光電耦合器在接口電路中的應用

宋利輝

摘要：闡述了光電耦合器的特點，并根據(jù)光電耦合器的特性進行了計算機接口電路的設計，該設計在實際應用中起到了很好的效果。

關鍵詞：平接口電路；光電耦合器

中圖分類號：TP39 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）007-0-01

一、引言

接口電路是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，程序、原始數(shù)據(jù)和各種現(xiàn)場采集到的溫度、流量、壓力、速度、電流、電壓等不斷變化的物理信息，需要通過接口電路送入計算機.程序運行結果、結算結果或各種控制信號需要通過接口電路送到顯示器、打印機、壓力表、傳感器等其它設備，以便顯示、打印及實現(xiàn)各種控制動作。計算機能直接處理的信號是一定范圍內(nèi)的數(shù)字量、開關量和脈沖量，與外部的其它設備所使用的信號可能完全不同。因此，需要通過接口電路將這些信號轉變成適合對方的形式，如將電平信號變?yōu)殡娏餍盘?、將弱電信號變?yōu)閺婋娦盘枴?shù)字信號變?yōu)槟M信號、將并行數(shù)據(jù)格式變?yōu)榇袛?shù)據(jù)格式等[1]。

光電耦合器作為近年發(fā)展起來的新型器件，利用采集到的電信號使內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光、光感器件感應到光后產(chǎn)生相應電信號，完成不同形式信號之間的轉換，因其具有的輸入、輸出信號相互電隔離的獨特優(yōu)點，在計算機接口電路的設計中應用比較廣泛。

二、光電耦合器

1.光電耦合器定義

將發(fā)光器件和光電接收器組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件，稱為光電耦合器[2]。光電耦合器件可分為兩類：一類為光電隔離器，其功能是在電路之間傳送信息，以實現(xiàn)電路之間的電氣隔離和噪聲消除；一類為光傳感器，用于檢測物體的位置或者檢測物體有無的狀態(tài)。

2.光電耦合器特點

光電耦合器具有下列特點：

（1）電隔離功能。它的輸入、輸出信號間完全沒有電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零位可以任意選擇。

（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(shù)字信號。

（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。

（4）響應速度快。一般可達微秒數(shù)量級，甚至納秒數(shù)量級。

（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(wěn)定，耗電省，成本低工作溫度范圍廣。

（6）即具有耦合特性又具有隔離特性。

三、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(xiàn)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(shù)字量后送入計算機系統(tǒng)總線；采用光電耦合器TIP621-4將計算機系統(tǒng)總線上的數(shù)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(shù)字量之間以及計算機總線上的數(shù)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。接口電路板主要原理圖如圖2所示。

四、結語

利用光電耦合器設計的接口電路，不但實現(xiàn)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(chǎn)生的電磁、噪聲、尖峰浪涌等干擾信號傳入到計算內(nèi)。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(yè)出版社，2010，11.