淺談光耦合器在接口組件I/O板中的作用

王家波　馬致琪

摘要：由于航空電子設備工作的環境特殊，電磁、輻射等諸多干擾因素的存在，會給飛機控制帶來極大的危害。為了提高系統的穩定性、可靠性和抗干擾的能力，文章建議在懸掛物接口電路中采用光耦隔離器，實踐證明，其在實際應用中取得了很好的效果。

關鍵詞：干擾；光耦；隔離

1.接口組件與I/O板

1.1接口組件與I/O板的關系

如圖1所示，接口組件是懸掛物控制系統與懸掛物之間的連接單元，懸掛物處理機通過1553B總線將控制信號發給接口組件，接口組件中的CPU接收指令后，將信號傳遞給I/0板，I/O板負責開關量的輸入和輸出。輸出電路通過繼電器模塊控制每個懸掛物的狀態。I/0板上開關量的輸入與輸出，需要依靠CPU模塊通過內部總線的控制來完成。當需要接受開關量輸入信號時，I/O通過CPU輸出的控制信號和地址信號進行譯碼，生成片選信號，選通對應的輸入通路，然后CPU板在數據線上讀取到輸入數值。當需要輸出開關量信號時，I/O板通過對CPU輸出的控制信號和地址信號進行譯碼，生成片選信號，選通對應的輸出通路，根據數據線的數值產生對應的開關量輸出信號。

1.2接口組件中的干擾來源

（A）電源系統引入的干擾：供電電源的不穩定，頻率的波動，直接影響懸掛物系統的可靠性與穩定性。

（B）傳輸電纜引入的干擾：由于機上信號的復雜性，信號傳輸電纜比較長，易引入干擾信號。

（C）接地系統引入的干擾：接地方式的不當也會引入干擾，直流地與交流地沒有分別接地，控制器與被控制設備沒有分別接地等方式。

（D）輸入輸出電路引入的干擾：信號傳輸過程中的噪音，電磁繼電器的線圈產生的電磁干擾等。為了實現輸入輸出電路上的電氣隔離，增強抗干擾能力，近年來光耦合器得到了廣泛的應用。

1.3 I/0板電路輸入輸出線路的抗干擾

光電耦合器是發光器件和光敏器件組合所構成的光結合器件的總稱，用它可以執行電一光一電信號的變換。因為光電耦合器在傳輸過程中是以光作為媒介把輸入端的電信號耦合到輸出端的。

2.光耦合器的結構與原理

將一種發光器件（發光二極管）和一種光敏感器件（光敏晶體管）緊密地組裝在一起，并封裝在一個對外隔光的管殼之中，使發光二極管發出的光落到光敏三極管的表面上，如圖2-3所示。

然后給它加上一些外圍電路，人們將會發現盡管兩個器件在電氣上是物理分離的，但是發光二極管的導通電流能夠控制光敏三極管的導通電流使負載發光二極管能夠發光。因為輸入（發光二極管）和輸出（光敏三極管）器件是通過光耦合的。

I/O板中常使用16管腳TLP621-4型光耦合器件（參數見表1），管殼內部封裝有4組相同的發光與受光器件，可以同時傳輸4路信號。

在光耦合器中，從發光二極管注入電流信號，再從集電極.發射極通路里得到集電極電流信號。發光二極管把外來的電信號通過自身變成規律相同的光信號，是一個將電能變化成光能的電一光器件。光敏三極管把所接受的光信號轉變成電信號，是一個光一電器件。在信息傳輸過程中，是以光為媒介把輸入通道與輸出通道的電信號耦合在一起。因此，輸入通道與輸出通道在電性能上是完全隔離的，并目在這兩個通道之間完全可以存在成百上千伏的電位差而不會對光耦合器的工作產生不利的影響。這種隔離特性是光耦合器主要的誘人之處。

2.1光耦合器的特點

首先，由于發光器件和受光是密封在同一個管殼中，不會受到外界光的干擾；其次，輸出電路的干擾信號無法反饋到輸入電路中；第三，發光二極管的動態電阻非常小，而干擾源的內阻一般很大，而使得能夠傳送到光耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小；第四，光耦合器的傳輸比很小，且二極管只有在通過一定的電流時才能發光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。

2.2光耦合器的應用

在懸掛物接口電路中，普遍采用光耦合器作為傳輸開關量的接口器件，實現輸入、輸出電路與TTL控制電路之間的電氣隔離，信號匹配，抗干擾等。由于輸入側的發光器件是電流驅動器件，抗干擾能力很強，所以，在長線傳輸中抑制了干擾信號的侵入。

目前，懸掛物處理系統運算控制部分與輸入、輸出設備之間用光耦合器作接口，大大提高了計算機的可靠性。

在一般自動控制系統中，光耦合器可用在不同電壓等級的電路之間傳輸信號，組成常見電路有開關電路、數字邏輯電路、接口電路、高壓穩壓電路。一般在模擬電路中應使用線性好的光耦合器，以減小信號波形的失真。

2.3光耦合器的主要性能

（1）電流傳輸比CTR，說明光電耦合效率最簡便的參數就是電流傳輸比CTR，cTR就光敏三極管上輸出電流I。與發光二極管電流I之比，在實際應用中常以百分比的形式表示：

CTR=Ic/If

（2）輸入與輸出之間的絕緣耐壓，輸入與輸出之間的絕緣耐壓值與發光二極管和光敏三極管之間的距離有直接的關系。距離越大，耐壓值越高，但電流傳輸比會降低。

（3）輸入與輸出之間的分布電容，其值一般比較小，在幾個pF以下，主要影響其在高頻場合的工作。

（4）響應時間，在傳輸脈沖信號時，響應時間表征光耦合器快速響應的參數。由于光耦合器的脈沖上升與下降時間比較遲鈍，所以在使用中應加其他電路作為補償。

（5）發光二極管最大輸入電流，光敏三極管的集電極到發射極之間的最高直流電壓。

3.結語

光耦合器由于具有體積小，使用壽命長，抗干擾性能強，無觸點，抗震性能好，輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，使用光耦合器，既達到了傳輸信號的目的，又起到了抑制干擾，保護電路的作用。因而在懸掛物控制系統的接口組件和其他電子設備中得到廣泛的應用。