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光电晶体管是通过其集电和发射来切换输出电路,在这一点上与典型的BJT晶体管相同。LED的强度直接控制光电晶体管,因为两个独立的电路可以由光耦合器控制。另外,光电晶体管和红外LED之间的空间是透明的非导电材料,隔离了两个不同的电路。LED和光电晶体管之间的中空空间可以使用玻璃、空气或透明塑料制成,电气隔离要高得多,通常为10kV或更高。光耦合器工作原理光耦合器由作为LED的发射器和作为光敏元件的接收器组成。
当柱透镜半径R与光纤半径相同,激光器位于光轴上,且镜面位于Z=0.3R时,可得到大耦合效率,约为80%。如果激光器的位置在轴向有偏离,则耦合效率明显下降,也就是说,这种耦合方式对激光器、圆柱透镜及光纤相对位置的性要求很高。凸透镜耦合。先将光源放在凸透镜的焦点上,使光变为平行光,然后再用另一个凸透镜将此平行光聚焦到光纤端面上。如图5.18所示。这种耦合器由两部分合成,每部分各含一个凸透镜。由于是平行光,连接部分的要求不高。调整、组装等都比较容易,使用也比较方便。耦合效率可达80%以上。
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。
光纤端面球透镜耦合。这种方法是将光纤端面做成一个半球形,使它起到短焦距透镜作用。端面球透镜可起到提高光纤的等效收光角的作用,因而耦合效率提高了。实验表明这种耦合方法对阶跃型光纤效果较好,对折射率型光纤则效果差些。圆柱透镜耦合。半导体所发出的光在空间是不对称的,在平行于PN结方向上光束比较集中(2θ∥约为5°~6°),在垂直于PN结方向上发散较大(2θ⊥约为40°~60°)。所以直接耦合时效率不高。如果设法使垂直于PN结方向上的光束压缩,整个光斑从细长的椭圆形变为接近圆形,然后再与圆形截面的光纤相耦合,这样耦合效率就会有很大提高。利用圆柱透镜可以达到这个目的。
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