实验报告
课程名称：电路与电子技术实验II 指导老师：成绩：实验名称：光电耦合应用电路设计实验类型：电子技术设计性实验
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.了解光电耦合器件和光电耦合隔离放大器的工作原理。

2.学会常用（典型）光电耦合器件的使用。

3.掌握光电耦合器件常用电路的设计、分析和调试方法。

4.认识并区分名字概念：隔离放大、不共地。

二、实验内容和原理
1.实验内容
（1）光电耦合器件原理（数据手册）。

（2）光电耦合器件的基本特性。

（3）光电耦合器件的开关电路。

（4）光电耦合器件的线性电路。

2.实验原理
（1）隔离放大器
（i）定义：输入、输出之间没有直接电气关联的放大器。

（ii）结构框图：
（iii）电路符号：
（iv）特点/优势：
①减少噪声，共模抑制能力高。

②采用两套独立的供电系统，信号在传输过程中没有公共的接地端。

③有效保护后续电路不受前端高共模电压的损坏。

（v）应用：
①电力电子电路中用于主回路与控制回路的隔离（如电机控制系统中）。

②测量环境中含有较多干扰和噪声的场合。

③生物医学中与人体测量有关的设备（如生物电信号，保证人体安全）。

（vi）耦合方式：
①变压器耦合方式：
利用变压器不能直接传输低频（包括缓变或直流）信号这一特性，实现对低频信号的隔离；又称电磁耦合。

②光电耦合方式：
利用光电耦合器件或光纤传递信号。

（2）光电耦合
（i）常见内部结构：（以PN结为基础）
（ii）工作原理：
①输入端输入信号，发光管发光（发光强度与输入电流大小有关）。

②发光管与光敏器件之间采用透明绝缘材料隔离。

③光敏器件依据光电效应产生输出电流（大小与受光强度有关）。

（iii）典型应用：
V I为低时，发光二极管导通发光，光敏三极管受光导通，V O为低；V I为高时，发光二极管不导通，光敏三极管不导通，V O为高。

（数字信号的同相传输功能）
（iv）优势：
体积小、成本低、带宽高、能与TTL电路兼容（直接驱动TTL电路或被TTL 电路直接驱动）、接口电路简单、使用方便等，在数字电路的隔离中得到了广泛的应用，并具有广阔的发展前景。

（v）非线性：
光电耦合器件中的发光管、光敏管都是非线性器件，线性区范围很小；一般难以用于模拟（线性）电路应用；光耦：非线性光耦。

（vi）补偿式线性放大电路：
工作原理：
（C：用于改善电路的稳定性和频率特性）
补偿原理：若Io2↓，则Io1↓，A1 级电路的反馈量↓，净输入量↑，输出量If↑；于是：Io2↑（Io2 基本稳定）。

（vii）主要参数：
①隔离电压。

②电流传输比CTR：二极管型（0.2~0.3%），普通三极管型（20~300%），达林顿管型（100~1500%）。

③开关特性：传输速率，转换速率，带宽。

（3）LM358芯片
管脚示意图：
（4）TLP521-2芯片
（i）管脚示意图：
（ii）TLP521系列：
①单/双/四通道的低速光电耦合器。

②隔离电压2500V。

③转换速率相对偏低，一般适用于几百kHz以下的信号传输。

三、主要仪器设备
1.TDS1002型示波器一台。

2.信号发生器一台。

3.运算放大器LM358两个。

4.学生电子技术实验箱一个。

5.导线若干。

6.TLP521-2芯片一个。

7.稳压源一个。

四、操作方法和实验步骤
1.按上图所示电路进行连线，用万用表的直流电压档测量输入和输出，并记录实验数据。

2.按上图所示电路进行连线，用万用表的直流电压档测量输入和输出，并记录实验数据。

3.按上图所示电路进行连线，分别输入2V和0V直流电压，观察发光二级管的亮灭情况。

4.按上图所示电路进行连线，分别输入2V和0V直流电压，观察发光二级管的亮灭情况。

之后输入方波0-2VDC时，观察发光二极管亮灭情况；输入三角波0-2VDC时，观察发光二极管亮灭情况。

5.按上图所示电路进行连线，用万用表测输入直流电压0~3VDC，输出直流电压约为0~3VDC。

6.按上图所示电路进行连线，注意C2电容大小，若V DD=15V，则C2为1000pF。

输入信号是正弦波、三角波信号（低频100Hz以下）时，用示波器双踪显示v I、v O的波形，再将显示格式改为XY格式，测量电压传输特性曲线，记录波形可用图片。

输入正弦电压峰峰值2.2Vpp，输出正弦电压峰峰值约为2.2Vpp。

7.光电耦合的伏安特性测量
（1）输入伏安特性测量
要求输入为0~5VDC电平信号，对应输出约为15~0VDC的电平转换。

①根据测量结果绘制输入伏安特性曲线。

②分析R L固定时，R1值应多大才合理？
（2）输出伏安特性测量
①根据测量结果绘制伏安特性曲线。

②分析V CE增大时，V F是增大还是减小。

③分析V CE增大时CTR值的变化。

8.测量反相器的最高工作频率
输入信号是前沿陡峭的大幅度方波，用示波器监视输入电压波形，使其峰峰值达10VV pp后保持不变。

再增大输入信号的频率，当输出电压波形开始成锯齿波时用示波器测量其峰峰值V pp、频率。

示波器双踪显示v I、v CE的波形，记录波形可用图片。

分析该反相器的最高工作频率（或传输速率）应多大才合理。

五、实验数据记录和处理
1.电平转换电路：将输入的0~5V转化为输出的0~15V。

极管熄灭。

4.报警电路2：当输入0VDC时，发光二极管点亮；当输入2VDC时，发光二极管熄灭。

当输入0-2V方波或者三角波时，将信号的频率调低后可以看到发光二极管忽闪忽灭。

5.补偿式模拟信号光电隔离电路：输入直流电压0~3VDC，输出直流电压
（1）输入V pp=2.2V，f=50Hz的正弦波信号：
XY模式下观察：
（2）输入V pp=2.2V，f=50Hz的三角波信号：XY模式下观察：
7.光电耦合的伏安特性测量（1）输入伏安特性测量
F F
C CE
8.测量反相器的最高工作频率
由上图知，输出锯齿波的峰峰值为560mV，频率为86.73kHz。

故该反相器的最高工作频率应为86.73kHz。

六、实验结果与分析
实验成功连接并得到了光电耦合芯片的各种电路，也实现了其相应的功能。

光电耦合芯片的输入端的伏安特性曲线和二极管的伏安特性曲线相同，输出端的伏安特性曲线与三极管的输出伏安特性曲线相同，这与理论值也相同。

七、讨论、心得
1.实验之前，还是要检查3个芯片的好坏。

因为本次实验线路比较多，若不先检查芯片好坏，则如果出了问题很难查找。

2.虽然一般的光电耦合器件都是非线性的，但也可以有线性光耦，信号的传输特性曲线接近直线（尤指小信号输入的情况）。

3.在连接电路过程中，一定要用两个LM358芯片。

若只用一个芯片中的两个运放，则这两个运放是共地的，这与实验要求的两边不共地要求相违背。

4.总的来说，本次实验做得还算顺利，没遇到什么大问题。