光电耦合器伏安特性数学模型

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光电耦合器介绍

光电耦合器介绍

光电耦合器介绍光电耦合器介绍光耦是做什么用的呢?光耦全称是光耦合器,英文名字是:optical coupler,英文缩写为OC,亦称光电隔离器,简称光耦。

光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离,光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。

发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出,由于没有直接的电气连接,这样既耦合传输了信号,又有隔离干扰的作用。

只要光耦合器质量好,电路参数设计合理,一般故障少见。

如果系统中出现异常,使输入、输出两侧的电位差超过光耦合器所能承受的电压,就会使之被击穿损坏。

光耦的参数都有哪些?是什么含义?1、CTR:电流传输比2、Isolation V oltage:隔离电压3、Collector-Emitter V oltage:集电极-发射极电压CTR:发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值隔离电压:发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值集电极-发射极电压:集电极-发射极之间的耐压值的最小值光耦什么时候导通?什么时候截至?-------------------------------------关于TLP521-1的光耦的导通的试验报告要求:3.5v~24v 认为是高电平,0v~1.5v认为是低电平思路:1、0v~1.5v认为是低电平,利用串接一个二极管1N4001的压降0.7V+光耦的LED的压降,吃掉1.4V左右;2、24V是最高电压,不能在最高电压的时候,光耦通过的电流太大;所以选用2K的电阻;光耦工作在大概10mA的电流,可以保证稳定可靠工作n年以上;3、3.5V以上是高电平,为了尽快进入光敏三极管的饱和区,要把光耦的光敏三极管的上拉电阻加大;因此选用10K;同时要考虑到ctr最小为50%;电路:1、发光管端:实验室电源(0~24V)->2K->1N4001->TLP521-1(1)->TLP521-1(2)-gnd12、光敏三极管:实验室电源(DC5V)->10K->TLP521-1(4)->TLP521-1(3)-gnd23、万用表直流电压挡20V万用表+ -> TLP521-1(4) 万用表- -> TLP521-1(3) 试验结果输入电源万用表电压(V) 1.3V 51.5V 4.81.7V 4.411.9V 3.582.1V 2.942.3V 1.82.5V 0.582.7V 0.22.9V 0.193.1V 0.173.3V 0.163.5V 0.165V 0.1324V 0.06-----------------------------------------光耦是用来隔离输入输出的,主要是隔离输入的信号。

耦合电感及其伏安关系

耦合电感及其伏安关系

I2
jM
Z11
U
S
Z 22
(M )2
Z11
令Zf 2
(M )2
Z11
Rf 2
jX f 2
反映阻抗Zf2:初级回路通过互感反映到次级的等效阻抗。 反映电阻Rf1:初级耗能元件的反映。
反映电抗Xf1:初级储能元件的反映。
24

I2
jM
Z11
U
S
Z 22
(M )2
Z11





25
空心变压器小结:
解:这是一个负载获得 最大功率的问题。
U oc
=
jωM Z11
U
S
= j5 ×10∠0 5 + j10
= 4.47∠26.57 (V)
电源
负载27
(ωM )2 Zf 2 = Z11
= 52 = 1-j2 () 5 + j10
电源
负载
根据最大功率传输条件,应有 Z22 = Zf*2

R2
=
R2 + 1Ω
u1
=
dΨ1 dt
=
L1
di1 dt
+
M
di2 dt
u2
=
dΨ 2 dt
=
L2
di2 dt
+
M
di1 dt
8
如图所示,磁通相消时,
各线圈总磁链为:
Ψ1 = Ψ11 – Ψ12 = L1i1 – Mi2
Ψ2 = Ψ22 – Ψ21 = L2i2 – Mi1
假设各线圈的端口电压与本线圈的电流方向相关联, 电流 与磁通符合右手螺旋关系, 则两线圈的端口电压分别为:

各种光电耦合器参数

各种光电耦合器参数

常用参数正向压降VF:二极管通过的正向电流为规定值时,正负极之间所产生的电压降。

正向电流IF:在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。

反向电流IR:在被测管两端加规定反向工作电压VR时,二极管中流过的电流。

反向击穿电压VBR::被测管通过的反向电流IR为规定值时,在两极间所产生的电压降。

结电容CJ:在规定偏压下,被测管两端的电容值。

反向击穿电压V(BR)CEO:发光二极管开路,集电极电流IC为规定值,集电极与发射集间的电压降。

输出饱和压降VCE(sat):发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时,并保持IC/IF≤CTRmin时(CTRmin在被测管技术条件中规定)集电极与发射极之间的电压降。

反向截止电流ICEO:发光二极管开路,集电极至发射极间的电压为规定值时,流过集电极的电流为反向截止电流。

电流传输比CTR:输出管的工作电压为规定值时,输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

脉冲上升时间tr、下降时间tf:光耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP 的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输出脉冲前沿幅度的10%到90%,所需时间为脉冲上升时间tr。

从输出脉冲后沿幅度的90%到10%,所需时间为脉冲下降时间tf。

传输延迟时间tPHL、tPLH:光耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。

从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。

入出间隔离电容CIO:光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。

入出间隔离电阻RIO:半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

入出间隔离电压VIO:光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

最大额定值参数名称符号最大额定值单位V反向电压5VRI正向电流50mAV集-发击穿电压100V(BR)CEO I集电极电流30mACMT贮存温度-55~150℃stgT工作温度-55~125℃ambV隔离电压1000VIOP总耗散功率80mWtot推荐工作条件特性符号最小值典型值最大值单位I输入电流1050FV电源电压1560V主要光电特性测试条件(T特性符号11A=25℃±3℃)最小典型最大单位隔离特性隔离电阻RIOVIO=500V1010Ω上升时间tr10μsV开关特性下降时间tfCC=5V,IFP=10mA,RL=360Ωf=10kHz,D:1/2 10μsIV反向电流R0.011.0μALED输入特性VI正向电压FF=10mA1.21.4VCTR电流传输比VCC=5V,IF=10mA,RL=200Ω60180%集-发饱和电压VCE(sat)VCC=5V,IF=10mA,RL=4.7kΩ0.10.4V晶体管输出特性IV集-发截止电流CEOCE=5V,IF=00.011.0μA线性光电耦合器在开关电源中的应用沙占友王彦明王晓群(河北科技大学石家庄)摘要线性光耦合器是目前国际上正推广应用的一种新型光电隔离器件。

光电探测综合实验报告

光电探测综合实验报告

一、实验目的1. 理解光电探测的基本原理和实验方法。

2. 掌握光电探测器的使用和调试技巧。

3. 学习光电探测实验的测量和分析方法。

4. 通过实验,加深对光电探测技术在实际应用中的理解和应用。

二、实验原理光电探测是利用光电效应将光信号转换为电信号的过程。

光电探测器是光电探测系统的核心部件,它将光信号转换为电信号,然后通过放大、滤波等电路处理后,输出可供进一步处理和利用的电信号。

本实验主要涉及以下光电探测器:光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。

光电二极管是一种半导体器件,具有光电转换效率高、响应速度快、体积小等优点。

光电三极管是一种具有放大作用的光电探测器,它可以将微弱的光信号放大成较大的电信号。

光电耦合器是一种将输入信号的光电转换和输出信号的传输分开的器件,具有良好的隔离性能。

三、实验仪器与设备1. 光源:LED灯、激光笔等。

2. 光电探测器:光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。

3. 放大器:运算放大器、低噪声放大器等。

4. 测量仪器:示波器、万用表等。

5. 连接线、测试板等。

四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试(1)测试前准备:将光电二极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。

(2)测试步骤:① 将光电二极管正向偏置,调整偏置电压,观察并记录光电二极管的伏安特性曲线。

② 将光电二极管反向偏置,调整偏置电压,观察并记录光电二极管的反向饱和电流。

③ 测量光电二极管的暗电流和亮电流。

2. 光电三极管特性测试(1)测试前准备:将光电三极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。

(2)测试步骤:① 将光电三极管集电极、基极和发射极分别连接到电路中,调整基极偏置电压,观察并记录光电三极管的伏安特性曲线。

② 测量光电三极管的集电极电流、基极电流和发射极电流。

③ 测试光电三极管的电流放大倍数。

3. 光电耦合器特性测试(1)测试前准备:将光电耦合器、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。

(2)测试步骤:① 将光电耦合器的输入端和输出端分别连接到电路中,调整输入端电压,观察并记录光电耦合器的传输特性曲线。

光电耦合器原理及使用

光电耦合器原理及使用

光电耦合器,又称光耦,万联芯城销售原装现货光耦元件,品牌囊括TOSHIBA,LITEON,EVERLIGHT,VISHAY等。

型号种类繁多,万联芯城为终端生产企业提供电子元器件一站式配套服务,节省了客户的采购成本。

点击进入万联芯城点击进入万联芯城光耦使用技巧光电耦合器(简称光耦),是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内,中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。

光电耦合器可根据不同要求,由不同种类的发光元件和光敏元件组合成许多系列的光电耦合器。

目前应用最广的是发光二极管和光敏三极管组合成的光电耦合器,其内部结构如图1a所示。

光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递,输入与输出在电气上完全隔离,具有抗干扰性能强的特点。

对于既包括弱电控制部分,又包括强电控制部分的工业应用测控系统,采用光耦隔离可以很好地实现弱电和强电的隔离,达到抗干扰目的。

但是,使用光耦隔离需要考虑以下几个问题:①光耦直接用于隔离传输模拟量时,要考虑光耦的非线性问题;②光耦隔离传输数字量时,要考虑光耦的响应速度问题;③如果输出有功率要求的话,还得考虑光耦的功率接口设计问题。

1 光电耦合器非线性的克服光电耦合器的输入端是发光二极管,因此,它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来表示,如图1b所示;输出端是光敏三极管,因此光敏三极管的伏安特性就是它的输出特性,如图1c所示。

由图可见,光电耦合器存在着非线性工作区域,直接用来传输模拟量时精度较差。

图1 光电耦合器结构及输入、输出特性解决方法之一,利用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器,T1和T2,以及2个射极跟随器A1和A2组成,如图2所示。

如果T 1和T2是同型号同批次的光电耦合器,可以认为他们的非线性传输特性是完全一致的,即K1(I1)=K2(I1),则放大器的电压增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。

由此可见,利用T1和T2电流传输特性的对称性,利用反馈原理,可以很好的补偿他们原来的非线性。

各种光电耦合器参数

各种光电耦合器参数

常用参数正向压降VF:二极管通过的正向电流为规定值时,正负极之间所产生的电压降。

正向电流IF:在被测管两端加一定的正向电压时二极管中流过的电流。

反向电流IR:在被测管两端加规定反向工作电压VR时,二极管中流过的电流。

反向击穿电压VBR::被测管通过的反向电流IR为规定值时,在两极间所产生的电压降。

结电容CJ:在规定偏压下,被测管两端的电容值。

反向击穿电压V(BR)CEO:发光二极管开路,集电极电流IC为规定值,集电极与发射集间的电压降。

输出饱和压降VCE(sat):发光二极管工作电流IF和集电极电流IC为规定值时,并保持IC/IF≤CTRmin时(CTRmin在被测管技术条件中规定)集电极与发射极之间的电压降。

反向截止电流ICEO:发光二极管开路,集电极至发射极间的电压为规定值时,流过集电极的电流为反向截止电流。

电流传输比CTR:输出管的工作电压为规定值时,输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

脉冲上升时间tr、下降时间tf:光耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP 的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输出脉冲前沿幅度的10%到90%,所需时间为脉冲上升时间tr。

从输出脉冲后沿幅度的90%到10%,所需时间为脉冲下降时间tf。

传输延迟时间tPHL、tPLH:光耦合器在规定工作条件下,发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波,输出端管则输出相应的脉冲波,从输入脉冲前沿幅度的50%到输出脉冲电平下降到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPHL。

从输入脉冲后沿幅度的50%到输出脉冲电平上升到1.5V时所需时间为传输延迟时间tPLH。

入出间隔离电容CIO:光耦合器件输入端和输出端之间的电容值。

入出间隔离电阻RIO:半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

入出间隔离电压VIO:光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

最大额定值参数名称符号最大额定值单位V反向电压5VRI正向电流50mAV集-发击穿电压100V(BR)CEO I集电极电流30mACMT贮存温度-55~150℃stgT工作温度-55~125℃ambV隔离电压1000VIOP总耗散功率80mWtot推荐工作条件特性符号最小值典型值最大值单位I输入电流1050FV电源电压1560V主要光电特性测试条件(T特性符号11A=25℃±3℃)最小典型最大单位隔离特性隔离电阻RIOVIO=500V1010Ω上升时间tr10μsV开关特性下降时间tfCC=5V,IFP=10mA,RL=360Ωf=10kHz,D:1/2 10μsIV反向电流R0.011.0μALED输入特性VI正向电压FF=10mA1.21.4VCTR电流传输比VCC=5V,IF=10mA,RL=200Ω60180%集-发饱和电压VCE(sat)VCC=5V,IF=10mA,RL=4.7kΩ0.10.4V晶体管输出特性IV集-发截止电流CEOCE=5V,IF=00.011.0μA线性光电耦合器在开关电源中的应用沙占友王彦明王晓群(河北科技大学石家庄)摘要线性光耦合器是目前国际上正推广应用的一种新型光电隔离器件。

光电耦合器模型

光电耦合器模型

第四章构建模拟行为模型本文将以光电耦合器来讲述如何通过模拟行为模型来构建模型库和符号库。

光电耦合器(Optocopler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器,简称光耦。

光耦合器是一种把电子信号转换为光学信号,然后又回复电子信号的半导体器件。

它对输入、输出电信号有良好的隔离作用,所以,它在电路中得到广泛的应用。

目前它已成为种类最多,用途最广的光电器件之一。

4.1 建立模型光电耦合器一般由三部分组成:光的发射、光的接受及信号的放大。

来自上一级的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定的光,被光探测器接受而产生光电流,再进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。

光耦合器的最简单形式为一个发光二极管复合一个光敏晶体管。

基于这种考虑来建立模型。

由于一个器件模型要反映器件全局的特性,所以模型由如下几部分组成,为了调用方便,可以把它定义成子电路的形式,并把它生成符号库。

图 4—1 光电耦合器模型图DLED: 模拟光电耦合器的发光二极管(LED)GPEG: 产生要求的CTR(电流转换率)特性曲线,包含CTR曲线拟合表达式QDETECT:模拟光耦合器件的光敏晶体管图4—2 二极管正向电流—正向电压曲线具体步骤:1.通过用户手册获取发光二极管的正向电流—正向电压曲线,如图4-2示:2.创建发光二极管模型二极管模型可以通过Model Editor生成,Model Editor 是随同PSpice一起出现在Cadence软件包中的一个程序。

它的主要功能是可以查看、编辑PSpice所提供的模型库中各种模型的文本定义;在PSpice进行电路模拟过程中,可以随时调用它来修改器件模型参数;提取一个实际器件的模型参数,并建立相应模型,使之能够在电路模拟时被使用(该器件类型必须是Model Editor所支持的类型才能提取其参数)。

新建一个DLED模型,从开始→cadence PSD 15.0→PSpice Accessories→model editor进入Model Editor 的运行环境,在Model Editor环境下点击Model菜单中的New选项,即可进入模型提取界面。

光电耦合器课件

光电耦合器课件

2、反射型
LED和光电接收器件封装在一个壳体内,两者的 发射光轴与接收光轴夹一锐角,若有被测物体存 在于器件前方, LED发光后将被被测物体反射至 接收器,构成测量近距离是否有物体存在的光电 开关。
如:产品自动计数
感应式水龙头
三、器件特性参数
1.隔离性:
(1)光耦电路的输入和输出之间完全没有电路联系。 (2)耦合电容<2pf
(3)击穿电压在100~250v之间
(4)输入输出绝缘电阻10^9~10^13 Ω (5)信号单向传递
2、电流传输比β β=接收器输出电流/发光器件的注入电流
四、光耦基本电路 1、输入端
设计输入电路时,关键点在于确定限流电 阻,而限流电阻的大小由LED的额定电流决 定。
Rf
VBB VF IF
Rf
计数电路
译码显示电路
报警电路
与门电路,如果在输入端Ui1和 Ui2同时输入高电平"1",则两
个发光二极管GD1和GD2都发光, 两个光敏三极管TD1和TD2都导 通,输出端就呈现高电平“1”。
3、电平转换
工业控制系统所用集成 电路的电源电压和信号脉 冲的幅度常不尽相同,如 TTL的电源为5V,HTL为12V, PMOS为-22V,CMOS则为 5~20V。如果在系统中必 须采用二种集成电路芯片, 就必需对电平进行转换, 以便逻辑控制的实现。
4、高压稳压电路
设计题
1、目的 了解光电测量系统工作原理,学习光电耦合器知
识;掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作 原理及设计方法。
2、设计要求及技术指标
❖LED数码管显示计数值 ❖能在计数结果达到设定值时报警
3、要求完成的任务
❖计算参数,画出完整原理图
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第2 卷 8
第4 期
V0 _8 No4 l 2 .

文 章 编 号 :0 7 18 (0 0— 0 6 0 10 — 02 1)4 0 4 — 4 1 1
光 电耦 合器伏 安特 性数 学模 型
杨 睿
( 15 9 5 0部 队 9 3分 队 。辽 宁
大连 16 2 ) 1 0 3
F o t e t e rt a n lss fr c re tc aa t r t s o ih — mi ig do e a d p oor n itr h eain r m h h o ei l a a i o u r n h r ce i i f l t e t n id n h tt s o .t e rl t — c y sc g t a s o s i ewe n t e ip t v l g n up t c re t w s d r e r t e c mmo l s d p oor n i o p o o — hp b t e h n u ot e a d o tu u r n a e v d f h o a i o n y u e h t t ss r o tc u a t p es h s te mah m t a d lo h s w r atr a c o l h d lr .T u h te a i l mo e ft i o k p t n w s a c mp i e .Us g MAT AB t n ls h x c e s i n L o a ay i t e e — s
K y r s o t a o p e ; - h r ce i is l h - mi i g do e o t a t n itr d s i ui nf t g e wo d : pi l u lr V I aa tr t ; i t e t n i d ; pi l r s o ; i r t t n c c c sc g t c a s tb o i i
基 金项 目: 吉林 省 科 技 发 展 计 划 重 点项 目( 目编号 : 0 0 34 项 2 10 4 )
第2 卷 8
第4 期
V0 _8 No. l2 4
1 引

/ [ p x /T i % xq - e ( VV) ] -
() 1
其中 , 为反 向饱和电流 ,为与发光 二极管有关 的常 数 ;V = r ,为温度 的电压当量或热 电压 ,常温下 T k/ q
的数 学模 型 。利 用 M T A A L B对 实验数 据进行拟合 ,对 比数 据点与 拟合 的理 论 图形 ,认 为该模 型是 正确 的 , 该模型填补 了光电耦合 器在该 方面资料的 空白。 关键词 :光电耦 舍器 ;伏安特性 ;发光二极管 ;光电三极管 ;分布拟舍
中图分 类 号 :T 6 2 N 2 文 献 标 识 码 :A
大约为 2 6mV;V为加在发光 二极管两端 的电压值 。 发 光二极管 发光是 注入 的少 数载 流子 同多数载 流子
光 电耦合 器 ( pia cu l ,英 文缩写 为 O ) O t l ope c r C
DOI: 1 .7 8 0MEI 01 2 0 .0 6 03 8 / 2 8 40 4 1
V— t e t a d l a a t r t s o t c u lr - Ma h ma i l I c Mo e Ch r c e i i f sc Opo o pe s
YANG i Ru
摘 要 :为在 电路设计 中更 方便和有效地使用光 电耦合器 ,提 出了光电耦 合器伏安特性数 学模型 , 目前还没
有光 电耦合器该方面资料 。通过从理论上分析发光二极管和光 电三极管的 电流特性 ,推导 出光 电耦合 器比较
常用的光 电三极 管共射极 工作 方式 的输入 电压和输 出电流的关 系表 达式 ,从 而得 到这种 工作方式的伏安特性
(1 5 ro, 3U i D l n16 2 , hn 9 5 0Top 9 n , aa 10 3 C i t i a)
Ab t c:I r e o u e o t a c u l r mo e c n e in n f ce t i i u td s n t e t a d l s r t n od r t s pi l o p e r o v ne ta d ef in n cr i e i ,a mah mai lmo e a c i c g c
p r na d t n o lt te ds iuin ft g o aig te d t ons a d tert a tn rp is ei tl aa a d c mpee h itb t tn ,c mp r h aa p it n h oei lft g ga hc , me r o ii n c ii ters l o f e h tte mo e a orc. h d lf ld teifr t n g p n tef l . h eut c ni d ta h d lw sc ret T e mo e l h nomai a si h ed s r ie o i
wa r p s d f rt e -V c a a trsi s o p ia c u l r .T e e inti fr t n b u h d l u r n l s p o o e o h I h rce it f o t l o pe s h r s ’ n omai a o t t e mo e c re t c c o y.
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