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在原理图中,使用了基于低成本光电晶体管的光电耦合器PC817。红外线LED将由S1开关控制。当开关打开时,9V电池电源将通过限流电阻10k为LED提供电流。强度由R1电阻控制。如果我们改变值并降低电阻,LED的强度会很高,使晶体管增益很高。另一方面,晶体管是由内部红外LED控制的光电晶体管,当LED发出红外光时,光电晶体管将接触,VOUT将为0,关闭连接在其上的负载。根据数据表,晶体管的集电电流为50mA,R2提供VOUT5v,R2是一个上拉电阻。
光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。对于高频交流模拟信号,变压器隔离是常见的选择,但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。
由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光;由于光电耦合器的外壳是密封的,它不受外部光的影响;光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω)、隔离电容很小(约几个pF)所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。
普通光耦合器的CTR-IF特性曲线是非线性的,当IF很小时,非线性失真严重,因此不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度,是在信号较小时,交流电流传输比(ΔCTR=ΔIC/ΔIF)接近直流电流传输比(CTR)。因此,它适用于传输模拟电压或电流信号,可以使输出与输入呈线性关系。这是它的重要特征。使用光耦合器的主要目的是在输入电路和输出电路之间提供隔离。在设计电路时,遵循以下原则:所选的光耦合器符合国内和隔离击穿电压标准。英国Isocoman公司和美国摩托罗拉生产的4N系列光耦合器(如4N25,4N26,4N35)在中国得到广泛应用。鉴于这种光耦合器的开关特性,其线性度较差,适用于传输数字信号(高电平和低电平),可用于单芯片的输出隔离。所使用的光耦合器器件具有高耦合系数。
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