250Ω.所以,可控硅SCR的規(guī)格應(yīng)依R1的大小進(jìn)行選擇。

當(dāng)開關(guān)電路的負(fù)載為感性負(fù)載(如電動機(jī)等),則由于流過感性負(fù)載(線圈)的電流與電壓的相位不同,需增加相應(yīng)元件,方能保證開關(guān)電路的正常工作,如圖46?所示。

圖中雙向可控硅SCR的觸發(fā)電流,是由R3與C的不同數(shù)值而決定的,見表46—1。

表46—1   IG、R3及三者關(guān)系表

/IG(Ma)/R3(kΩ)/C(μF)

/15/2.4/0.1

/30/1.2/0.2

/50/0.8/0.3/

圖46—7的開關(guān)電路,特別適于遙控時選用。

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圖46-7

3 光電耦合器電平轉(zhuǎn)換電路

對于不同電平的轉(zhuǎn)換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開時,采用光電耦合器就顯得十分方便了。

中圖46—9的(a)與(b)圖示電路,就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路,相互連接進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的基本電路。

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圖46-9

 

圖(a)中,TTL門電路導(dǎo)通時,即輸出低電平,發(fā)光二極管導(dǎo)通,光電三極管輸出高電平;TTL門電路截止時,發(fā)光二極管截止,光電三極管輸出低電平。

圖(b)中,則是利用TTL截止輸出高電平,發(fā)光二極管導(dǎo)通,光電三極管輸出低電平;TTL導(dǎo)通輸出低電平,發(fā)光二極管截止,光電三極管輸出高電平。

在進(jìn)行具體應(yīng)用時,因CMOS集成電路在低電平時的電流只有1~2mA,難以直接驅(qū)動所接的負(fù)載,故一般需加一級三極管放大電路來驅(qū)動。

光電耦合器高壓穩(wěn)壓電路

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,比較放大管需選用耐壓高的三極管,若利用光電耦合器的輸入與輸出間絕緣良好的特點(diǎn),便可實(shí)現(xiàn)高壓控制。

圖46—10中的(a)與(b)所示的電路,就是利用光電耦合器的高壓穩(wěn)壓電路。

46-10.jpg (28722 字節(jié))
圖46-10

 

圖(a)中,當(dāng)輸出電壓因某種原因?qū)е律邥r,則BG5的偏壓增加,發(fā)光二極管的正向電流增大,使光電三極管集電結(jié)電壓減小,即引起調(diào)整管BG1發(fā)射結(jié)電壓下降,其集電結(jié)電壓上升,從而使原來升高的輸出電壓減小,保持輸出電壓的穩(wěn)定。BG3管為限流保護(hù)電路。光電耦合器是工作在放大狀態(tài)的。

5 用于雙穩(wěn)態(tài)輸出的光耦合電路

圖46—8中(a)所示電路,為光電耦合器控制的雙穩(wěn)態(tài)輸出開關(guān)電路,它的特點(diǎn)是由于光電耦合開關(guān)接在兩管的發(fā)射極回路上,故能有效地解決輸出與負(fù)載間的隔離問題。

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圖46-8(a)

 

圖46—8中(b)所示電路為光電耦合開關(guān)的施密特電路。當(dāng)輸入電壓U1為低電平時,光電三極管C、e間呈高電阻,BG1導(dǎo)通,BG2截止,則輸出電壓U0為低電平;當(dāng)輸入電壓U1大于鑒幅值時,光電三極管c、e間呈低電阻,則BG1截止,BG2導(dǎo)通,輸出的電壓U0為高電平。調(diào)節(jié)電阻R3,即改變鑒幅電平。

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圖46-8(b)

6 光電耦合器組成開關(guān)電路
    圖1電路中,當(dāng)輸入信號ui為低電平時,晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài),光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零,輸出端Q11、Q12間的電阻很大,相當(dāng)于開關(guān)“斷開”;當(dāng)ui為高電平時,v1導(dǎo)通,B1中發(fā)光二極管發(fā)光,Q11、Q12間的電阻變小,相當(dāng)于開關(guān)“接通”.該電路因Ui為低電平時,開關(guān)不通,故為高電平導(dǎo)通狀態(tài).同理,圖2電路中,因無信號(Ui為低電平)時,開關(guān)導(dǎo)通,故為低電平導(dǎo)通狀態(tài).

光電耦合器組成邏輯電路
    圖3電路為“與門”邏輯電路。其邏輯表達(dá)式為P=A.B.圖中兩只光敏管串聯(lián),只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時,輸出P=1.同理,還可以組成“或門”、“與非門”、“或非門”等邏輯電路.
    3.組成隔離耦合電路
    電路如圖4所示.這是一個典型的交流耦合放大電路.適當(dāng)選取發(fā)光回路限流電阻Rl,使B4的電流傳輸比為一常數(shù),即可保證該電路的線性放大作用。

光電耦合器組成門廳照明燈自動控制電路
    電路如圖6所示。A是四組模擬電子開關(guān)(S1~S4):S1,S2,S3并聯(lián)(可增加驅(qū)動功率及抗干擾能力)用于延時電路,當(dāng)其接通電源后經(jīng)R4,B6驅(qū)動雙向可控硅VT,VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測電路。當(dāng)門關(guān)閉時,安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用,其觸點(diǎn)斷開,S1,S2,S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家打開門,磁鐵遠(yuǎn)離KD,KD觸點(diǎn)閉合。此時9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電,C1兩端電壓很快上升到9V,整流電壓經(jīng)S1,S2,S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通,VT亦導(dǎo)通,H點(diǎn)亮,實(shí)現(xiàn)自動照明控制作用。房門關(guān)閉后,磁鐵控制KD,觸點(diǎn)斷開,9V電源停止對C1充電,電路進(jìn)入延時狀態(tài)。C1開始對R3放電,經(jīng)一段時間延遲后,C1兩端電壓逐漸下降到S1,S2,S3的開啟電壓(1.5v)以下,S1,S2,S3恢復(fù)斷開狀態(tài),導(dǎo)致B6截止,VT亦截止,H熄來,實(shí)現(xiàn)延時關(guān)燈功能。

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