高速光耦6n137典型应用电路图(一)：6N137光电隔离器应用

在研制的某数据集系统中，要求信噪比1000，12位量化级别，并行数据传输，数据传输率500kBs/。要达到上述要求，A/D能否达到转换精度是个关键。在未采用光电隔离器的电路中，虽采取了一系列措施，但因各模块间地线相联，数字电路中尖峰噪声影响仍较大，系统信噪比只达500。故我们采用6N137将模拟电路及AD变换器和数字电路彻底隔离，如图所示。

图 带光电隔离器的数据采集系统

电源部分由隔离变压器隔离，减少电网中的噪声影响。数字电源和模拟电源不共地，由于模拟电源一般只有±15V，而A/D转换器还需要+5电源，为使数字电路与模拟电路真正隔离，+5电源由+15V模拟电源经DC-DC变换器得到。模拟电路以及A/D转换电路与数字电路的信号联系都通过6N137。逐次比较型A/D并行输出12位数据，每一路信号经缓存器后送入6N137的脚3，进行同相逻辑传输至数字电路，输入端限流电阻选用470Ω，输出端上拉电阻选用47kQ，输出端电源和地间(即6N137的脚8和脚5间)接0.1μF瓷片电容，作为旁路电容以减少对电源的干扰。6N137的使能端接选通信号，使6N137在数据有效时才工作，减少工作电流。模拟电路和A/D转换所需的各路控制信号也通过6N137接收，接法同上，在时序设计中要特别注意6N137约有50ns的延时。与未采用光电隔离器的数据采集电路相比，系统信噪比提高了一倍以上，满足了系统设计要求。

高速光耦6n137典型应用电路图(二)：6N137高速光耦开关电路

6N137高速光耦供电电压在4.5V-5.5V之间一般供电电压为5V，最大输入电流为15mA，驱动发光二极管的电流为10mA，正向压降为1.2-1.7V，供电电压为3.3， 3脚接地。VCC引脚供电电压为5V，7脚为使能端供电电压为5V，上拉电阻为10K，6引脚为开路输出端，通常加上上拉电阻RL这里选用的是330R和加上一个输出负载的等效电容(这里我没有添加)，它和RL影响器件的响应时间，当RL=350R，CL=15PF时，响应延迟为25-75ns。5引脚接的是8050的基极，在基极和发射机之间添加一个电阻，是为了在三极管没有导通时保持基极和发射极之间电位一致性和快速退出饱和状态。这个三极管的阻值一般和RL阻值相同或者相同，但是我这里不知道为什么相同后，三极管的基极电压一直为1V多，使得三极管一致处于导通状态，后来换成了100R就行了。仍然是330R时，在光耦没有导通时，5和6引脚之间的压降为3.9V，5脚到地的电压是1V多，换成100R时，在光耦没有导通时，5脚到地的电压为0.5V多，三极管没有导通。

高速光耦6n137典型应用电路图(三)：6N137 高速光耦在混凝土砌块机上的应用

本文所讨论的混凝土砌块机控制系统中，使用 PIC18F 作为控制单元的主控模块与 PM60 作为控制单元的语音控制模块需要相互通信，语音模块需要主控模块提供时钟及数据信号，并送回反馈信号给主控模块从而使得控制系统正常运行。为满足这一要求可有以下两种设计方案(图 2)。

在具体使用 6N137 光耦元件时，由于光耦的电气特性，使用时应在 8 脚和 5 脚间接入电容以提高光耦的抗干扰性，6 脚与 8 脚接入电阻，6 脚与 5 脚间接入电容提高电容的响应时间，通常使用的电路设计如图 3 所示。表 3. 各芯片的电气特性 主控单元 输出电压 延迟时间 PIC18F4620 单片机 5.5 V 25~60 ns S3c2440 单片机 3.3 V 7~17 ns 由光耦的电气特性表 KS8995 单片机 2.4 V 3~5 ns 1 可知，输入端允许流入光耦的的电流为 6.5~15 mA，所以应在发光二极管间串联限流电阻 RF 电阻的取值由输入电压 决定，应满足条件如下：

在输出端 5 脚与 8 脚之间应接入一个 0.1 μF 高频特性较好的瓷介质或钽电容用以吸收电源线上的纹波，并减小光电隔离器工作时对电源的冲击。由于 6 脚是集电极开路输出端，所以应接入上拉电阻 RL，并且在 5 脚和 6 脚间接入负载的等效电容，以改善光耦的响应速度。当 RL = 350 Ω，CL = 15 pF 时，响应延迟为 25~75 ns。

从表 3 可以看出，对于使用不同的控制芯片作为砌块机主控单元的控制芯片，会产生不同的输出电压及延迟时间。使用方案二后，只需要在模块 I 的设计时选定不同的光耦限流电阻 RF 同时选定一个可以满足各延迟时间的通信协议，即可让模块 II 正常工作。

实例中图 4 采用 PIC18F4620 单片机作为主控单元，使用传输速率为 9600 bit/s 的通信协议则每一位信号的波形保持时间远大于个主控单元的延迟时间，同时光耦限流电阻 RF取 510 欧姆，可以使得两个模块间正常工作。如果换用其他主控单元作为模块 I，只需要改变光耦的限流 RF，使其满足光耦触发条件，即可完成对模块 II 的正常通信。

高速光耦6n137典型应用电路图(四)

6N137的内部结构原理如图3所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。

隔离器6N137典型应用如图3所示，假设输入端属于模块I，输出端属于模块II。输入端有A、B两种接法，分别得到反相或同相逻辑传输，其中RF为限流电阻。发光二极管正向电流0-250μA，光敏管不导通；发光二极管正向压降1.2-1.7V(典型1.4V)，正向电流6.3-15mA，光敏管导通。若以B方法连接，TTL电平输入，Vcc为5V时，RF可选500Ω左右。如果不加限流电阻或阻值很小，6N137仍能工作，但发光二极管导通电流很大对Vcc1有较大冲击，尤其是数字波形较陡时，上升、下降沿的频谱很宽，会造成相当大的尖峰脉冲噪声，而通常印刷电路板的分布电感会使地线吸收不了这种噪声，其峰-峰值可达100mV以上，足以使模拟电路产生自激。所以在可能的情况下，RF应尽量取大。

输出端由模块II供电，Vcc2=4.5～5.5V。在Vcc2(脚8)和地(脚5)之间必须接一个0.1μF高频特性良好的电容，如瓷介质或钽电容，而且应尽量放在脚5和脚8附近(不要超过1cm)。这个电容可以吸收电源线上的纹波，又可以减小光电隔离器接受端开关工作时对电源的冲击。脚7是使能端，当它在0-0.8V时强制输出为高(开路)；当它在2.0V-Vcc2时允许接收端工作，见真值表2。

脚6是集电极开路输出端，通常加上拉电阻RL。虽然输出低电平时可吸收电路达13mA，但仍应当根据后级输入电路的需要选择阻值。因为电阻太小会使6N137耗电增大，加大对电源的冲击，使旁路电容无法吸收，而干扰整个模块的电源，甚至把尖峰噪声带到地线上。一般可选4.7kΩ，若后级是TTL输入电路，且只有1到2个负载，则用47kΩ或15kΩ也行。CL是输出负载的等效电容，它和RL影响器件的响应时间，当RL=350Ω，CL=15pF时，响应延迟为25-75ns。

高速光耦6n137典型应用电路图(五)：用光电耦合器组成的多谐振荡电路

用光电耦合器组成的多谐振荡电路见图1。

当图1(a)刚接通电源Ec时，由于UF随C充电而增加，直到UF≈1伏时，发光二极管达到饱和，接着三极管也饱和，输出Uo≈Ec。

三极管饱和后，C放电(由C→F→E1→Er和由C→RF→+Ec→Re两条路径放电)，uo减小，二极管在C放电到一定程度后就截止，而三极管把储存电荷全部移走后，接着也截止，uo为零。三极管截止后，电源Ec又对C充电，重复上述过程，得出图示的尖峰输出波形，其周期，为(当RF》Re时)：

T=C(RF+Re)In2

图1(b)是原理相同的另一种形式电路。

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