光耦.docx
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光耦
光电耦合器的发展及应用
半导体光电耦合器现已发展成为一类特殊的半导体隔离器件。
它体积小、寿命长、无触点、抗干扰、能隔离,并具有单向信号传输和容量连接等功能。
随着半导体技术和光电子学的发展,一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件——光电耦合器于1966年问世了。
光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽,输入输出之间电绝缘,单向传输信号及逻辑电路易连接等。
光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件(光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等)、光敏可控硅和光敏集成电路。
把不同的发光器件和各种光接收器组合起来,就可构成几百个品种系列的光电耦合器,因而,该器件已成为一类独特的半导体器件。
其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展,其需求量不断增加。
1光电耦合器的结构特点
光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内,然后利用发光器件的管脚作输入端,而把光接收器的管脚作为输出端。
当在输入端加电信号时,发光器件发光。
这样,光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。
从而实现了以“光”为媒介的电信号传输,而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。
这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。
光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。
光电耦合的主要特点如下:
●输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般都大于1010Ω,耐压一般可超过1kV,有的甚至可以达到10kV以上。
●由于“光”传输的单向性,所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象,其输出信号也不会影响输入端。
●由于发光器件(砷化镓红外二极管)是阻抗电流驱动性器件,而噪音是一种高内阻微电流电压信号。
因此光电耦合器件的共模抑制比很大,所以,光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。
●容易和逻辑电路配合。
●响应速度快。
光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。
●无触点、寿命长、体积小、耐冲击。
2光电耦合器的发展现状
日本光电耦合器的市场虽不太大,但却以40%的年增长率增大,其主要原因是每一个程序控制器里都要用到20~30个甚至更多的光电耦合器。
现在,光电耦合器已显示出一种朝大容量和高速度方向发展的明显趋势。
美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成的器件为主,该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。
因为这种类型的器件不仅电流传输效率高(一般为7~30%),而且响应速度比较快(2~5μs),因而能够满足大多数应用场合要求。
日本横河电机公司用GaAsP红外发光二极管作输入端,PIN光电二极管作接收端制成的三种高速光电耦合器的绝缘电压都在3000伏以上,其中5082—43610型超高速数字光电耦合器和5082—4361型高共模抑制型光电耦合器的响应速度均可达到10Mb/s,它们的电流传输效率高达60%以上。
美国莫托罗拉公司生产的4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三极管输出型光电耦合器[2],这种光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能,其频率响应可达300kHz,而开关时间只有几微秒。
在日本电气公司(NEC)生产的高速光电耦合器中,PS2101型光电耦合器是一种通用的四脚扁平组件,它采用砷铝镓红外发光二极管和硅光电晶体管组合而成,并将其封装4×4.4×2立方毫米的体积之内,其响应速度为10μs。
而PS2041和PS2042型光电耦合器则是将砷铝镓发光二极管和光电晶体管集成在同一衬底上的六脚封装组件,它们的大小为7.08×7.6×3.5立方毫米,响应时间为0.3μs。
近几年来,国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。
如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。
而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益电耦合器。
这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成,其输出端由两只Si—PIN光电探测器以及两个高速高增益线性放大电路组成。
图2所示为其原理电路图,除此之外,重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型高压光传输光电耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光电耦合器等。
光电耦合器参数表
4脚,光电耦合器(4PinOptocouplers)----GaAs输入,光电晶体管输出
型号
(规格)
厂牌
CTR@
10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
max
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(uS)
max
VISO
AC[RMS]
min
max
TLP521-1
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
2/3
2.5kV
TLP521-2
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
2/3
2.5kV
TLP521-3
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
2/3
2.5kV
TLP521-4
TOSHIBA
100
600
55
7
0.4
2/3
2.5kV
TLP621-1
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
2/3
10kV
TLP721
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
3/3
4.0kV
PS2501
NEC
80
600
80
7
0.3
3/5
5.0kV
PS2561
NEC
80
400
80
7
0.3
3/5
5.0kV
817(KP1010)
COSMO
50
600
35
6
0.2
18/18
5.0kV
KPC817D
COSMO
50
600
35
6
0.2
18/18
5.0kV
PC817
SHARP
50
600
35
6
0.2
18/18
5.0kV
PC817A
SHARP
80
160
35
6
0.2
18/18
5.0kV
PC817B
SHARP
130
260
35
6
0.2
18/18
5.0kV
PC817C
SHARP
200
400
35
6
0.2
18/18
5.0kV
PC817D
SHARP
300
600
35
6
0.2
18/18
5.0kV
H11A817
FSC
50
600
35
6
0.2
18/18
5.3kV
H11A817A
FSC
80
160
35
6
0.2
18/18
5.3kV
H11A817B
FSC
130
260
35
6
0.2
18/18
5.3kV
H11A817C
FSC
200
400
35
6
0.2
18/18
5.3kV
H11A817D
FSC
300
600
35
6
0.2
18/18
5.3kV
4脚,光电耦合器(4PinOptocouplers)----GaAs输入,光电晶体管输出
Part
Number
厂牌
CTR@
10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
min
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(uS)
max
VISO
AC[RMS]
min
max
TLP320
TOSHIBA
20
80
55
7
0.4
3/3
5.0KV
TLP620
TOSHIBA
50
600
55
7
0.4
3/3
5.0kV
PC814
SHARP
20
300
35
6
0.2
4/18
5.0kV
PC814A
SHARP
50
150
35
6
0.2
4/18
5.0kV
H11AA814
Fairchild
20
300
35
6
0.2
--
5.3kV
H11AA814A
FAIRCHILD
50
150
35
6
0.2
--
5.3kV
LTV814A
LITEON
50
150
35
6
0.1
--
5.0kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---GaAs输入,光电晶体管输出
PartNumber
CTR@
>10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
min
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(uS)
max
VISO
AC[RMS]
1min
min
max
4N25
20
--
30
70
0.5
--
5.3kV
4N26
20
--
30
70
0.5
--
5.3kV
4N27
10
--
30
70
0.5
--
5.3kV
4N28
10
--
30
70
0.5
--
5.3kV
4N35
100
--
30
70
0.3
10/10
5.3kV
4N36
100
--
30
70
0.3
10/10
5.3kV
4N37
100
--
30
70
0.3
10/10
5.3kV
CNW11AV-1
100
300
70
70
0.4
15/15
4.0kV
CNW11AV-2
50
--
70
70
0.4
15/15
4.0kV
CNW11AV-3
20
--
70
70
0.4
15/15
4.0kV
CNW83
40
--
50
70
0.4
--
5.9kV
CNW85
63
320
80
120
0.4
--
5.9kV
CNX35U
40
160
30
70
0.4
20/20
5.3kV
CNX36U
80
200
30
70
0.4
20/20
5.3kV
CNX38U
70
210
80
120
0.4
20/20
5.3kV
CNX83A.W
40
--
50
70
0.4
--
5.3kV
CNY17-1
40
80
70
70
0.4
10/10
5.3kV
CNY17-2
63
125
70
70
0.4
10/10
5.3kV
CNY17-3
100
200
70
70
0.4
10/10
5.3kV
CNY17-4
160
320
70
70
0.4
10/10
5.3kV
H11A1
50
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11A2
20
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11A3
20
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11A4
10
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11A5
30
--
30
70
0.4
--
5.3kV
MCT2
20
--
30
70
0.4
--
5.3kV
MCT210
150
--
30
30
0.4
--
5.3kV
MCT2200
20
--
30
70
0.4
10/10
5.3kV
MCT2201
100
--
30
70
0.4
10/10
5.3kV
MCT2202
63
--
30
70
0.4
10/10
5.3kV
MCT271
45
90
30
70
0.4
7/7
5.3kV
MCT2E
20
--
30
70
0.4
--
5.3kV
SL5500
50
300
30
30
0.4
20/50
5.3kV
SL5501
25
400
30
30
0.4
20/50
5.3kV
SL5504
25
400
80
120
0.4
50/150
5.3kV
SL5511
25
--
30
30
0.4
20/50
5.3kV
SL5583.W
40
320
50
70
0.4
20/50
5.3kV
TIL111
12.5
--
30
70
0.4
10/10
5.3kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---ALGAAs输入,光电晶体管输出
Part
Number
CTR@
<10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
max
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(uS)
max
VISO
AC[RMS]
min
max
H11AG1
300
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11AG2
200
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11AG3
100
--
30
70
0.4
--
5.3kV
MCT5200
75
--
30
30
0.4
12/20
5.3kV
MCT5201
120
--
30
30
0.4
30/13
5.3kV
MCT5210
70
--
30
30
0.4
--
5.3kV
MCT5211
150
--
30
30
0.4
--
5.3kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---ALGAAs输入,光电晶体管输出
PartNumber
CTR@
<10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVECO
(V)
min
tON/tOFF
(us)
max
VISO
AC[RMS]
1min
min
max
CNW82
40
--
50
7
--
5.9kV
CNW84
63
320
80
7
--
5.9kV
CNX82A.W
40
250
50
7
--
3.75kV
CNY17F-1
40
80
70
7
10/10
5.3kV
CNY17F-2
63
125
70
7
10/10
5.3kV
CNY17F-3
100
200
70
7
10/10
5.3kV
CNY17F-4
160
320
70
7
10/10
5.3kV
MOC8101
50
80
30
7
20/20
5.3kV
MOC8102
73
117
30
7
20/20
5.3kV
MOC8103
108
173
30
7
20/20
5.3kV
MOC8104
160
256
30
7
20/20
5.3kV
MOC8105
65
133
30
7
20/20
5.3kV
MOC8106
50
150
70
--
--
5.3kV
MOC8107
100
300
70
--
--
5.3kV
MOC8108
250
600
70
--
--
5.3kV
MOC8111
20
--
30
7
20/20
5.3kV
MOC8112
50
--
30
7
20/20
5.3kV
MOC8113
100
--
30
7
20/20
5.3kV
SL5582.W
40
320
50
7
20/50
3.75kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---GaAs输入,高电压光电晶体管输出
PartNumber
CTR@
<10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
min
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(us)
max
VISO
AC[RMS]
1min
min
max
4N38
20
--
80
80
1.0
--
5.3kV
H11D1
20
--
300
300
0.4
--
5.3kV
H11D2
20
--
300
300
0.4
--
5.3kV
H11D3
20
--
200
200
0.4
--
5.3kV
H11D4
10
--
200
200
0.4
--
5.3kV
MOC8204
20
--
400
400
0.4
--
5.3kV
MOC8205
10
--
400
400
0.4
--
5.3kV
MOC8206
5
--
400
400
0.4
--
5.3kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---GaAs输入,光电复合晶体管输出(达林顿管输出)
PartNumber
CTR@
<10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
max
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(us)
max
VISO
AC[RMS]
1min
min
max
4N29
100
--
30
30
1.0
5/40
5.3kV
4N30
100
--
30
30
1.0
5/40
5.3kV
4N31
50
--
30
30
1.2
5/40
5.3kV
4N32
500
--
30
30
1.0
5/100
5.3kV
4N33
500
--
30
30
1.0
5/100
5.3kV
CNX48U
600
--
30
30
1.0
--
5.3kV
H11B1
500
--
25
30
1.0
--
5.3kV
H11B2
200
--
25
30
1.0
--
5.3kV
H11B255
100
--
55
55
1.0
--
5.3kV
H11B3
100
--
25
30
1.0
--
5.3kV
MOC8080-M
500
--
55
55
1.0
--
7.5kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---GaAs交流输入(双向输入),光电晶体管输出
Part
Number
CTR@
10mAIF(%)
BVCEO
(V)
min
BVCBO
(V)
min
VCE(sat)
(V)
max
tON/tOFF
(us)
max
VISO
AC[RMS]
min
max
H11AA1
20
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11AA2
10
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11AA3
50
--
30
70
0.4
--
5.3kV
H11AA4
100
--
30
70
0.4
--
5.3kV
6脚,光电耦合器(6PinOptocouplers)---GaAs输入,光电可控硅输出
Part
Number
IFT
(mA)
max
VTM
(V)
max
VDM
(V)
max
IDM
(uA)
max
IH
(mA)
max
tON/tOFF
(us)
max
VISO
AC[RMS]
4N39
14
1.3
200
50
1
50/-
5.3kV
4N40
14
1.3
400
150
1
50/-
5.3kV
H11C1
20
1.3
200
50
--
--
5.3kV
H11C2
20
1.3
200
50
--
--
5.3kV
H11C3
30
1.3
200
50
--
--
5.3kV
H11C4
20
1.3
400
150
--
--
5.3kV
H11C5
20
1.3
400
150
--
--
5.3kV
H11C6
30
1.3
400
150
--
--
5.3kV
6脚,光电耦合器施密特触发输出
Part
Number
IFT(OFF)/IFT(ON)
(mA)
VCC
(V)
max
tON/tOFF
(uS)
max
VOL
(V)
max
ICCL
(mA)
max
VISO
AC[RMS]
1min
min
max
H11L1
0.3
1.6
15
--
0.4
5
5.3kV
H11L1
0.3
1.6
15
--
0.4
5
5.3kV
H11L2
0.3
10
15
--
0.4
5
5.3kV
H11L2
0.3
10
15
--
0.4
5
5.3kV
H11L3
0.3
5
15
--
0.4
5
5.3kV
MOC5007
0.3
1.6
15
4/4
0.4
5
5.3kV
MOC5008
0.3
4
15
4/4
0.4
5
5.3kV
MOC5009
0.3
10
15
4/4
0.4
5
5.3kV
6脚,光电耦合器高耐压、非过零检测可控硅触发输出
PartNumber
IFT
(mA)
max
VTM
(V)
max
VDM
(V)
min
IH
(uA)
typ
IRM
(nA)
max
VISO
AC[RMS]
1min
MOC3010
15
3
250
100
100
5.3kV
MOC3011
10
3
250
100
100
5.3kV
MOC3012
5
3
250
100
100
5.3kV
MOC3020
30
3
400
100
100
5.3kV
MOC3021
15
3
400
100
100
5
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