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光耦原理图-光耦原理图

光耦这东西,就是把两个世界隔得严严实实的“电子桥”。左边是纯模拟的,是那些全是噪声、电压不稳、信号飘忽的模拟电路;右边是纯数字的,是芯片,它要么 0 要么 1,要么开要么关,连个呼吸都没有。中间夹着个光耦,像个守门员,哪位也不许哪位讲话,但光一来,哪位都能过。 造个光耦图,实际上就三步走。
第一步,你得搞个发光二极管,简称 LED。
这是它的心脏,消耗掉大约 60% 到 70% 的输入电流。
第二步,是个光电二极管,叫光敏二极管,简称 PD。
这东西得特别敏感,不然信号传不那会儿。
第三步,再串一个光耦,就是你平时看到的那个黑乎乎的方块。 画个图,实际上挺好办的。左边冒个 LED,右边接个 PD,中间再串个光耦。
要是把 LED 和 PD 连起来,那就是同相器,信号直接传那会儿,多了个发光环节,效率反而低。但光耦图不一样,灯泡和管子是分开的。灯泡没电不亮,管子没光没电。
故此光耦图是隔离的,ADC 接灯泡,DAC 接管子,中间隔着光耦,彻底不管它们俩之间的事。 最讲究的就是那个光耦选型。
一般/平平的 piyasas 光耦,便宜但慢,响应工夫能达到几十微秒,模拟电路里根本够用。但要是模拟电路,比如做滤波器、移相,要么做低速的过零检测,那就得看慢一点的。
这时候就得看带宽了。带宽是衡量光耦性能的关键指标。
比如一个光耦带宽是 100kHz,那它每秒能处理 10 万个信号周期。
要是你的信号是 10kHz,那 100kHz 的光耦够用;但要是是 100kHz 就连更高,那 100kHz 的光耦就快跟不上,害得信号失真。
这时候就得找带宽在 1MHz 就连更高的光耦,要么干脆用逻辑电平光耦,直接做数字接口,别看它比模拟接口慢,但容错率高,坏了也不至于整个系统瘫痪。 还有封装尺寸也得看情况。
要是是高频应用,要么封装体积挺小的地方,就得选小封装。大封装别看容量大,但体积占地方,就连影响散热,高频下还可能出于信号线过长害得衰减。 再说说具体如何接。本质就是输入接灯泡,输出接管子,中间加个光耦。
关键在于那根公共端。在模拟电路里,公共端一般连地,要么浮地,具体看电路需求。
要是在模拟电路中,公共端接地,那信号就是浮动地,这样光耦的共模抑制比(CMRR)性能更好一点,出于光耦内部结构对称,共模干扰会被抑制。 光耦图里还有个细节,就是输入电流。LED 的电流不能忒大,忒大了光衰快,寿命短。
一般用 10mA到 20mA 的电流,忒小的话那个管子看不清楚,忒大会烧管子。
不过这个参数得动,具体得看你那个模拟电路的负载本事,毕竟负载不同,准的电流也不同。 除了模拟,光耦在通信里也有用,比如光纤接口。
这时候它就是个光中继器。信号进光纤,光耦把光信号转换成电信号传那会儿,再传回来。它的响应工夫比模拟接口快,特别适合高速通信。
这时候看它的色散特性,比如 X 波段和 C 波段的传播速度。X 波段传播快,C 波段传播慢,具体取决于波长。 画光耦图的时候,还得注意那些不标准的符号。
比如二极管符号,有时候是圆形的,有时候是箭头的,看设备手册。光耦符号也是五花八门的,有的像三极管,有的像二极管,有的就是个黑盒子。
一般看数据手册里的符号表,要么问工程师,别瞎猜。 还有封装类型,MO-1、MO-2、MO-3、MO-4,这是老式光耦的叫法,目前少用。MO-1 是一般/平平光耦,MO-2 是慢速的,MO-3 是高速的。目前的趋势是 IP 封装,比如 IP68,那个是印在壳上的,直接看外壳标识。 实际上大家最头疼的往往是那些噪声。模拟电路最怕的就是干扰,比如 50Hz 的工频干扰,要么空调、开关电源的噪声。光耦别看隔离了电压,但光电效应本身还是有噪声的,并且光电二极管对噪声也挺敏感。
故此光耦图里,光耦前面一般会有电阻电容,用来滤掉高频噪声,保护后面的电路。 光线也是个大因素。LED 对光敏感,受周围环境光影响大。
故此在光耦图里,最好加一个遮光罩,要么在电路里加暗电流抑制电路,把暗电流降下来。
不然白天晚上信号都对不上,系统直接挂。 光耦图实际上挺“散”,不像教科书那样条理清楚。
有时候画个灯泡,旁边再画个光耦,没说明白用啥光耦,带宽多少。
有时候画个管子,多重,没标参数。但实际工程中,工程师都是从数据手册里找参数,然后自己拼起来。就像搭积木,每块积木都有自己的一套规范,但组装的时候得根据项目需求调整。 最终说下光耦的寿命。LED 寿命是几千小时到几万小时,取决于电流和封装。光敏二极管也是,寿命相对短,一般几万次。
故此设计的时候要注意电流密度,不够大浪费,忒大好办坏。
还有温度,温度升高,光耦的响应工夫变长,就连失效。环境温度和结温都关键,特别是模拟电路,温度漂移是个大难题。 总而言之,光耦图就是个画板,用来表达隔离和转换的概念。别看画得松散,参数不全,但道理都在这。
记住,光耦图的核心在于隔离、带宽、噪声抑制还有散热。画好它,模拟电路和数字电路就能和平共处,互不干扰。
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