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光電耦合器的使用常識和簡易測試方法

2012年05月16日 15:53 www.tosharp.cn 作者:潮光光耦網(wǎng) 用戶評論(0
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由于光電耦合器的組成方式不盡相同,所以在檢測時應針對不同的結構特點,采取不同的檢測方法。例如,在檢測普通光電耦合器的輸入端時,一般均參照紅外發(fā)光二極管的檢測方法進行。對于光敏三極管輸出型的光電耦合器,檢測輸出端時應參照光敏三極管的檢測方法進行。

1.萬用表檢測法。

這里以MF50型指針式萬用表和4腳PC817型光電耦合器為例,說明具體檢測方法:首先,按照圖1(a)所示,將指針式萬用表置于“R×100”(或“R×1k”)電阻擋,紅、黑表筆分別接光電耦合器輸入端發(fā)光二極管的兩個引腳。如果有一次表針指數(shù)為無窮大,但紅、黑表筆互換后有幾千至十幾千歐姆的電阻值,則此時黑表筆所接的引腳即為發(fā)光二極管的正極,紅表筆所接的引腳為發(fā)光二極管的負極。

然后,按照圖1(b)所示,在光電耦合器輸入端接入正向電壓,將指針式萬用表仍然置于“R×100”電阻擋,紅、黑表筆分別接光電耦合器輸出端的兩個引腳。如果有一次表針指數(shù)為無窮大(或電阻值較大),但紅、黑表筆互換后卻有很小的電阻值(<100Ω),則此時黑表筆所接的引腳即為內部NPN型光敏三極管的集電極c、紅表筆所接的引腳為發(fā)射極e。當切斷輸入端正向電壓時,光敏三極管應截止,萬用表指數(shù)應為無窮大。這樣,不僅確定了4腳光電耦合器 PC817的引腳排列,而且還檢測出它的光傳輸特性正常。如果檢測時萬用表指針始終不擺動,則說明光電耦合器已損壞。

圖1?光電耦合器的檢測

需要說明的是:光電耦合器中常用紅外發(fā)光二極管的正向導通電壓較普通發(fā)光二極管要低,一般在1.3V以下,所以可以用指針式萬用表的“R×100”電阻擋直接測量,并且圖 1(b)中的電池G電壓取1.5V(用1節(jié)5號電池)即可。還可用圖1(a)所示的萬用表接線直接取代圖1(b)所示的輸入端所接正向電壓(即電阻器R和電池G),使測量更方便,只不過需要增加一塊萬用表。

至于多通道光電耦合器的檢測,應首先將所有發(fā)光二極管的管腳判別出來,然后再確定對應的光敏三極管的管腳。對于在線路的光電耦合器,最好的檢測方法是“比較法”,即拆下懷疑有問題的光電耦合器,用萬用表測量其內部二極管、三極管的正向和反向電阻值,并與好的同型號光電耦合器對應腳的測量值進行比較,若阻值相差較大,則說明被測光電耦合器已損壞。

2.鑒別器檢測法。

筆者多年前曾根據(jù)光電耦合器的原理,設計制作了一個能夠快速判斷光電耦合器好壞的小巧鑒別器,其電路如圖2所示。當將光電耦合器的輸入、輸出引腳分清極性后正確插入鑒別器的4個相應插孔內時,如果發(fā)光二極管VD1、VD2同步閃爍發(fā)光,則證明光電耦合器完好。如果VD1不閃爍發(fā)光,則說明光電耦合器內部發(fā)光管已開路;如果VD1閃爍發(fā)光,但VD2不亮或恒定發(fā)光,說明光電耦合器內部不是發(fā)光管失效就是光敏晶體管已開路或擊穿損壞。

圖2?光電耦合器鑒別器電路圖

圖3?自制光電耦合器

制作時,VD1用紅色閃爍發(fā)光二極管,VD2用綠色普通發(fā)光二極管。R用RTX-1/8W型碳膜電阻器。4個管腳插孔可用0.4mm~0.6mm的裸銅絲,在一枚2號大頭針上密繞十幾圈,并在尾端留出長度大于3cm的焊接引線(應套上絕緣管),然后脫胎而成。G用4節(jié)5號干電池串聯(lián)(6V)而成,如用4F20-6V型疊層干電池會更方便。整個電路可焊裝在一個體積合適的塑料小盒內,面板開孔伸出兩個發(fā)光二極管的管帽和4個插孔。注意:輸入和輸出插孔的間距不要超過1cm,各插孔伸出的引線長度不要小于2cm,便于靈活互換位置,以適應不同型號和引腳排列的光電耦合器檢測。本裝置不設電源開關,用畢拔掉光電耦合器,電源即被自動切斷。

使用常識
1.光電耦合器的品種和類型繁多,在實際應用時要根據(jù)不同的電路選擇不同類型的光電耦合器。例如,輸入部分有兩個“背對背”發(fā)光二極管的光電耦合器,適合應用于交流輸入的場合;采用達林頓輸出結構的光電耦合器,適合應用于輸出較大電流的場合;輸出由光觸發(fā)雙向晶閘管組成的光電耦合器,適合用來驅動交流負載。
2.?光電耦合器的封裝形式與內部結構、電路功能完全是兩回事。外形相同的光電耦合器,功能可能完全不同;功能相同的電路也可以用不同的封裝。所以選用或代換光電耦合器時,只能以它的型號為根據(jù)。另外,光電耦合器直接用于隔離傳輸模擬量時,必須要考慮它的輸出端非線性問題。用于隔離傳輸數(shù)字量時,要考慮它的響應速度問題。如果對輸出有功率要求,還得考慮功率接口設計問題。
3.?光電耦合器就輸出特性而言,有非線性(數(shù)字型)光電耦合器和線性(模擬型)光電耦合器兩種。非線性光電耦合器的電流傳輸特性曲線是非線性的,這類產品適合于開關信號的傳輸,不適合于傳輸模擬量。線性光電耦合器的電流傳輸特性曲線接近直線,并且小信號時性能較好,能以線性特性進行隔離控制。彩電、顯示器等的開關電源中常用的光電耦合器為線性產品,如果換成非線性產品,就有可能使振蕩波形變壞,嚴重時出現(xiàn)寄生振蕩,對圖像畫面等產生干擾,同時使電源帶負載能力下降。因此,在維修家電產品的開關電源時,如果發(fā)現(xiàn)光電耦合器損壞,一定記著要用線性光電耦合器去代換。常用的4腳線性光電耦合器有 PC817A~C、PC111、TLP521等,6腳線性光電耦合器有LP632、TLP532、PC614、PC714、PS2031等。電子愛好者非常熟悉的4N××系列(如4N25、4N26、4N35、4N36等)光電耦合器,主要用于傳輸數(shù)字信號(高、低電平),屬于非線性光電耦合器,其線性度差,是不適合用于開關電源中的。
4.?光電耦合器“隔離”作用的建立需要滿足一定的外部條件:首先,在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨立的電源,若兩端共用一個電源,則光電耦合器的隔離作用將失去意義;其次,當用光電耦合器來隔離輸入、輸出通道時,必須對所有的信號(包括數(shù)位量信號、控制量信號、狀態(tài)信號)全部隔離,使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系,否則這種隔離也是沒有意義的。
5.?光電耦合器的輸入端引腳都是設計在封裝的某一邊上的,而輸出端引腳則是封裝在相對的另外一邊上的。這種結構可保證前后級間絕緣電阻高達 109~1013歐姆,并有利于增加隔離電壓的最大可能值,方便電路的安裝。但在多通道光電耦合器中,盡管各輸入端與輸出端之間的隔離電壓值較高(一般 ≥1.5kV),但是在相鄰通道之間所出現(xiàn)的電位差卻絕對不允許超過500V。另外,光電耦合器的輸入端發(fā)光源多為紅外發(fā)光二極管,它的反向擊穿電壓一般都很低,有的僅3V,在使用時必須注意輸入端不能接反。為了防止紅外發(fā)光二極管因反壓過高而擊穿,可在其輸入端反向并聯(lián)上一個保護二極管。
6.?通常單通道光敏三極管型光電耦合器多是密封在一個6引腳的封裝之內,光敏三極管的基極被引到封裝的外面以備使用。在平常使用中,基極是開路不用的。若將基極引腳與發(fā)射極引腳短接,便可將光敏三極管轉換成為光敏二極管,在這種情況下,雖然使光電耦合器的電流傳輸比下降,但卻能夠使響應時間加快。

7.?在業(yè)余電子制作家電維修時,如果手頭一時找不到合適的光電耦合器,可參照圖3所示,取一只 3mm高亮度發(fā)光二極管和一只2mm的3DU型硅光敏三極管,用電工絕緣黑膠布將它們的發(fā)光面和受光面正對著卷起來,然后裝入一段約 6mm×20mm的黑色硬塑管內,兩端用黑色環(huán)氧樹脂封固即成。需要指出的是:在選用發(fā)光二極管和光敏三極管時,必須使兩者的光譜特性(尤其是峰值波長)盡量保持一致,否則會影響光電耦合器的效果。光敏三極管根據(jù)需要也可以選用光敏二極管或光敏電阻器等光敏器件。這種自制光電耦合器成本不足2元,其主要特性參數(shù)可參考所選用的兩只管子的特性。


8.?常見的光電耦合器是把發(fā)光器件和光敏器件對置封裝在一起,屬于內光路光電耦合器,用它可完成電信號的耦合和傳遞。前面所介紹的光電耦合器均屬于內光路光電耦合器。除此以外,還有一類專門用于測量物體的有無、個數(shù)和移動距離等的光傳感器(也稱光電開關或光電斷續(xù)檢測器),它分為遮光式(對射型)和反光式(反射型)兩種,其實物外形和結構如圖4所示。由于這類光傳感器也具有光耦合特點,并且它的光路在器件外面,所以將這類器件統(tǒng)稱為外光路光電耦合器。外光路光電耦合器的輸入端與輸出端多數(shù)也采用相互隔離的結構,即發(fā)光器件和光敏器件相互獨立,保持電氣絕緣。但也有一些產品像圖4(b)那樣采用非隔離式,即發(fā)光器件和光敏器件為共地。外光路光電耦合器的缺點是容易受到外界光線的干擾,尤其是在較強的環(huán)境光線下使用,其檢測功能可能喪失。
9.?焊接普通光電耦合器一般用20W左右的小功率電烙鐵,烙鐵頭最好銼成窄小斜面,以求焊點位置準確。焊接時間不宜過長,防止燙壞器件本身或線路板。

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