1．輸出口的隔離

在單片機應用系統中，為防止現場強電磁的干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到測控系統，一般采用通道隔離技術。輸出通道的隔離最常用的組件是光耦合器，簡稱光耦。

光耦合器是以光為媒介傳輸信號的器件，它把一個發光二極管和一個光敏二極管封裝在一個管殼內，發光二極管加上正向輸入電壓信號（》1.1V）就會發光，光信號作用在光敏三極管基極光電流使三極管導通，輸出電信號。如圖1所示。

圖1 光耦合器 圖2 繼電器輸出接口

光耦合器的輸入電路與輸出電路是絕緣的。一個光耦合器可以完成一路開關量的隔離，如果將光耦合器8個或16個一起使用，就能實現8位數據或16位數據的隔離。

光電耦合器的輸入側都是發光二極管，但是輸出側有多種結構，如光敏晶體管、達林頓型晶體管、TTL邏輯電路以及光敏可控硅等。光耦合器的具體參數可查閱有關的產品手冊，其主要特性參數有以下幾個方面：

①導通電流和截止電流：對于開關量輸出場合，光電隔離主要用其線性輸出特性。當發光二極管兩端通以一定電流時，光耦合器輸出端處于導通狀態；當流過發光二極管的電流小于某一值時，光耦合器輸出端截止。不同的光耦合器通常有不同的導通電流，一般典型值為10mA。

②頻率響應：由于受發光二極管和光敏二極管響應時間的影響，開關信號傳輸速度和頻率受光耦合器頻率特性的影響。因此，在高頻信號傳輸中要考慮其頻率特性。在開關量輸出通道中，輸出開關信號頻率一般較低，不會受光耦合器頻率特性影響。

③輸出端工作電流：是指光耦合器導通時，流過光敏三極管的額定電流。該值表示了光耦合器的驅動能力，一般為mA量級。

④輸出端暗電流：是指光耦合器處于截止狀態時輸出端流過的電流。對光耦合器來說，此值越小越好，以防止輸出端的誤觸發。

⑤輸入輸出壓降：分別指發光二極管和光敏三極管的導通壓降。

⑥隔離電壓：表示了光耦合器對電壓的隔離能力。

光耦合器二極管側的驅動可直接用門電路去驅動，一般的門電路驅動能力有限，常用帶OC門的電路（如7406、7407）進行驅動。

2．繼電器輸出接口

繼電器方式的開關量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅動大型設備時，往往利用繼電器作為測控系統輸出至輸出驅動級之間的第一級執行機構。通過該級繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓直流的過度。如圖2所示，在經光耦合器光電隔離后，直流部分給繼電器控制線圈供電，而其輸出觸點則可直接于220V市電相接。由于繼電器的控制線圈有一定的電感，在關斷瞬間會產生較大的反電勢，因此在繼電器的線圈上常常反向并聯一個二極管用于電感反向放電，以保護驅動晶體管不被擊穿。不同的繼電器，允許驅動電流也不一樣。對于需要較大驅動電流的繼電器，可以采用達林頓輸出的光耦直接驅動；也可以在光耦與繼電器之間再加一級三極管驅動。

3．雙向晶閘管輸出接口

圖3為MOC3041與雙向晶閘管的接線圖。

圖3 MOC3041與雙向晶閘管的接線圖

雙向晶閘管具有雙向導通功能，能在交流、大電流場合使用，且開關無觸點，因此在工業控制領域有著極為廣泛的應用。傳統的雙向晶閘管隔離驅動電路的設計，是采用一般的光隔離器和三極管驅動電路。現在已有與之配套的光隔離器產品。這種器件稱為光耦合雙向晶閘管驅動器，與一般的光耦不同，在于其輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管，有的還帶有過零同負載電壓使用，如MOV3011用于110V交流，而MOV3041等可適用于220V交流使用，用MOC3000系列光電耦合器直接驅動雙向晶閘管，大大簡化了傳統的晶閘管隔離驅動電路的設計。

4．固態繼電器輸出接口

固態繼電器（SSR）是近年發展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL、HTL、CMOS等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅動，因此適宜于在微機測控系統中作為輸出信道的控制組件。其輸出利用晶體管或晶閘管驅動，無觸點。與普通的電磁式繼電器和磁力開關相比，具有無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快、體積小、重量輕、壽命長、工作可靠等特點，并且耐沖力、抗潮濕、抗腐蝕、因此在微機測控等領域中，已逐步取代傳統的電磁式繼電器和磁力開關作為開關量輸出控制器件。

圖4 固態繼電器內部邏輯圖

圖4是固態繼電器的內部邏輯框圖。它由光電耦合電路、觸發電路、開關電路、過零控制電路和吸收電路五部分構成。這5部分被封裝在一個六面體外殼內，成為一個整體，外面有四個引腳（圖中A、B、C、D）。如果是過零型SSR就包括“過零控制電路”部分，而非過零型SSR則沒有這部分電路。

固態繼電器按其負載類型分類，可分為直流型和交流型兩類：

1．直流型固態繼電器

直流型固態繼電器主要用于直流大功率控制場合。其輸入端為一光耦合電路，因此可用OC門或晶體管直接驅動，驅動電流一般3～30mA，輸入電壓為5～30V，因此在電路設計時可選用適當的電壓和限流電阻R。其輸出端為晶體管輸出，輸出電壓30～180V。注意在輸出端為感性負載時，要接保護二極管用于防止直流固態繼電器由于突然截止所引起的高電壓。

2．交流型固態繼電器

交流型固態繼電器分為非過零型和過零型，兩者都是用雙向晶閘管作為開關器件，用于交流大功率驅動場合。圖5為交流型固態繼電器的控制波形圖。

（a） 過零型交流固態繼電器 （b）非過零型交流固態繼電器

圖5 交流型固態繼電器的控制波形圖

對于非過零型SSR，在輸入信號時，不管負載電源電壓相位如何，負載端立即導通；而過零型必須在負載電源電壓接近零且輸入控制信號有效時，輸出端負載電源才導通，可以抑制射頻干擾。當輸入端的控制電壓撤銷后，流過雙向晶閘管負載電流為零時才關斷。

對與交流型SSR，其輸入電壓為3～32V，輸入電流3～32mA，輸出工作電壓為交流140～400V。幾種交流型SSR的接口電路如圖6所示，其中（a）為基本控制方式，（b）為TTL邏輯控制方式。對于CMOS控制要再加一級晶體管電路進行驅動。

（a）基本控制方式 （b）TTL邏輯控制方式

圖6 SSR的驅動方式