1、本章主要内容11/10/20221三大类光电子器件三大类光电子器件光电器件光电器件：能将光辐射转变为电信号，常见的能将光辐射转变为电信号，常见的有光电二极管、光敏三极管、光敏电阻等。有光电二极管、光敏三极管、光敏电阻等。电光器件电光器件：能将电信号转变为光辐射，常见能将电信号转变为光辐射，常见的有发光二极管、激光二极管，甚至包括人的有发光二极管、激光二极管，甚至包括人们日常接触到的电视机的显像管、电脑的显们日常接触到的电视机的显像管、电脑的显示器等。示器等。光电耦合器件光电耦合器件：光电器件与电光器件的组合。光电器件与电光器件的组合。11/10/202229.1.1 9.1.1 发光二极管的工
2、作原理发光二极管的工作原理外形图：外形图：11/10/20223LED的正向工作电压UF F一般为1.53V；反向击穿电压一般大于5V；正向工作电流IF F为几毫安到几十毫安，且亮度随IF F的增加而增大；发光二极管正向工作电压的大小取决于制作材料；不同的半导体材料及工艺使发光二极管的颜色、波长、亮度、光功率均不相同。11/10/202243.0 黄黄 7 7 30 0.82 102EF84151.91.9黄绿黄绿 7 7 40 0.2 2 102EF6015.0 红红 7 7 40 0.2 1.7 102EF5015.0红红 7 7 50 0.61.7 102EF401UBR/V IFM/m
3、AIO/mcd UF/V IF/mA外形外形发光发光颜色颜色反向反向耐压耐压最大工最大工作电流作电流发光发光强度强度正向正向电压电压工作工作电流电流型型 号号2EF2EF系列发光二极管的主要参数系列发光二极管的主要参数 11/10/20225（1 1）直流驱动）直流驱动（a a）直流电源驱动）直流电源驱动 （b b）晶体管驱动）晶体管驱动 FFCCIUVRFFCCIUVRF)sat(CEFCCIUUVR11/10/20226图中的图中的VD是反向保护二极管，当是反向保护二极管，当US为负半周时，为负半周时，LED截止，截止，VD导通，使导通，使LED的反向电压很低。的反向电压很低。FFSIUU
4、R11/10/20227限流电阻限流电阻稳定输出电压稳定输出电压11/10/2022811/10/20229光电器件能将感受到的光能转变成电能。光电器件能将感受到的光能转变成电能。通常光电器件均以光测控器的形式工作于各通常光电器件均以光测控器的形式工作于各种电路和控制系统中，如光通信、光电检测、种电路和控制系统中，如光通信、光电检测、光电开关等领域。光电开关等领域。常见光电器件有光电二极管、光电三极管、常见光电器件有光电二极管、光电三极管、光敏场效应管、光控晶闸管、光敏电阻器、太光敏场效应管、光控晶闸管、光敏电阻器、太阳电池等。阳电池等。11/10/2022101.1.光电二极管外形、电路符号
5、及工作原理光电二极管外形、电路符号及工作原理外形外形 电路符号电路符号 光导模式光导模式光伏模式光伏模式箭头与LED符号的区别11/10/202211简单光控电路简单光控电路 光控继电器电路光控继电器电路光照射，光照射，2CU导导通，有电压输出通，有电压输出光照射光照射2CU,VT导通，导通，KA吸合。吸合。11/10/202212集成运放集成运放UO=IRRF可见输出电压与光照输入成正比。可见输出电压与光照输入成正比。11/10/202213（3）光电二极管使用中注意事项 11/10/202214外形图外形图 电路符号电路符号等效电路等效电路光电三极管的光电流要比光电二极管的光电流大光电三极
6、管的光电流要比光电二极管的光电流大倍倍 11/10/202215光敏继电器电路光敏继电器电路 光控报警器光控报警器 晶闸管晶闸管 当有光照时，光敏三极管导通，输出的低电平使晶闸管呈现关当有光照时，光敏三极管导通，输出的低电平使晶闸管呈现关断状态，报警器不响。当光被遮断时，光敏三极管截止，输出的高断状态，报警器不响。当光被遮断时，光敏三极管截止，输出的高电平使晶闸管导通，报警器发出报警信号。电平使晶闸管导通，报警器发出报警信号。11/10/202216光电导效应光电导效应-当光照射到半导体时，半导体当光照射到半导体时，半导体的电导率随之发生变化的现象。的电导率随之发生变化的现象。1.1.光敏电阻
7、器外形、电路符号及工作原理光敏电阻器外形、电路符号及工作原理 （a a）外形外形 （b b）电路符号）电路符号 结构简单、结构简单、灵敏度高，灵敏度高，可以用来控可以用来控测和度量光测和度量光的变化的变化。光敏电阻分为紫外光、可见光及红外光光敏电阻等三类光敏电阻分为紫外光、可见光及红外光光敏电阻等三类 11/10/202217 从图中可见，随着光照强度的增加，光敏电从图中可见，随着光照强度的增加，光敏电阻器的阻值迅速下降，然后逐渐趋向饱和。阻器的阻值迅速下降，然后逐渐趋向饱和。光照特性是指器件输出的电信号随光照强度的光照特性是指器件输出的电信号随光照强度的改变而变化的规律。改变而变化的规律。光
8、照特性曲线光照特性曲线11/10/202218 光敏电阻将光的强弱变化转变为电阻值的差异，从而光敏电阻将光的强弱变化转变为电阻值的差异，从而可以由流过电流表的不同电流直接显示亮度。其中可以由流过电流表的不同电流直接显示亮度。其中R1、R2用于调节表面刻度，用于调节表面刻度，RW用于控制表头的灵敏度。用于控制表头的灵敏度。11/10/202219 调制光入射光敏电阻后转化为电信号，然后送放大调制光入射光敏电阻后转化为电信号，然后送放大器进行放大。输出器进行放大。输出uO的大小即可反映温度的高低。的大小即可反映温度的高低。11/10/202220普通光电耦合器普通光电耦合器 光电耦合器是将发光和受
9、光器组光电耦合器是将发光和受光器组成一体的以光为媒介用来传输电信号成一体的以光为媒介用来传输电信号的光电器件的光电器件 工作原理：在输入端加电信号，使发光器件发光，受光器件受工作原理：在输入端加电信号，使发光器件发光，受光器件受到光照后，产生光电效应，输出电信号，实现了由电到光、再到光照后，产生光电效应，输出电信号，实现了由电到光、再由光到电的传输。由光到电的传输。主要特点：输入与输出之间的隔离性好，信号单向传输无反主要特点：输入与输出之间的隔离性好，信号单向传输无反馈影响，抗干扰能力强，响应速度快，工作稳定可靠。馈影响，抗干扰能力强，响应速度快，工作稳定可靠。发光二极管发光二极管光电三极管光
10、电三极管11/10/202221从外形上分：从外形上分：有双列直插型，光纤传输型，同轴型等；有双列直插型，光纤传输型，同轴型等；从功能上分：从功能上分：发光部分都采用砷化镓红外发光二极管，发光部分都采用砷化镓红外发光二极管，受光部分有光电二极管型、光电三极管型、达林顿晶体管型、受光部分有光电二极管型、光电三极管型、达林顿晶体管型、双向晶闸管型、集成电路输出型、高压型、高速型等。双向晶闸管型、集成电路输出型、高压型、高速型等。普通光电耦合器的普通光电耦合器的输入部分是砷化镓红外发光二极管输入部分是砷化镓红外发光二极管，输出输出部分是硅光电三极管部分是硅光电三极管。当发光二极管中当发光二极管中有电
11、流有电流IF流过流过而发出的光照射到硅光电三极管而发出的光照射到硅光电三极管上时，光电三极管上时，光电三极管就有光电流就有光电流IO产生产生。如果发光二极管中如果发光二极管中没有电流没有电流IF流过流过，发光二极管不发光，光电，发光二极管不发光，光电三极管三极管就无光电流产生就无光电流产生。输入电信号是经过光媒质传输到输出端，输入电信号是经过光媒质传输到输出端，实现了输入和输出实现了输入和输出的电隔离的电隔离。11/10/202222光电二极管型光耦合器光电二极管型光耦合器光电三极管型光耦合器光电三极管型光耦合器达林顿型光耦合器达林顿型光耦合器双向晶闸管型光耦合器双向晶闸管型光耦合器11/10
12、/202223集成电路光耦合器集成电路光耦合器光电二极管和三极管光耦合器光电二极管和三极管光耦合器11/10/2022241 1光电耦合器的基本应用电路光电耦合器的基本应用电路从集电极输出从集电极输出从发射极输出从发射极输出电源转换电源转换11/10/202225光电耦合器的基本应用电路光电耦合器的基本应用电路11/10/2022262.2.光电开关光电开关简单的常开型开关电路简单的常开型开关电路 在开关电路中，在开关电路中，往往要求控制点和开往往要求控制点和开关之间能有很好的隔关之间能有很好的隔离，若用一般的电子离，若用一般的电子开关是很难做到的，开关是很难做到的，但用光电耦合器就很但用光电
13、耦合器就很容易实现。容易实现。当输入信号为零或足够小时，晶体管当输入信号为零或足够小时，晶体管VT截止，发光二截止，发光二极管不发光，光敏三极管没有光电流输出，极管不发光，光敏三极管没有光电流输出，a、b两端之间两端之间相当于开关断开。相当于开关断开。当输入信号足够大时，晶体管当输入信号足够大时，晶体管VT导通，发光二极管发导通，发光二极管发光，光敏三极管产生光电流输出，相当于开关接通。光，光敏三极管产生光电流输出，相当于开关接通。11/10/202227（a a）直接驱动）直接驱动 为了防止干扰，数字集成电路常常用光电耦为了防止干扰，数字集成电路常常用光电耦合器作为接口电路，传输数字信号。合
14、器作为接口电路，传输数字信号。(b)加晶体管驱动，提高驱动能力加晶体管驱动，提高驱动能力11/10/202228几种放大电路几种放大电路 在工程实际应用中，常用光电耦合器组成光电耦在工程实际应用中，常用光电耦合器组成光电耦合型放大器，使较小的输入信号得到放大。光电耦合合型放大器，使较小的输入信号得到放大。光电耦合器起隔离作用。器起隔离作用。11/10/202229 光电三极管型光电耦合器在一定条件下，可以实现线性光电三极管型光电耦合器在一定条件下，可以实现线性隔离放大功能。下图为其应用隔离放大功能。下图为其应用电路电路：电路的输入级和输出级均将集成运放电路的输入级和输出级均将集成运放LM741接成同相比接成同相比例放大器，输入级的输出信号驱动例放大器，输入级的输出信号驱动LED发光，当光敏三极管发光，当光敏三极管感光后有光电流在发射极输出，经感光后有光电流在发射极输出，经R5将光电流转换成电压，将光电流转换成电压，再经输出级放大输出。再经输出级放大输出。11/10/20223011/10/202231
