红外线反射式光电开关(光耦开关):实验原理

将发光器件与光电接收器件组合成一体,制成的具有信号传输功能的器件称为光耦器件。光耦器件的发光件常用LED发光二极管、LD半导体激光器和微型钨丝灯等。光电接收器件常用光电二极管、光电三极管、光电池及光敏电阻等。由于光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的,只有光信息相连。因此,在实际应用中具有许多特点,成为重要的器件。

(1)光耦的结构。

光耦器件的基本结构如图6.6.1所示,图6.6.1(a)所示为发光器件(发光二极管)与光电接收器件(光电二极管或光电三极管等)被封装在黑色树脂外壳内构成光耦器件。此外,还有将发光器件与光电接收器件封装在金属管壳内构成的光耦器件,它使发光器件与光电接收器件靠得很近,但不接触。

图6.6.1 光耦器件的结构和电路符号

光耦器件的电路符号如图6.6.1(b)所示,图中的发光二极管泛指一切发光器件,图中的光电二极管也泛指一切光电接收器件。

反光型光电耦合器:LED和光电二极管平行封装在一个壳体内,LED发出的光可以由较远的位置上放置的器件反射到光电二极管的光敏面上。显然,这种反光型光耦器件要比成锐角的耦合器作用距离远。

(2)光耦的特点。

①具有电隔离的功能。它的输入、输出信号间完全没有电路联系,所以输入和输出回路的电子零位可以任意选择。绝缘电阻高达1010~1012Ω,击穿电压高达100~25kV,耦合电容小于1pF。

②信号传输是单向性的。脉冲、直流都可以使用,适用于模拟信号和数字信号。

③具有抗干扰和噪声的能力。它作为继电器和变压器使用时,可以使线路板上看不到磁性元件,且不受外界电磁、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。它可传输的信号频率在直流至10MHz之间。

⑤实用性强。具有一般固体器件的可靠性,体积小,重量轻,抗震,密封防水,性能稳定,电耗少,成本低,工作温度范围在-55℃~+100℃之间。

⑥既具有耦合特性,又具有隔离特性。它能很容易地把不同电位的两组电路互联起来,圆满地完成电平匹配、电平转移等功能。

红外线开关模块由一个红外发射二极管和红外三极管组成。当物体接近时,发射管发射的红外线被物体反射回接收管上,被接收管接收。接上放大和控制电路,常用作楼道口等处的灯控开关。当有人经过时,控制楼道灯亮。通过延时电路控制,经过若干秒后,楼道灯自动熄灭。

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