光电耦合器的转换效率即(CTR) 电流, 晶体管

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(潮光光耦网整理编辑)2011-10-21

1.电流传输率(CTR)电流传输率(CTR)是一个类似晶体管DC电流增益比(hFE)的参数，并且以百分比的形式表示输出电流(IC)和输入电流(IF)之间的比值。
CTR(%)=(IC/IF) x 100

CTR具有下面的特性，因而光耦合器相互间的隔离程度特征是重要的。
因此在设计时必须特别注意CTR：如果设计时没有给这些地方留有足够空间的话，输出可能会太小，从而导致失效。

• 取决于输入到LED的电流(IF)
• 受室温的影响。
• 它随工作时间(年龄)而改变

因而，有交流电流输入能力的光耦合器在输入端有两个LED(光发射二极管)，所以每个LED都存在CTR值。
如果具有相同正负电流值IF输入，对于每个IC极性输出电流值F将有差异的，所以在这些点上必须小心。

i. CTR取决于LED的输入电流(IF)
CTR依靠LED输入的电流(IF)，因此如图1所示，当输入电流增大和减少时，CTR会从最高点下降。

图1. 依靠I的CTR示例F

特别重要的是，CTR vs.输入电流的正向和反向曲线在小电流区域(大约在 IF= 1 mA)和大电流区域(大约在 IF= 20 mA)内的斜率不同。
换句话说，由于输出电流IF实际上小于IC在小电流区域内的减少值，所以F的值应设计得比所需值要大。
相反，在大电流区域，即使电流IC值增加，输出电流IF不能达到所期望的电流值，因此电流IC的值应设计低于你的期望值。
ii.取决于温度的CTR

LED发光效率有一个负温度系数，反之晶体管的hFE有一个正温度系数。因此，取决于温度的ＣTＲ是这两个参数的组合。
如图2所示，取决于温度的CTR通常由上面两个温度系数合成所实现。

图2. 依靠温度的CTR的机制

图3显示了一个实际产品的示例。

图3. CTR温度特性的示例

iii.CTR在一段工作时间的变化
光耦合器的CTR主要基于下列因素。
CTR随工作时间改变的主要原因是LED发光效率的下降。通常，LED输入电流(IF)越大、环境温度越高，那么CTR降低得越快。

• LED的发光效率（发光二极管）
• LED和光电晶体管之间的光耦合效率
• 光电晶体管的光电转换效率和DC放大(hFE)

图4显示了在不同环境温度下，关于转换时间的估计曲线的示例。

图4. CTR变化的估计曲线的示例(典型值)

图5显示了在不同LED输入电流(IF)和不同环境温度(TA)下，光耦合器的预估寿命的示例。

图5. 基于CTR的光耦合器的预估寿命的示例

2.响应时间 光耦合器的响应时间和晶体管类似，并表达如下。
tf// RLX hFEX CCB
RL：负载阻抗，hFE：DC放大，CCB:集电极和基极间的电容
通过该公式，tf随着负载电阻的增加而增加，如图6所示，因此对于高速信号传输，负载电阻在允许的额定范围内须设计得越小越好。

图6. 响应时间vs. RL特性

然而，当负载阻抗为最小值时，晶体管可能不能完全开启，并且输出信号可能会变得不稳定除非输入电流IF和输出电流IC能充分满足诸如CTR规格范围，温度特性和转换时间等因素。
以下介绍关于这些特性的一些示例。
图7. 显示了不同环境温度(TA)下的响应时间的示例。

图7. 响应时间vs. TA特性

图8 显示了不同输入电流(IF)下的响应时间的示例。

图8. 响应时间vs. IF特性

图9显示了不同电源电流(VCC)下的响应时间的示例。

图9. 响应时间vs. VCC特性

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