光電耦合器可根據(jù)不同要求，由不同種類的發(fā)光元件和光敏元件組合成許多系列的光電耦合器,。目前應(yīng)用最廣的是發(fā)光二極管和光敏三極管組合成的光電耦合器,。

光耦以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離,，具有抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn),。對(duì)于既包括弱電控制部分，又包括強(qiáng)電控制部分的工業(yè)應(yīng)用測(cè)控系統(tǒng),，采用光耦隔離可以很好地實(shí)現(xiàn)弱電和強(qiáng)電的隔離,，達(dá)到抗干擾目的。但是,，使用光耦隔離需要考慮以下幾個(gè)問題：①光耦直接用于隔離傳輸模擬量時(shí),，要考慮光耦的非線性問題；②光耦隔離傳輸數(shù)字量時(shí),，要考慮光耦的響應(yīng)速度問題,；③如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計(jì)問題,。

1.光電耦合器非線性的克服光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管,，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表示,，如圖1b所示,；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性,，如圖1c所示,。由圖可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域,，直接用來傳輸模擬量時(shí)精度較差,。

圖1光電耦合器結(jié)構(gòu)及輸入、輸出特性?

解決方法之一,，利用2個(gè)具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器,，T1和T2，以及2個(gè)射極跟隨器A1和A2組成，如圖2所示,。如果T1和T2是同型號(hào)同批次的光電耦合器,可以認(rèn)為他們的非線性傳輸特性是完全一致的,，即K1(I1)=K2(I1)，則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2,。

圖2 光電耦合器電路圖

由此可見,，利用T1和T2電流傳輸特性的對(duì)稱性，利用反饋原理,，可以很好的補(bǔ)償他們?cè)瓉淼姆蔷€性,。另一種模擬量傳輸?shù)慕鉀Q方法，就是采用VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式,，如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)變送器輸出模擬量信號(hào)(假設(shè)電壓信號(hào))，電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖序列,，通過光耦隔離后送出,。在主機(jī)側(cè)，通過一個(gè)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成模擬信號(hào),。此時(shí),，相當(dāng)于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響,。這是一種有效,、簡單易行的模擬量傳輸方式。

圖3 VFC方式傳送信號(hào)

當(dāng)然,，也可以選擇線性光耦進(jìn)行設(shè)計(jì),，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136,。線性光耦一般價(jià)格比普通光耦高,，但是使用方便，設(shè)計(jì)簡單,；隨著器件價(jià)格的下降,，使用線性光耦將是趨勢(shì)。

2.提高光電耦合器的傳輸速度

當(dāng)采用光耦隔離數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),，光電耦合器的傳輸特性,，即傳輸速度,，往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素,。在許多總線式結(jié)構(gòu)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的相互干擾,，同時(shí)不降低通訊波特率,，我們不得不采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138,。但是,，高速光耦價(jià)格比較高，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本提高,。這里介紹兩種方法來提高普通光耦的開關(guān)速度,。

由于光耦自身存在的分布電容，對(duì)傳輸速度造成影響,，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce,，如圖4所示。由于光耦的電流傳輸比較低,，其集電極負(fù)載電阻不能太小,，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是,，負(fù)載電阻又不宜過大,，負(fù)載電阻RL越大，由于分布電容的存在,，光電耦合器的頻率特性就越差,，傳輸延時(shí)也越長。

圖4 光敏三極管

用2只光電耦合器T1,，T2接成互補(bǔ)推挽式電路,，可以提高光耦的開關(guān)速度，如圖5所示,。當(dāng)脈沖上升為“1”電平時(shí),，T1截止，T2導(dǎo)通,。相反,，當(dāng)脈沖為“0”電平時(shí)，T1導(dǎo)通,，T2截止,。這種互補(bǔ)推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個(gè)光電耦合器的頻率特性。

圖5 光電耦合器構(gòu)成的推挽式電路

此外,，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路,，這樣可以大大提高光電耦合器的開關(guān)速度。如圖6所示電路,，通過增加一個(gè)晶體管,，四個(gè)電阻和一個(gè)電容，實(shí)驗(yàn)證明,，這個(gè)電路可以將光耦的最大數(shù)據(jù)傳輸速率提高10倍左右,。

圖6

3.光耦的功率接口設(shè)計(jì)

微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中,，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動(dòng)各種類型的負(fù)載,，如直流伺服電機(jī),、步進(jìn)電機(jī)、各種電磁閥等,。這種接口電路一般具有帶負(fù)載能力強(qiáng),、輸出電流大、工作電壓高的特點(diǎn),。工程實(shí)踐表明,，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動(dòng)化裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵,。