4N25光耦合器：簡(jiǎn)單的應用電路

介紹

4N25是一款6引腳光電晶體管耦合器。本文根據其傳動(dòng)特性介紹了 4N25 的非線(xiàn)性和線(xiàn)性應用。

4N25概述

光電耦合器4N25的內部電路結構如圖1所示。

圖1.4N25內部電路結構

該芯片為雙列直插式器件，外引線(xiàn)為6根，輸入端發(fā)光二極管由發(fā)光二極管組成。

當器件Ta=25°C時(shí)，其極限參數為：

1.LED的正向電流為80mA;

2.光電晶體管設定光束電壓為30V;

3.總功耗為250mW;

4.輸入輸出之間的絕緣耐壓為2500VDC;

5.工作溫度-55°C~100°C。

4N25傳輸特性

當電路中的電源電壓為Vcc=5V，集電極電阻Rc=1kΨ且基極開(kāi)路時(shí)，通過(guò)光電耦合器4N25的在線(xiàn)測試，數據如表1所示。

其傳輸功能具有以下特點(diǎn)：

當輸入電流IF=0時(shí)，輸出電流IS=0。表示發(fā)光二極管不發(fā)光，光電晶體管在沒(méi)有光的情況下被切斷;

當輸入電流IF=0.5mA時(shí)，輸出電流IC=0.22mA，IF>IC。表示發(fā)光二極管已經(jīng)開(kāi)始發(fā)光，光電晶體管光線(xiàn)較弱，不在截止區域;

當輸入電流IF為1~4mA時(shí)，輸出電流IC為0.7~4.19mA，IF

當輸入電流IF=4.5mA時(shí)，輸出電流IC=4.4mA，IF>IC。結果表明，當IF增加到一定程度時(shí)，IC不能繼續線(xiàn)性變化。之后，電流傳輸比下降，光電耦合器開(kāi)始進(jìn)入飽和狀態(tài)。

從上面的分析可以看出，中頻的大小決定了電路的工作狀態(tài)。如果IF太大或太小，電路在輸出特征的非線(xiàn)性區域工作。僅在一定范圍內，它工作在輸出要素的線(xiàn)性區域

4N25應用電路

由光電耦合器4N25組成的應用電路如圖2所示。

1. R1是直流偏置電阻。R1用于調節電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。確定電路IF和VF后，R1的電阻取決于偏置VI的值，即R1=（VI-VF）/IF。在公式中，VI的值必須至少是VF的2倍。

2. R2是集電極電阻。輸出信號由R2輸出。R2的電阻選擇與輸入信號的驅動(dòng)能力有關(guān)。驅動(dòng)能力強，阻力可以更小。相反，電阻值可以更大，一般可以選擇幾百到幾千Ψ之間。

3. R3是基極分流電阻。R3用于改變對入射光的靈敏度，以提高電路的動(dòng)態(tài)性能，提高信號傳輸質(zhì)量。其值一般在幾百kΨ左右。

4. C1是耦合電容。C1起到阻斷直接通信的作用，其值由信號的基頻決定，一般在幾十微法拉左右。

 4N25非線(xiàn)性應用

圖2.4N25應用電路

從圖2所示的電路來(lái)看：

如果直流偏置電阻R1的電阻選擇較大，則輸入靜態(tài)工作電流IF較小。此時(shí)，發(fā)光二極管處于略微導通狀態(tài)。

然后，當輸入信號低時(shí)，輸出集電極電流IC也很小，集電極到****極電壓UCE最大，輸出信號高。

相反，當輸入信號處于高電平時(shí)，發(fā)光二極管工作電流IF最大，輸出集電極電流IC也最大，集電極-****極電壓UCE最小，輸出信號處于低電平。

如果輸入是連續數字信號，則電路工作在飽和和截止狀態(tài)，輸出信號隨輸入信號的高低電平變化而變化，相位相反，幅值由電源電壓Vcc的大小決定。

當電路處于非線(xiàn)性應用中時(shí)，輸入可以有2種驅動(dòng)模式：

1.有偏見(jiàn)的間接驅動(dòng)。也就是說(shuō)，輸入信號通過(guò)耦合電容添加。

2.無(wú)偏置直流驅動(dòng)。即不使用R1和C1，輸入信號直接通過(guò)限流電阻添加。

兩種驅動(dòng)電路的區別在于，前者要求輸入信號的驅動(dòng)能力較弱，而后者要求輸入信號的驅動(dòng)能力較強。

在光電耦合器4N25的非線(xiàn)性應用中，基極分流電阻R3的值對信號傳輸質(zhì)量的影響較大。

它的值不能太小或太大。

太小不利于目前的轉移率。因為它會(huì )延長(cháng)光電晶體管的飽和過(guò)程，所以輸出波形下降沿的底部會(huì )變慢。

太大不利于光電晶體管的快速切斷。因為，它會(huì )導致輸出波形上升沿的頂部變慢。

因此，R3的電阻必須適當。R3電阻對輸出波形的影響如圖3所示。

圖3.R3電阻對輸出波形的影響

4N25線(xiàn)性應用

在圖2所示電路中，如果選擇直流偏置電阻R1，則輸出端光電晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓UCEQ正好位于負載線(xiàn)線(xiàn)性區域的中點(diǎn)。

然后，當電路動(dòng)態(tài)工作時(shí)，當輸入正弦波信號大小合適時(shí)，電路中每個(gè)點(diǎn)的電壓和電流將基于靜態(tài)工作點(diǎn)。

UF=UFQ+uiSinwt

UCE=UCEQ+UceSin（wt-180°），或

IF=IFQ+IfSinwt

IC=ICQ+IcSinwt

發(fā)生與輸入信號相對應的變化。

可以看出，靜態(tài)工作點(diǎn)是電路線(xiàn)性工作的保證。

當電源電壓Vcc=5V，集電極電阻R2=1kΨ時(shí)，合格測試電路具有以下特點(diǎn)：

1.當輸入正弦波信號頻率f=1kHz，Ui=10mV時(shí)，最大不失真輸出電壓Uo=812mV?？梢钥闯?，該電路具有一定的放大能力。

2.從輸入和輸出波形的比較中，電路可以明顯抑制疊加在輸入波形中的噪聲干擾，使輸出波形變得平滑穩定，提高輸出信噪比。

3.如果改變輸入信號的頻率，當電路放大因數下降到0.707倍時(shí)，上限頻率fh=30kHz，下限頻率fl=30Hz?？梢钥闯?，該電路具有更寬的振頻特性。

結論

在非線(xiàn)性應用中，光電耦合器4N25是高電平和低電平信號，因為電路的輸入和輸出都是高電平和低電平。因此，無(wú)需設置或設置較低的靜態(tài)工作點(diǎn)，電路工作在非線(xiàn)性狀態(tài)。在線(xiàn)性應用中，因為信號傳輸時(shí)沒(méi)有失真。因此，應根據動(dòng)態(tài)工作的要求設置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使電路以線(xiàn)性狀態(tài)工作。此外，電路的輸入輸出交直流電路不能共享接地，否則將失去其應用功能。