光電耦合器在接口電路中的應用

文/鄭椿昊，河南省實驗文博學校

1 引言

第二次科技革命為我們帶來了璀璨的電氣時代，而電氣時代最主要的特征就是電氣的應用。隨著時間的發展，電氣已經越來越成為人們生活的必需品。但是隨著電氣的增加，到底如何才能讓電器的威脅變得可控，是一個值得思考的問題。在經過無數次實驗過后，人們發現，對于電能的控制，是保證用電安全的最佳措施。在上個世紀，二極管承擔了這個重要的任務。隨之而生的，還有光敏半導體管。這兩樣東西的齊備，就讓電氣世界出現了一種全新的工具——光電耦合器。這種光電耦合器最重要的作用就是能夠實現電能的轉化，這樣可以很好的保證電路在銜接的時候的安全，而且能夠實現電能的自由控制。這在當前來看，是非常具有意義的。接下來筆者就與大家一起來探究光電耦合器與接口電路之間的聯系。

2 光電耦合器

2.1 光電耦合器定義

光電耦合器，顧名思義，就是光與電的結合裝置。其主要的作用其實是應該分為三部分的。首先是光電耦合器有一個發射裝置。這個發射裝置其主要發射的內容就是光能，通過光纖作為媒介，將內在的光信號發射出去，就是這個裝置的全部作用。也是光電耦合器中，作為光的部分。其次是傳輸。這一部分主要是由光線來完成的。發射裝置將其內在的光信號發射到光纖中，光纖負責運輸到另一端。這就是光電耦合器運作的第二個部分。而第三個部分就是接收裝置。這個接收裝置既負責接收，也負責轉化和輸出。算是一個復合類型的裝置。其主要的運作方法就是從發射端接收到光信號后，通過自身轉化為電能，然后將電能輸送到電路中去。因此，光電耦合器雖然是一個基礎的電氣設施，但是其內部的構造其實是相對要復雜一些的。屬于典型的高科技產物。

2.2 光電耦合器的組成

2.2.1 二極管

二極管在上個世紀，一直都是電路系統中的主力，直到今天，我們也能在大多數的電子器械中看到二極管的身影。那么二極管是什么呢？二極管是電子元件中最簡單的一個，其主要的作用就是負責電流的單向傳送。它的操作原理是，在一個真空管道中，設置兩個極，其中一個極點代表正電，另一個極點代表著負電。通過電子之間正負電的相互吸引，形成一個電流的走向。而這個電流的走向，就是二極管對于電流的輸送方向。由于二極管制造簡單，而且方便實用。二極管的使用之處非常之多。也是電子元件中元老級的存在。

2.2.2 光敏半導體管

在光電耦合器的組成中，光敏半導體管的主要作用其實就是一個接收的裝置。它主要的作用其實是接收光信號，并且將光信號轉化為電能的。這個原件和二極管是能夠相互組合的，因此被廣泛的應用于光電轉換的各種裝置之中。

3 光電耦合器特點

光電耦合器具有下列特點：

3.1 電隔離功能。這個功能是讓光電耦合器可以作為一個開關裝置的主要功能。因為在光電耦合器中，其實每一個部分都是分開的，期間并沒有電流的存在，而且除了光電耦合器的兩端，其他的部分也沒有介入到電路之中。因此，能夠將電路中兩端的電能隔離開來。簡單的說，這就是一個類似于開關的裝置。只有開啟光電耦合器，才能讓電路形成一個完整的回路，保證電能的暢通，如果沒有閉合，那么，整個電路就是斷開的狀態。

3.2 信號傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用，適用于模擬信號和數字信號。這個功能的出現主要是因為其所采用的信號發射源是二極管，二極管都是單項的輸送，因此，其中的信號也被定出了方向，只能夠進行單一方向的傳送。事實上，這種單向的傳輸，也非常有利于電路的設計，能夠非常好的保護電路。因為當前的電路基本都是單向的電路，如果光信號的傳輸是雙向的，那么一旦光信號與電能的流動方向是逆向，那么就會造成電路的損傷。這也是為什么很多的電路中，都喜歡大量的使用二極管與半導體的原因。

3.3 抗干擾和噪聲能力。在作為繼電器和變壓器使用時，可以使線路上看不到磁性元件，它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。

3.4 響應速度快。一般可達微秒數量級，甚至納秒數量級。

3.5 使用方便。具有一般固體器件的可靠性，體積小、質量輕、抗震、密封防水。性能穩定，耗電省，成本低工作溫度范圍廣。

3.6 即具有耦合特性又具有隔離特性。

3.7 使用壽命長。這一點在當前來看也是光電耦合器的一大特色。因為大部分的電子元件都愿意發生損毀，但是光電耦合器因為其結構簡單等原因，就導致其使用的壽命通常很長。這樣可以非常好的保證電路的使用。

4 光電耦合器應用設計

某接口電路板在設計時需要完成信號隔離、電平轉換及驅動功能，采用光電耦合器作為主器件進行電路設計，以實現所需功能，主要功能框圖如下：

按照接口電路板的功能需求，采用光電耦合器TIP621-4將外部模擬量、離散量轉換成數字量后送入計算機系統總線；采用光電耦合器TIP621-4將計算機系統總線上的數字量轉換成外部設備需要的離散量和模擬量，進行驅動后送出。由于光電耦合器具有隔離功能，輸入的模擬量、離散量后計算機總線上的數字量之間以及計算機總線上的數字量和輸出的模擬量、離散量之間沒有任何的電流信號的接通，即輸入、輸出的信號之間沒有相互的干擾。

5 結語

利用光電耦合器設計的接口電路，不但實現了不同電平之間的轉換，且有效隔離了前后級之間的相互影響；輸入、輸出信號獨有的光信號傳輸方式，防止外部設備產生的電磁、噪聲、尖峰浪涌等干擾信號傳入到計算內。光電耦合器組成的接口電路板功能既滿足了計算機與外部設備的正常信號交換，又提高了計算機工作的可靠性，具有良好的市場前景。

【參考文獻】

[1]呂淑平，等編.微型計算機原理與接口技術[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2013，01.

[2]韓麗英，崔海霞，編.光電變換與檢測技術[M].北京：國防工業出版社，2010，11.