淺析光電耦合器的檢測方法及檢測實例

文:周志敏2021年第一期

導語:文中闡述了光電耦合器的導電性能、電流傳輸能力、VF、VBC、VBE、hFE參數的檢測方法及檢測步驟,并列舉了光電耦合器的典型參數檢測實例。

  1.光電耦合器的導電性能檢測

  鑒于光電耦合器中的發射管與接收管是互相獨立的因此可以單獨檢測這兩部分。整個測量分三步進行:

  (1)利用R×100(或R×1k)測量發射管的正、反向電阻,檢查單向導電。

  (2)分別測量接收管的集電結與發射結的正、反向電阻,均應單向導電。然后測量穿透電流ICEO,應等于零。

  (3)用R×10k檔檢查初級(發射管)與次級(接收管)的絕緣電阻,應為無窮大。

  有條件者最好選兆歐表實際測量一下絕緣電壓及絕緣電阻值。兆歐表的額定電壓只能接近、但不得超過被測光電耦合器所規定的VDC值。舉例說明,GO110型光電耦合器的VDC=1000V,可選ZC25-4型兆歐表,其額定電壓恰好為1000V,符合規定的檢測條件。4N35型的VDC=3550V,宜選用ZC11-5型兆歐表,該表額定電壓為2500V。測絕緣電壓時,連續搖兆歐表的時間不要超過一分鐘。

  實例:測量一只4N35型光電耦合器,它屬于通用型光電耦合器,采用雙列直插式封裝,共有6個引出端。其中,靠近黑圓點的管腳為第1腳,第3腳是空腳(NC)。

  (1)檢查發射管;選擇500型萬用表的R×100及R×1k檔,首先測量發射管正向電阻,然后交換表筆再測反向電阻。

  (2)檢查接收管;將黑表筆固定接B極,紅表筆依次接C極和E極,測量的電阻值都很小。交換表筆位置后,電阻均為無窮大。另外測得C-E間電阻呈無窮大,證明穿透電流ICEO=0。

  (3)檢查絕緣電阻及絕緣電壓;首先用R×10k檔測量腳1與腳6之間、腳2和腳6之間的絕緣電阻,都是無窮大。然后用ZC11-5型兆歐表提供2500V的檢測電壓VDC,絕緣電阻大于10000MΩ(即1010Ω)。

  2.電流傳輸能力檢測

  對于晶體三極管來說,當基極有輸入電流Ib時,在集電極就可得到電流Ic,Ib和Ic的比值稱為三極管的β值。相類似的,對于二極管、三極管型光電耦合器來說,當發光二極管通以正向電流IF時,光敏三極管可輸出電流Ic,Ic和IF的比值就是光電耦合器的CTR值。從表面上看,晶體管的β值和光電耦合器的CTR值似乎具有同樣的意義,都是輸入和輸出電流之比。

  為此,我們把三極管的β值稱作電流放大倍數,而把光電耦合器的CTR值稱為電流傳輸比(以百分數表示),以資區別。在無專用儀器的情況下,分別測量Ic和IF,以求光電耦合器的電流傳輸比CTR。

  (1)晶體管特性圖示儀法;應用晶體管特性圖示儀可以方便地測量光電耦合器的電流傳輸比CTR;把光電二極管的負極E1和光敏三極管的發射極E2接到圖示儀的“E”端,發光二極管的正極F接到圖示儀的“B”端就可按照測量NPN小功率晶體管的檢測步驟來測量,不過由于光電耦合器的CTR值小于1,“Ib”的檔位放在比測量小功率晶體管β值時大得多的位置上。

  產品手冊上提供的光電耦合器的電流傳輸比CTR是典型值,實際上CTR值是隨IF大小有所變化的,在設計線路時,應按實際使用的IF測得CTR,作為計算依據。

QQ截圖20210202151316.jpg

  (2)萬用表法;電流傳輸比(CTR)是衡量光電耦合器性能優劣的重要參數。利用萬用表法,不僅能估測光電耦合器電流輸能力的大小,還可對同一種型號的光電耦合器進行相對比較。

  檢測電路如圖1所示,圖1中的表Ⅰ、Ⅱ表分別表示兩塊萬用表,二者型號可以相同,也可以不同,但均置于R×100檔。先不接入表Ⅰ,只接表Ⅱ。表Ⅱ的黑表筆接腳5,紅表筆接腳4,電阻讀數應為無窮大。由于接收管呈截止狀態,因此電阻檔讀數實際反映出接收管的電流ICEO=0。

  然后把表Ⅰ也接入電路,黑表筆接腳1,紅表筆接腳2。此時觀察到表Ⅱ的讀數從無窮大迅速減小到幾百歐,說明接收管業已導通。在同樣檢測條件下(即所選擇萬用表的型號及電阻檔均不改變),表針偏轉的角度愈大,證明器件的電流偉輸比愈高。

  實例:選兩塊500型萬用表分別作為表Ⅰ和表Ⅱ。首先估測一只4N85通用型光電耦合器的電流傳輸能力。在不接表Ⅰ時,表Ⅱ讀數為無窮大,接表Ⅰ后,表Ⅱ讀數減小到350Ω。

  然后采樣同樣方法估測另一只4N35的電流傳輸能力,表Ⅱ的讀數從無窮大減至370Ω。因為350Ω<370Ω,故判定前面一只4N35的電流傳輸能力比后者要強一些。

  采用雙表法不僅可以檢查光電耦合器進行“電-光-電”轉換工作是否正常,還能進一步測量出電流傳輸比CTR以及接收管和飽和壓降VCES等項參數。

  首先假定表Ⅰ和表Ⅱ分別屬于不同型號的萬用表,它們在R×100檔的電流比例系數依次為K1、K2,并且表Ⅰ向發射管提供的正向電流IF=K1n1,由表Ⅱ上讀出的集電極電流IC=K2n2得出;

  CTR=IC/IF×100%=K2n2/K1n1×100% (1)

  顯然,若選同一型號的兩塊萬用表,則K1=K2,式(1)就化簡成

  CTR=n2/n1×100% (2)

  (2)式為測量CTR提供了一種簡便方法,即并不需要實際求出IF、IC值,只需記下表Ⅰ、表Ⅱ在測量時的偏轉格數n1和n2,就能迅速、準確地計算CTR值。

  注意事項:測量CTR及VCES時均應選擇R×1k檔,該檔提供的檢測電流比較合適。不宜用R×1k檔或R×10檔。

  3.VF、VBC、VBE、hFE參數檢測

  利用下面介紹的方法,能夠準確測量光電耦合器的下列參數:

  (1)發射管正向電壓VF。

  (2)接收管的集電結正向壓降VBC。

  (3)發射結正向壓降VBE。

  (4)接收管的共發射極電流放大系數hFE。

  本例需要利用讀取電壓法以及準確測量晶體管hFE的簡便方法。下面通過一個實例加以說明。

  實例:測量一只4N35通用型光電耦合器。使用500型萬用表,并選擇R×100電阻檔。

  (1)測量VF、VBC、VBE;分別測量+—、B-C、B-E之間的正向電阻,同時讀出表針倒數偏轉的數值,再計算各正向電壓值。

  (2)測量hFE;為便于接收和插基極電阻,現把4N35插在面包板(又叫電路實驗板)上。首先按照圖2(a)所示電路,在接收管的基極與集電極之間接固定偏置電阻RB,RB實選0.5級100kΩ精密金屬膜電阻。因500型萬用表R×100檔的歐姆中心值R0=1kΩ,故系數m為:

  m=RB/R0=100kΩ/1kΩ=100

  將黑表筆接C極,紅表筆接E極時,表針偏轉格數n1=22.6格(所對應的電阻值為1.2kΩ)。再參照圖2(b)的電路,將基極與集電極短路時,讀出n2=30格(對應于660Ω)。最后把m、n1、n2之值一并代入式中計算出:

  hFE=mn1/n2-n1=100-22.6/30×22.6=305

  由此證明接收管的放大能力比較強。需要說明一點,另用DT-830型數字萬用表hFE的插中測得,該器件的hFE=346。可見即使采用不同的儀表,而且檢測條件存在一定差異,但兩個測量結果還是比較接近的。

  5.結語

  目前,光電耦合器是一種抗干擾,隔噪音的理想半導體光電器件,在自動化控制設備中應用得非常廣泛,前景也十分可觀。隨著工廠自動化技術的迅速發展,以及光隔離器和固體繼電器等自動控制部件在機械工業中的應用的不斷擴大,光耦合器的市場將日益擴大,其檢測技術一定會不斷創新發展。 

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