光电耦合器在接口电路中的应用

宋利辉

摘要：阐述了光电耦合器的特点，并根据光电耦合器的特性进行了计算机接口电路的设计，该设计在实际应用中起到了很好的效果。

关键词：平接口电路；光电耦合器

中图分类号：TP39 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）007-0-01

一、引言

接口电路是计算机系统的重要组成部分，程序、原始数据和各种现场采集到的温度、流量、压力、速度、电流、电压等不断变化的物理信息，需要通过接口电路送入计算机.程序运行结果、结算结果或各种控制信号需要通过接口电路送到显示器、打印机、压力表、传感器等其它设备，以便显示、打印及实现各种控制动作。计算机能直接处理的信号是一定范围内的数字量、开关量和脉冲量，与外部的其它设备所使用的信号可能完全不同。因此，需要通过接口电路将这些信号转变成适合对方的形式，如将电平信号变为电流信号、将弱电信号变为强电信号、将数字信号变为模拟信号、将并行数据格式变为串行數据格式等[1]。

光电耦合器作为近年发展起来的新型器件，利用采集到的电信号使内部发光二极管发光、光感器件感应到光后产生相应电信号，完成不同形式信号之间的转换，因其具有的输入、输出信号相互电隔离的独特优点，在计算机接口电路的设计中应用比较广泛。

二、光电耦合器

1.光电耦合器定义

将发光器件和光电接收器组合成一体，制成的具有信号传输功能的器件，称为光电耦合器[2]。光电耦合器件可分为两类：一类为光电隔离器，其功能是在电路之间传送信息，以实现电路之间的电气隔离和噪声消除；一类为光传感器，用于检测物体的位置或者检测物体有无的状态。

2.光电耦合器特点

光电耦合器具有下列特点：

（1）电隔离功能。它的输入、输出信号间完全没有电路的联系，所以输入和输出回路的电平零位可以任意选择。

（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。

（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。

（4）响应速度快。一般可达微秒数量级，甚至纳秒数量级。

（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。

（6）即具有耦合特性又具有隔离特性。

三、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。接口电路板主要原理图如图2所示。

四、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.