光電耦合器及其應(yīng)用電路（２）

方佩敏

應(yīng)用電路

各種不同結(jié)構(gòu)的光耦可滿足輸入、輸出隔離；輸入與輸出共地或不共地；輸入、輸出是直流或交流，使用極為靈活，因此應(yīng)用極為廣泛，這里介紹一些典型應(yīng)用電路。

1．隔離線性放大器電路 如果將輸入的交流信號調(diào)制成與信號電壓成比例的調(diào)制電流，則經(jīng)光耦后再經(jīng)放大可實現(xiàn)隔離線性放大，電路如圖1所示。

由+5V電壓及限流電阻（R1及RP）給發(fā)光二極管一個偏置電流IFO （一般IFO取得大一點(diǎn)，約10mA），交流信號電壓經(jīng)C1、R2后加在發(fā)光二極管上，疊加在IFO上形成調(diào)制電流。經(jīng)光耦后輸出調(diào)制的光電流，在R3上產(chǎn)生一個與輸入電壓成比例的調(diào)制電壓，此電壓經(jīng)C2隔直，交流成分則經(jīng)放大器放大輸出。

這里要指出的是經(jīng)光耦的電-光及光-電轉(zhuǎn)換，線性度不是很高。為了減小失真，偏置的電流IFO要大，信號電壓產(chǎn)生的調(diào)制電流的峰值電流不超過5mA，可使輸出電壓失真較小。這種光電隔離放大器比隔離放大器要便宜得多。另外，光電三極管的地用表示（說明與輸入電壓不共地）。

采用PS2701有較好的線性度，輸入信號的頻率可在音頻范圍。

2．市電監(jiān)測電路 圖2是一種市電監(jiān)測電路，當(dāng)停電時報警。采用TLP126光耦經(jīng)限流電阻直接與市電220V連接，使光耦的發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，使10kΩ電阻上的電壓接近Vdd（光電三極管的飽和管壓降小于0.5V），外接功率MOSFET（VT）的-VGS＜1V，則VT截止，報警電路不工作。3.3μF電容是用來穩(wěn)定VT柵極的電壓，防止交流電壓過零使柵極電壓變化太大而產(chǎn)生誤動作。

市電停電時，發(fā)光二極管無電流，光電三極管截止，VT 的-VGS=9V，VT導(dǎo)通，報警電路工作。

Si9400是P溝道功率MOSFET，其主要參數(shù)是VDS=-20V，在VGS =-10V時RDS(ON)=0.25Ω，ID=±2.5A。8管腳SO封裝，管腳排列如圖3所示，使用時，四個D要焊在一起，兩個S要焊在一起以便于散熱。

3．防盜報警器電路 一種用抽屜被撬防盜報警器電路如圖4所示。它由光遮斷器、遮斷片及有關(guān)電路組成。光遮斷器是一種光電傳感器，它由紅外發(fā)光二極管及光電三極管及黑色塑料外殼組成，其剖面如圖4左邊所示，其外形如圖4右邊所示。

其工作原理與光耦完全相同，區(qū)別僅僅是它由遮斷片來阻擋光路使光電三極管截止；當(dāng)遮斷片后移，發(fā)光二極管的紅外光照到光電三極管，光電三極管導(dǎo)通。

光遮斷器安裝在抽屜的底部，遮斷片裝在抽屜上，如圖5所示。要使防盜報警器工作，接通Vcc（+5V）及Vdd（+9V）。抽屜未被撬時，遮斷片遮住光路，光電三極管截止，VT無ID，VT也截止，光耦（TLP169G）的發(fā)光二極管無電流，光觸發(fā)雙向可控硅截止，報警電路不工作。

當(dāng)小偷撬開抽屜，拉出抽屜時，遮斷片退后，光遮斷器光路通，光電三極管導(dǎo)通，VT相繼導(dǎo)通，光耦中的發(fā)光二極管工作，光觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，報警器電路工作。

這個電路的特點(diǎn)是，一旦報警器工作，即使將抽屜關(guān)上，遮光片遮斷光路，但雙向可控仍然導(dǎo)通，報警電路仍一直報警，即使小偷發(fā)現(xiàn)光遮斷器，將它破壞，但報警電路還工作。按一下開關(guān)K斷開Vdd才能使報警電路不工作。

這里VCC的地與Vdd的地不共地，圖中用兩種地的符號表示。

由于光遮斷器有多種型號，要求發(fā)光二極管的工作電流IF各不相同，必要時要調(diào)整R1的大小，使其滿足IF的要求。

TLP160G的輸出部分光觸可控硅的最大工作電流在25℃時可達(dá)100mA（隨著溫度增加而減小）。若報警電路工作電流大于80mA，最好外接VT2，如圖6所示。

4．交流固態(tài)繼電器電路

TLP160G光耦用得最廣的是用作交流固態(tài)繼電器。它可以與外接雙向可控硅作簡單連接來驅(qū)動市電供電的各種負(fù)載。其電路如圖7所示。輸入三極管VT的基極的控制信號為高電平時，VT導(dǎo)通，紅外發(fā)光二極管也導(dǎo)通（VCC 經(jīng)RIN、紅外發(fā)光二極管、經(jīng)VT的C、E極到地），光觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通；這使外接功率較大的三端雙向可控硅導(dǎo)通，負(fù)載RL得電。其工作原理相當(dāng)于圖8中的控制開關(guān)：K閉合，雙向可控硅導(dǎo)通；K斷開，雙向可控硅截止。

如果將虛線框內(nèi)的電路做成一個單獨(dú)的模塊，它就是一個交流固態(tài)繼電器。圖7的電路適合于電阻性負(fù)載，若是電感性負(fù)載，電路中增加一個RC，如圖9所示。

這種交流固態(tài)繼電器有一個缺點(diǎn)，它的雙向可控硅不是在交流電過零時觸發(fā)導(dǎo)通，其結(jié)果是正弦波不完整，這瞬間會產(chǎn)生對電網(wǎng)的干擾。外接三端雙向可控硅耐壓要大于400V，工作電流應(yīng)大于負(fù)載最大電流。

5．過零觸發(fā)交流固態(tài)繼電器電路

采用內(nèi)部有交流電過零時觸發(fā)電路（圖10中的“ZC”部分）的ILP161G光耦，可以做成過零觸發(fā)交流固態(tài)繼電器電路，如圖10所示。它能在交流電過零附近觸發(fā)雙向可控硅，使交流波形完整，不會造成對電網(wǎng)的干擾。其工作原理與圖9相同。圖中的39Ω及0.01μF RC電路是一種浪涌電壓吸收回路，它用來保護(hù)雙向可控硅免于瞬態(tài)的過壓而損壞。外接的三端雙向可控硅選擇方法與圖9電路相同。