论文总字数：13182字

摘 要

光电耦合器是一种半导体光电子器件，即将发光元件和光电传感器封装在同一外壳中并起到将电光信号转换成电信号以传输电信号的作用。光电耦合其应用十分广泛，在多种电路场合如隔离电路，开关电路中起到了电器隔离，驱动元件的功能。

本论文通过借助光电平台，示波器等仪器测量光电耦合器的特性参数,如伏安特性、电流传输比、时间响应，理解并熟悉光电耦合器的工作原理。并且在此基础之上，设计了关于光电耦合器的停电报警电路。

关键词：光电耦合器，特性参数，停电报警电路

Design and Measurement of Characteristic Parameters of Photocoupler

Abstract

Optocoupler (abbreviated as OC) is a kind of semiconductor optoelectronic device that encapsulates the light emitting element and the photosensitive element in the same housing and transfers the electrical signal through the electricity-light-electricity conversion in the middle.And it is widely used and open circuit, logic circuit, isolation circuit, interface circuit, hall lighting automatic control circuit and many other occasions.

This paper uses optoelectronic platforms, oscilloscopes and other instruments to measure the characteristic parameters of the optocoupler, such as volt-ampere characteristics, current transfer ratio, and time response, to understand and become familiar with the working principle of the optocoupler. Based on this, a power outage alarm circuit using a photocoupler was designed.

Key Words: Optocoupler ; Characteristic parameters; Power failure alarm circuit

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

• 1. 光电耦合器简介和发展现状。 1
  2. 光电耦合器的性能参数。 3
  3. 本论文研究内容 4

第二章 光电耦合器特性参数的测量 6

• 1. 伏安特性的测量 6
     1. 实验仪器与电路搭建 6
     2. 测量结果及分析 7
  2. 电流传输比特性的测量 8
     1. 实验仪器与电路搭建 9
     2. 测量结果及分析 9
  3. 时间响应特性的测量 10
     1. 实验仪器与电路搭建 10
     2. 测量结果及分析 10

第三章 停电报警电路 12

• 1. 设计停电报警电路 12
     1. 停电报警电路工作原理 12
     2. 元件参数对比及选择 12
  2. 电路测试与结果分析 14
     1. 电路搭建 14
     2. 结果分析 14

总结 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 绪论

本章节介绍了光电耦合器的结构组成和工作原理以及光电耦合器的主要分类，并着重介绍了不同材料构成的光电耦合器的特性，最后阐明现阶段光电耦合器的全球市场和发展趋势

1.1 光电耦合器简介和发展现状。

光电耦合器（optical coupler）简称光耦（OC），是半导体行业发展而来种类最多，使用最广的光电器件之一^[1]。其外观如图1-1所示，黑色壳体内部封装着发光元件和受光元件。光耦的基本工作原理如图1-2^[2]，当有电流通过发光二极管时，产生的光源照射到受光晶体管从而以电流的形式输出。发光二极管与受光晶体管之间相互隔离，两者之间的绝缘电阻达到Ω，从而使光耦具有优良的抗干扰能力和稳定性，同时光耦也有体积小，寿命长，隔离性能好等优点。

图 1-2 光电耦合器内部电路

图 1-1 光电耦合器

光电耦合器种类很多，市场上常用的有二极管型 、通用型、达林顿型、高速型、光敏场效应晶体管型等，不同种类的发光器件和受光器件交相搭配就构成了多种多样的光电耦合器^[3]。

按使用材料分类，可以分为无机，有机，无机有机混合的光电耦合器。无机光耦优点为抗干扰能力强且工作稳定，使用寿命长，传输效率高。a-SiGe：H可以被应用于红外光光电二极管中的载流子产生层^[4]。a-SiGe：H光电二极管可以在室温下运行并且对波长700-900nm的红外光响应比传统的a-Si：H光电二极管响应更大。在190℃的衬底温度条件下，σ_D和σ_ph分别为10^-10和10^-7S / cm的数量级。 将H₂气体比从12增加到54，σ_D和σ_ph随之增加。对于250℃的衬底温度，rph增加到10^-5 S / cm的数量级，而σ_D仍然是10^-9 S / cm的数量级。TFLED中i-a-SiC：H层的光学能隙为2.36eV，发射光谱为700-900nm。随着TFLED的注入电流密度从180mA增加到500mA / cm²，TFPD的光电流输出从0.2线性增加到1μA/ cm ²。所以，非晶光电耦合器电流传输比约为0.0001%。此外，aSiGe：H光电二极管

可以作为光电探测器应用在非晶光电耦合器中。非晶态光电耦合器应用场合很多，例如信号传输接口，逻辑电路接口，运动物体的位置和尺寸检测器，磁带终端检测器。

有机OOC有着卓越的抗噪性和电气隔离性，其器件性能存在很大的改进空间，研究表明这种OOC在未来的柔性光电子器件中具有很好的应用前景。有机OOC器件的结构如图（a）所示，它由一个OLED输入组件，一个OPD输出组件，以及包含两块玻璃基板之间的玻璃和空气的绝缘体部分组成。OPD的结构一般为ITO / PEDOT：PSS（40 nm）/ C₆₀（40 nm）/ m-MTDATA（200 nm）/ LiF（1 nm）/ Al（120nm）。PEDOT：PSS层旋涂于ITO基材上，使得ITO表面光滑，并且改善OPD性能的均匀性，有机层在8×10^-4Pa下轮流沉积，OLED和OPD活性位的几何外观分别完全相同（3mm×3mm的工作区域），使它们完美匹配。OOC的光电特性可以用Keithley 4200半导体系统测量。OLED的电致发光（EL）光谱可以使用PR705 Photo实现研究分光光度计。此外，利用Thermo AM 1.5太阳模拟器来测量OPD的光敏性。为了测试频率特性，通过GFG-8016G函数发生器产生施加在OLED上的方波电压。在不同的OLED和OPD偏压下，我们可以实现CTR的光学功率密度为0.8 mW / cm²，并且OPD的最大光电响应可以达到130 mA / W，甚至明显高于某些商用无机光电二极管。

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