中職學生在（zài）電工電子實驗中光電耦合器使用技巧

概述：職業技術學校在我國現代化建設進程（chéng）中扮演了重要角色，為國家輸送大量的實用型人才做出了不可磨滅的貢獻。隨著我國工業化進程的加速，人（rén）才需求尤其是實用型人才需求尤為迫切，加入WTO後，全球一體化進程（chéng）加快，人才資源短（duǎn）缺，人才結構不合理的矛盾（dùn）日益突出。據調查顯（xiǎn）示（shì），前往人才（cái）市場應聘的學生很多，但企業（yè）需要招聘具（jù）有豐富實踐經驗的技（jì）工和技師很（hěn）難。如：單片機、PLC、數控車床等應用（yòng）型人才。社會需要人才，企業發展離不開實用型人才的技術支撐。職業學校在培養（yǎng）實用型人才方麵有很大優勢。電工（gōng）電子課是計算機專（zhuān）業、電子專業，電工專（zhuān）業、自動化控（kòng）製、汽車等專業的基礎技（jì）能學科，它的教學要根據人才培養的需求不斷地改進與創新。
學校教學對象決定了電工電子技術課的教（jiāo）學方式，招收的生（shēng）源主要是具有初中同（tóng）等學曆的學生，他們中間的數、理、化（huà）成績參差不齊，這樣給職校的（de）電工電子技術專業課教學（xué）帶來了一定難度，這就要求我們的職校教學模式與之相（xiàng）適應。對此我在本學科教學方法上進行（háng）了以（yǐ）下幾個方麵的探討：
一、簡易（yì）測試方法：
    由於光電耦合器（qì）的組（zǔ）成方式不盡相同，所（suǒ）以在檢測時應針對不同的結構特點，采取不同的檢測方法。例如，在檢測普通光電耦合器的輸入端時，一般均參照紅外發光二極管（guǎn）的檢測方法進行。對於光敏三極管輸出型（xíng）的光電耦合器，檢測輸出端時應參照光敏三極管（guǎn）的檢測方法進行。
二、萬用表檢測法：
    這（zhè）裏以MF50型指針式萬用（yòng）表和4腳PC817型光電耦合器為（wéi）例，說明具（jù）體檢測方法：首先，按照圖1（a）所示，將指（zhǐ）針式萬用表置於“R×100”（或“R×1k”）電阻擋，紅、黑表（biǎo）筆分別接光電耦合器輸入端發光二極管的兩個引腳。如果有一次表針（zhēn）指數（shù）為無窮大，但紅、黑表（biǎo）筆互換後有幾千至十幾千歐姆的電阻值（zhí），則此時黑表筆所接的引腳即為發光二（èr）極管的正極，紅表筆所接的引腳為發光二極管的負極。
     然後，按照圖1（b）所示，在光電耦合器輸入端接入正向電壓，將指針式萬用表（biǎo）仍然置於（yú）“R×100”電阻擋，紅（hóng）、黑表筆（bǐ）分別接光電耦合器輸出端的兩個引腳。如果有一次表針指數為無窮大（或電阻值較大），但紅、黑表（biǎo）筆互換後卻有很（hěn）小的電阻值（＜100Ω），則此時黑表筆（bǐ）所（suǒ）接（jiē）的引（yǐn）腳即為內部NPN型光敏三極（jí）管的集電極（jí）c、紅表筆所接的引腳為發射極e。當切（qiē）斷輸入端正向電壓時，光敏三極管應截止，萬用表指數（shù）應為無窮大（dà）。這樣，不僅確（què）定了4腳光電耦合（hé）器（qì）PC817的引腳排列，而且還檢測出它的光傳輸特性正常。如果檢測時萬（wàn）用表指針（zhēn）始終不擺動，則說明光電耦合器。


光電耦合（hé）器的檢測 圖1 
    需（xū）要說明（míng）的是：光電耦合器中（zhōng）常用紅外發光二極管的正向導通（tōng）電壓較普通發光二極管要低，一般在1.3V以下（xià），所以可以（yǐ）用指針式萬用表的“R×100”電阻（zǔ）擋直接測量，並且圖1（b）中的電池G電壓取1.5V（用1節5號電池）即可。還可用圖1（a）所示的（de）萬用表接線直接取代（dài）圖1（b）所示的輸入端（duān）所接正向電壓（即電阻器R和電池G），使測量更方（fāng）便，隻不過（guò）需要增加一塊萬用表。
    至於多通（tōng）道光電耦合器的檢測，應首（shǒu）先（xiān）將所有發光二極管的管（guǎn）腳（jiǎo）判（pàn）別出來（lái），然（rán）後再確定對應的光敏三極管的管腳。對於在線路的光電耦合器，最好的檢測方法是（shì）“比較法”，即拆下懷疑有問題的光電耦合器，用萬（wàn）用表測量其內部二極管、三極管的正向和反向電阻值，並與好的同型號（hào）光電耦合器對應腳的測量值進行比較，若阻值相差較大，則（zé）說明被測光電耦合器已損壞（huài）。
三、鑒別器檢測法：
    筆者多（duō）年前曾根據光電耦合器的原理，設（shè）計製作了一個能夠快速判斷光電耦合器好（hǎo）壞的小巧鑒別器，其電（diàn）路如圖2所示（shì）。當（dāng）將光電耦合器的輸入、輸出引腳分清極性後正確插入鑒別器（qì）的4個相應插孔內時（shí），如果發光二極管VD1、VD2同步（bù）閃爍發光（guāng），則（zé）證明光電（diàn）耦合器完好。如果VD1不閃爍發光，則說明光電（diàn）耦合器（qì）內部發光管已開路；如果VD1閃爍發（fā）光（guāng），但VD2不亮或恒定發光（guāng），說明光電耦合器內部不是發光管失效就是（shì）光敏晶體管已開路或擊穿損壞。
光電耦合器鑒別器電路圖 圖2


自製光電耦合器 圖3 
    製作時，VD1用紅色閃爍發（fā）光二極管，VD2用綠色普通發光（guāng）二極管（guǎn）。R用RTX-1/8W型碳膜電阻器。4個管腳插孔可用0.4mm～0.6mm的裸銅絲，在一枚2號大頭針上密繞十幾圈，並在（zài）尾端留出長（zhǎng）度大於3cm的焊接引線（應套上絕緣管），然後脫胎而成。G用4節5號幹電池串聯（6V）而成，如用4F20-6V型疊層幹電池會更方便。整個電路可焊裝在一（yī）個體積合適的塑料小盒內，麵板開孔伸出兩個發光二極管的（de）管帽和4個插孔。注意：輸入和輸出插孔的間（jiān）距（jù）不要超過1cm，各（gè）插孔伸出的引線長度不（bú）要小於2cm，便於靈活互換（huàn）位置，以（yǐ）適應不同型號和引腳排列的光電（diàn）耦合器檢測。本裝置不設電源開關，用畢（bì）拔掉光電耦合器，電源即被（bèi）自動切斷。
3、使用常識：
1.光電耦合器的品種和類型繁多，在實際電工電（diàn）子應用時要根據不同的電路選擇不同類型的光電耦合器。例如，輸入部分有兩個“背對背”發光二極管的光電耦合器，適合應用於交流輸（shū）入的場合；采用達林（lín）頓輸出結構的光電耦（ǒu）合器，適合應用於輸出較大電流的場合；輸出由光觸發雙向（xiàng）晶閘管組成的光電耦合器，適（shì）合用來驅動交流負載。
2、光電耦合（hé）器的封裝形式與內（nèi）部結構、電路功能完全（quán）是兩回事。外形相同的光電耦合器，功能可能完（wán）全不同；功能相（xiàng）同的電路（lù）也可以用不同的封（fēng）裝。所以選用或代換光電（diàn）耦合器時，隻能以它的型號為根據。另外，光電耦合器（qì）直（zhí）接用於隔離傳輸模擬（nǐ）量時，必須要考慮（lǜ）它的輸（shū）出端非（fēi）線性問題。用於（yú）隔離傳輸數字量時，要考慮它（tā）的響應速度問題（tí）。如（rú）果對輸出有功率要求，還得考慮功率接口設計問題。
3、光電耦合器就輸出特性而言，有非線性（數字型）光電耦合器和線性（模（mó）擬型）光電耦合器兩種。非線性光電耦合器的電流傳輸特性曲線是非（fēi）線性的，這類產品適合於開（kāi）關信號的傳（chuán）輸，不適（shì）合於傳輸模擬量。線性光電耦合器的電流傳（chuán）輸特性曲線接近直線，並且（qiě）小信號時（shí）性能較好，能以（yǐ）線性特性進行隔（gé）離控製。彩電、顯示器等（děng）的開關電源中常用的光電耦合器為線性產品，如果換成非線性產品，就有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現寄生振蕩，對圖像畫麵（miàn）等產生幹擾，同時使電源帶負載（zǎi）能（néng）力下（xià）降。因（yīn）此，在維（wéi）修家電產品的（de）開關電源時，如果發現光電耦合器損壞（huài），一定記著要用線（xiàn）性光電耦合器去代換。常用的4腳線性光（guāng）電耦合器有PC817A～C、PC111、TLP521等，6腳線性光電耦合器有LP632、TLP532、PC614、PC714、PS2031等。電子愛好者非常熟悉的4N××係列（liè）（如（rú）4N25、4N26、4N35、4N36等）光電耦合器，主要用於傳輸數字信號(高、低電平)，屬（shǔ）於非線性光電耦合（hé）器，其線性度差，是不適合用（yòng）於開關電源中的。
4、光電耦合器“隔離（lí）”作用的建立需要滿足一定的外部條件：首先，在光電耦合器的輸入部分和輸出（chū）部分必須（xū）分別采用獨立的電源，若兩端共用一個電源，則光電耦合（hé）器的隔離（lí）作用將失去意義；其次，當用光電耦合器來隔離輸（shū）入、輸出（chū）通道（dào）時，必須對所有的信號（包括數位量信號、控製（zhì）量信號、狀態信號）全（quán）部隔離（lí），使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯係，否則這種隔離也是沒有意義的。 
 5、光電耦合器的輸入端引腳都是設計在封裝的某一邊上的，而輸出端引腳則是（shì）封裝在相（xiàng）對的另外一邊上的。這種（zhǒng）結構可保證前後級間絕緣電阻高達109～1013歐姆，並有利於增加（jiā）隔離電壓的最大可能（néng）值，方便電路的安裝。但在多通道光電耦合器中，盡管各（gè）輸入端與輸出端之間的隔離（lí）電（diàn）壓值較（jiào）高（一般≥1.5kV），但（dàn）是（shì）在相鄰通道之間所（suǒ）出現的電位差卻絕對不允許超過500V。另外，光電耦合器的輸入端發（fā）光源多為紅外發光二極（jí）管，它的反向擊穿電壓一般都很低，有的僅3V，在使用時必（bì）須（xū）注意輸入端不能接反。為了防止紅外發光二極管因反壓過高而擊穿，可在其輸入端反向並聯上一個（gè）保護二（èr）極管。
6、通常單通道（dào）光敏三極管（guǎn）型光電耦（ǒu）合器多是密封在（zài）一個引腳的封裝之內，光敏三（sān）極（jí）管的基極被引到封裝的外麵以備使用。在平常使（shǐ）用中（zhōng），基（jī）極是開路不用的。若將基極引腳與發射極引腳短接，便可將光敏三極管轉換成為光敏二（èr）極管，在這種情況下，雖然使光電耦合器的電流傳輸比下降，但卻（què）能夠使響應時間加快。 
7、在業餘電子製作或家電維修（xiū）時，如果手（shǒu）頭一時找不到合適的光（guāng）電耦合器，可參照圖3所示，取一隻  3mm高亮（liàng）度發光二極管（guǎn）和一隻（zhī）2mm的（de）3DU型矽光敏三極（jí）管，用電工絕緣黑膠布（bù）將它們的發（fā）光麵和（hé）受光麵正對著卷起來，然後裝入一段約 6mm×20mm的黑色硬塑管內，兩端用黑色環氧樹脂封固即成。需要指出的是：在選用發光二極管和光敏（mǐn）三極管時（shí），必須使兩者的光譜特性（尤其是峰值波長）盡量保持一致（zhì），否則會影響（xiǎng）光電耦合器的效果。光敏三極管根據需要也可以選用（yòng）光敏二極（jí）管或光敏電阻器等光敏器件（jiàn）。這種自製光電耦合器成本不足2元，其主要特（tè）性參數可參考所選用的兩隻管子的特性。
  8.常見（jiàn）的光電耦合器是把（bǎ）發（fā）光器件和光敏器件對置封裝在一起，屬於內光路光電耦合器，用它（tā）可完成電信號的耦合和傳遞。前麵所介紹的光電耦合器均屬於內光路光電耦合器。除此（cǐ）以外，還有一類專門用於測量（liàng）物體的有無（wú）、個數和移動距離等的光傳感器（也稱光（guāng）電開關或光電斷續檢測器），它分為（wéi）遮光式（對射型）和反光式（反射型）兩種，其實物外形和結構如圖4所示。由於這類光傳感器也（yě）具（jù）有光（guāng）耦合特點，並（bìng）且它的光路在（zài）器件外麵，所以將這類器（qì）件統（tǒng）稱為外光路光電耦合器。外光路（lù）光（guāng）電耦合器的輸入端與輸出端多數也采用相互隔離的結構（gòu），即發光器件和（hé）光（guāng）敏器件相互獨立，保持電氣絕緣（yuán）。但也有一些產品像圖4（b）那樣采用非隔離式，即發光器件（jiàn）和光（guāng）敏器（qì）件為共地。外光路光（guāng）電耦合器的缺點是（shì）容易受到外界光線的幹擾，尤其是在較強（qiáng）的環境光線下使用，其檢測功能可能喪失。    
 9.焊接普通光電耦合器一般用20W左右的小功率（lǜ）電烙鐵（tiě），烙（lào）鐵頭最好銼成窄小（xiǎo）斜麵（miàn），以（yǐ）求焊點位（wèi）置準確。焊接時間不宜過長，防止燙壞器件（jiàn）本身或線路板。
開展（zhǎn）電工（gōng）電子實驗，不但使學生的電路設計能力提高、係統（tǒng）知識增強、課程知識掌握得更好，學生通過與理論課同步的軟（ruǎn）件仿真實驗，搞清楚了電路的工作原理、波形關（guān）係、參（cān）數條件、調（diào）試方法和可能出現的各種問題（tí）等（děng）。再做硬件實驗時，其思路、方法和電路分（fèn）析調試能力都大有提高。因（yīn）此，為適應科學素質教育（yù）的要求，選擇符（fú）合本學科教學原則、教學目的、教（jiāo）學內容、學生特（tè）點以及教學條件的教學方法，融入新的思想和理念。這樣激發了學生的學習興趣、掌握科學的學習方法，調動了學生的創新積極性、激發他（tā）們的創新潛能。培養學生的獨立思考（kǎo）能力，提高了教學效果。

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