光电耦合器在接口电路中的应用

文/郑椿昊，河南省实验文博学校

1 引言

第二次科技革命为我们带来了璀璨的电气时代，而电气时代最主要的特征就是电气的应用。随着时间的发展，电气已经越来越成为人们生活的必需品。但是随着电气的增加，到底如何才能让电器的威胁变得可控，是一个值得思考的问题。在经过无数次实验过后，人们发现，对于电能的控制，是保证用电安全的最佳措施。在上个世纪，二极管承担了这个重要的任务。随之而生的，还有光敏半导体管。这两样东西的齐备，就让电气世界出现了一种全新的工具——光电耦合器。这种光电耦合器最重要的作用就是能够实现电能的转化，这样可以很好的保证电路在衔接的时候的安全，而且能够实现电能的自由控制。这在当前来看，是非常具有意义的。接下来笔者就与大家一起来探究光电耦合器与接口电路之间的联系。

2 光电耦合器

2.1 光电耦合器定义

光电耦合器，顾名思义，就是光与电的结合装置。其主要的作用其实是应该分为三部分的。首先是光电耦合器有一个发射装置。这个发射装置其主要发射的内容就是光能，通过光纤作为媒介，将内在的光信号发射出去，就是这个装置的全部作用。也是光电耦合器中，作为光的部分。其次是传输。这一部分主要是由光线来完成的。发射装置将其内在的光信号发射到光纤中，光纤负责运输到另一端。这就是光电耦合器运作的第二个部分。而第三个部分就是接收装置。这个接收装置既负责接收，也负责转化和输出。算是一个复合类型的装置。其主要的运作方法就是从发射端接收到光信号后，通过自身转化为电能，然后将电能输送到电路中去。因此，光电耦合器虽然是一个基础的电气设施，但是其内部的构造其实是相对要复杂一些的。属于典型的高科技产物。

2.2 光电耦合器的组成

2.2.1 二极管

二极管在上个世纪，一直都是电路系统中的主力，直到今天，我们也能在大多数的电子器械中看到二极管的身影。那么二极管是什么呢？二极管是电子元件中最简单的一个，其主要的作用就是负责电流的单向传送。它的操作原理是，在一个真空管道中，设置两个极，其中一个极点代表正电，另一个极点代表着负电。通过电子之间正负电的相互吸引，形成一个电流的走向。而这个电流的走向，就是二极管对于电流的输送方向。由于二极管制造简单，而且方便实用。二极管的使用之处非常之多。也是电子元件中元老级的存在。

2.2.2 光敏半导体管

在光电耦合器的组成中，光敏半导体管的主要作用其实就是一个接收的装置。它主要的作用其实是接收光信号，并且将光信号转化为电能的。这个原件和二极管是能够相互组合的，因此被广泛的应用于光电转换的各种装置之中。

3 光电耦合器特点

光电耦合器具有下列特点：

3.1 电隔离功能。这个功能是让光电耦合器可以作为一个开关装置的主要功能。因为在光电耦合器中，其实每一个部分都是分开的，期间并没有电流的存在，而且除了光电耦合器的两端，其他的部分也没有介入到电路之中。因此，能够将电路中两端的电能隔离开来。简单的说，这就是一个类似于开关的装置。只有开启光电耦合器，才能让电路形成一个完整的回路，保证电能的畅通，如果没有闭合，那么，整个电路就是断开的状态。

3.2 信号传输是单向性的，不论脉冲、直流都可以使用，适用于模拟信号和数字信号。这个功能的出现主要是因为其所采用的信号发射源是二极管，二极管都是单项的输送，因此，其中的信号也被定出了方向，只能够进行单一方向的传送。事实上，这种单向的传输，也非常有利于电路的设计，能够非常好的保护电路。因为当前的电路基本都是单向的电路，如果光信号的传输是双向的，那么一旦光信号与电能的流动方向是逆向，那么就会造成电路的损伤。这也是为什么很多的电路中，都喜欢大量的使用二极管与半导体的原因。

3.3 抗干扰和噪声能力。在作为继电器和变压器使用时，可以使线路上看不到磁性元件，它不受外界电磁干扰、电源干扰和杂光影响。

3.4 响应速度快。一般可达微秒数量级，甚至纳秒数量级。

3.5 使用方便。具有一般固体器件的可靠性，体积小、质量轻、抗震、密封防水。性能稳定，耗电省，成本低工作温度范围广。

3.6 即具有耦合特性又具有隔离特性。

3.7 使用寿命长。这一点在当前来看也是光电耦合器的一大特色。因为大部分的电子元件都愿意发生损毁，但是光电耦合器因为其结构简单等原因，就导致其使用的寿命通常很长。这样可以非常好的保证电路的使用。

4 光电耦合器应用设计

某接口电路板在设计时需要完成信号隔离、电平转换及驱动功能，采用光电耦合器作为主器件进行电路设计，以实现所需功能，主要功能框图如下：

按照接口电路板的功能需求，采用光电耦合器TIP621-4将外部模拟量、离散量转换成数字量后送入计算机系统总线；采用光电耦合器TIP621-4将计算机系统总线上的数字量转换成外部设备需要的离散量和模拟量，进行驱动后送出。由于光电耦合器具有隔离功能，输入的模拟量、离散量后计算机总线上的数字量之间以及计算机总线上的数字量和输出的模拟量、离散量之间没有任何的电流信号的接通，即输入、输出的信号之间没有相互的干扰。

5 结语

利用光电耦合器设计的接口电路，不但实现了不同电平之间的转换，且有效隔离了前后级之间的相互影响；输入、输出信号独有的光信号传输方式，防止外部设备产生的电磁、噪声、尖峰浪涌等干扰信号传入到计算内。光电耦合器组成的接口电路板功能既满足了计算机与外部设备的正常信号交换，又提高了计算机工作的可靠性，具有良好的市场前景。

【参考文献】

[1]吕淑平，等编.微型计算机原理与接口技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2013，01.

[2]韩丽英，崔海霞，编.光电变换与检测技术[M].北京：国防工业出版社，2010，11.