光耦合电路及其应用.doc

P．7

装 订 线

实验报告

课程名称： 电路与电子技术实验 指导老师： 成绩：
实验名称： 光耦合电路及其应用 实验类型： 电子电路实验 同组学生姓名：
一、实验目的 二、实验内容
三、主要仪器设备 四、实验原理
五、实验数据记录、处理与分析 六、实验心得
一、 实验目的
1．熟悉光耦合器件及其种类，基本掌握常用光耦合器件的使用。
2．掌握光耦合器件的常用电路的设计、调试方法。
二、 实验内容
1 ．设计一个实现电平转换电路。要求输入为0~5V电平信号，对应输出为0~12V的电平转换。
2 ．设计一个实现电平转换电路。要求输入为0~5V电平信号，对应输出为12~0V的电平转换。
3． 用光耦合器TLP521设计一个报警电路。当输入2V时，发光二极管点亮；当光耦合器输入0V时，发光二极管熄灭。
三、 主要仪器设备
电路实验板、通用运算放大器、电阻电容等元器件、MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 。
四、 实验原理
根据光电耦合器输入输出关系可分为：非线性光电耦合器和线性光电耦合器。非线性光电耦合器的电流传输特性曲线是非线性的，这类光电耦合器适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系类光电耦合器属于非线性光电耦合器；线性光电耦合器的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性
能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光电耦合器是PC817系列。

根据光电耦合器输出形式可分为：
a. 光敏器件输出型：光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型，光可控硅输出型等。
b. NPN三极管输出型：交流输入型，直流输入型，互补输出型等。
c. 达林顿三极管输出型：交流输入型，直流输入型。
d. 逻辑门电路输出型：门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。
e. 功率输出型：IGBT/MOSFET等输出。

五、 实验数据记录、处理与分析
① 【非线性光耦实现信号光电隔离放大电路】
实验仿真：
A. 单电源供电的直流信号光电耦合放大电路

直流扫描
由直流扫描所得的仿真图可知，当直流电压输入特别小时（几毫伏），该电路的电压增益特别大，而在其他电压值时，其电压增益基本稳定在1倍。究其原因，芯片都有自己的正常工作范围，当电压特别小时，该光耦合芯片工作在非线性区，故其在电路中产生了电压增益特别大的状况。

实验记录：
多次改变输入电压，测量输出电压，并比较两者的关系：

输入（V）
输出（V）
输入（V）
输出（V）
5.0
6.41
2.5
3.02
4.5
5.28
2
2.28
4
4.45
1.5
1.80
3.5
4.31
1
1.28
3
3.52
0.5
0.78

由图中可以看出，Vo与Vi 基本满足线性关系，但其比值与仿真的1：1仍有一定的差距，其主要原因还在于线路因素与测量的误差。
B. 单电源供电的模拟信号光电耦合放大电路
实验仿真：

由仿真可知，该电路的电压增益也基本为1倍，但输入与输出之间有一定的相位差。

实验记录：

输入（峰峰值 mV）
输出（峰峰值 mV）
输入
输出
102
110
50mV/格
100mV/格
1、实验中的电压增益A=R3/R2，当调节这两个阻值的大小时，可以改变增益大小；
2、输入和输出要采用独立的电源，否则隔离作用将失去意义；
3、必须对所有的信号全部隔离，否则也是没有意义的；

② 【线性光耦信号放大电路】
实验仿真：
A. 由HCNR200构成的单电源供电的直流电压光电耦合传输电路
由直流扫描所得的仿真图可知，当直流电压输入特别小时（几毫伏），该电路的电压增益特别大，而在其他电压值时，其电压增益基本稳定在1倍。但相比于实验仿真的第一张图，其非线性影响显然比第一张小很多。因其为线性光耦合芯片，故其非线性影响较小，但任不可避免。

B. 由HCNR200构成的单电源供电的交流电压光电耦合传输电路
实验仿真

由仿真可知，该电路的电压增益为1倍（精确的1倍），但输入与输出之间仍有一定的相位差。