第6章 发光器件及光电耦合器件.ppt

第6章 发光器件与光电耦合器件 6.1 发光二极管的基本工作原理与特性 1. PN结注入发光 6.1.2 基本结构 1. 面发光二极管 2. 边发光二极管 6.1.3 LED的特性参数 1. 发光光谱和发光效率 2. 时间响应特性与温度特性 3. 发光亮度与电流的关系 4. 最大工作电流 5. 伏安特性 6. 寿命 6.1.4 驱动电路 6.2 发光二极管的应用 6.2.1 数字、文字及图像显示 6.2.2 指示、照明 6.2.3 光电开关、报警、遥控、耦合 6.2.4 光源 6.4 光电耦合器件 6.4.1 光电耦合器件的结构与电路符号 1. 光电耦合器件的结构 3. 光电耦合器件的特点 6.4.2 光电耦合器件的特性参数 2.隔离特性 3.光电耦合器件的抗干扰特性 6.5 光电耦合器件的应用 6.5.2 用于逻辑门电路 1. PN结注入发光  6.5.3 隔离方面的应用 6.5.4 可控硅控制电路中的应用 思考题与习题6 (1) 输入与输出间隔离电压BVCFO 光电耦合器的输入（发光器件）与输出（光电接收器件）的隔离特性可用它们之间的隔离电压BVCFO来描素。一般低压使用时隔离特性都能满足要求，在高压使用时，隔离电压成为重要的参数。已经可以制造出用于高压隔离应用的耐压高达几千伏或上万伏的光电耦合器件。 (2)输入与输出间的绝缘电阻RFC 光电耦合器隔离特性另一种描述方式是绝缘电阻。光电耦合器的隔离电阻一般在109 1013Ω之间。它与耐压密切相关，它与β的关系和耐压与β的关系一样。 ~ (1)光电耦合器件抗干扰强的原因 ① 光电耦合器件的输入阻抗很低，一般为10Ω~1kΩ；而干扰源的内阻很大，为103~106Ω。按分压比计算，能够馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声变得很小。 ② 由于干扰噪声源的内阻很大，干扰电压供出的能量却很小，只能形成很弱的电流。而发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，被它抑制掉。 ③ 光电耦合器件的输入、输出是用光耦合的，且被密封在管壳内，不会受到外界光的干扰。 ④ 光电耦合器件的输入、输出间寄生电容很小(为0.5 ~ 2pF)，绝缘电阻大(为1011~1013Ω)，因而输出系统的各种干扰噪音很难通过光电耦合器件反馈到输入系统。 (2)光电耦合器件抑制干扰噪声电平的估算 在向光电耦合器输送信息(例如矩形脉冲信号)的同时，不可避免地进入干扰信号。这些干扰信号由系统自身产生的干扰、电源脉动干扰、外界电火花干扰以及继电器释放所产生的反电势的泄放干扰等。干扰信号包含各种白噪声和各种频率的尖脉冲， 其中以继电器等电磁电器的开关干扰最为严重。这些干扰信号的波形如图6-37（a）所示。设每个干扰脉冲宽度为1μs，重复频率为500kHz。经过傅立叶变换，得到含有各种频率的序列余弦函数 U(t)=A/2+ (2 A/π) cos2πFt－ (2 A/3π) cos2π3Ft+ (2 A/5π) cos2π5Ft… (6-21) 由上式可以看出，其的直流分量为 ，交流分量的幅度随频率的升高逐级减弱。 可以用一次分量来近似地表示整个的交流分量 而不会带来太大的误差。 Uf(t)= 2 A/π cos2πFt (6-22) 如图6-38所示，继电器开关干扰常由绕组与接触点间的寄生电容Cs窜入光电耦合器件的输入端。图6-38(b)所示为它的交流等效电路。 设继电器绕组与接触点间的寄生电容Cs为2pF，则等效内阻Zo为 (6-23) 设使光电耦合的最小输入电流为1mA，发光二极管的正向压降为1V，故，等效输入阻抗Z=lkΩ。显然，Z＜＜Z。在该回路内，当瞬时电流达到1mA时，干扰源的基波幅值为 (6-24) 根据式（6-22），可求出使光电耦合器工作的最小电压脉冲的幅值为 Umin=250V 在实际应用中，继电器工作在30V以下，继电器开关引起的干扰脉冲绝不可能高于250V ，因此，不会干扰耦合器。 6.5.1 用于电平转换 工业控制系统所用集成电路的电源电压和信号脉冲的幅度常不尽相同，如TTL的电源为5V，HTL为12V，PMOS为－22V，CMOS则为5~20V。如果在系统中必须采用二种集成电路芯片，就必需对电平