高速光耦6n137典型應用電路圖（一）：6N137光電隔離器應用

在研制的某數據集系統中，要求信噪比1000，12位量化級別，并行數據傳輸，數據傳輸率500kBs/。要達到上述要求，A/D能否達到轉換精度是個關鍵。在未采用光電隔離器的電路中，雖采取了一系列措施，但因各模塊間地線相聯，數字電路中尖峰噪聲影響仍較大，系統信噪比只達500。故我們采用6N137將模擬電路及AD變換器和數字電路徹底隔離，如圖所示。

圖 帶光電隔離器的數據采集系統

電源部分由隔離變壓器隔離，減少電網中的噪聲影響。數字電源和模擬電源不共地，由于模擬電源一般只有±15V，而A/D轉換器還需要+5電源，為使數字電路與模擬電路真正隔離，+5電源由+15V模擬電源經DC-DC變換器得到。模擬電路以及A/D轉換電路與數字電路的信號聯系都通過6N137。逐次比較型A/D并行輸出12位數據，每一路信號經緩存器后送入6N137的腳3，進行同相邏輯傳輸至數字電路，輸入端限流電阻選用470Ω，輸出端上拉電阻選用47kQ，輸出端電源和地間（即6N137的腳8和腳5間）接0.1μF瓷片電容，作為旁路電容以減少對電源的干擾。6N137的使能端接選通信號，使6N137在數據有效時才工作，減少工作電流。模擬電路和A/D轉換所需的各路控制信號也通過6N137接收，接法同上，在時序設計中要特別注意6N137約有50ns的延時。與未采用光電隔離器的數據采集電路相比，系統信噪比提高了一倍以上，滿足了系統設計要求。

高速光耦6n137典型應用電路圖（二）：6N137高速光耦開關電路

6N137高速光耦供電電壓在4.5V-5.5V之間一般供電電壓為5V，最大輸入電流為15mA，驅動發光二極管的電流為10mA，正向壓降為1.2-1.7V，供電電壓為3.3， 3腳接地。VCC引腳供電電壓為5V，7腳為使能端供電電壓為5V，上拉電阻為10K，6引腳為開路輸出端，通常加上上拉電阻RL這里選用的是330R和加上一個輸出負載的等效電容（這里我沒有添加），它和RL影響器件的響應時間，當RL=350R，CL=15PF時，響應延遲為25-75ns。5引腳接的是8050的基極，在基極和發射機之間添加一個電阻，是為了在三極管沒有導通時保持基極和發射極之間電位一致性和快速退出飽和狀態。這個三極管的阻值一般和RL阻值相同或者相同，但是我這里不知道為什么相同后，三極管的基極電壓一直為1V多，使得三極管一致處于導通狀態，后來換成了100R就行了。仍然是330R時，在光耦沒有導通時，5和6引腳之間的壓降為3.9V，5腳到地的電壓是1V多，換成100R時，在光耦沒有導通時，5腳到地的電壓為0.5V多，三極管沒有導通。

高速光耦6n137典型應用電路圖（三）：6N137 高速光耦在混凝土砌塊機上的應用

本文所討論的混凝土砌塊機控制系統中，使用 PIC18F 作為控制單元的主控模塊與 PM60 作為控制單元的語音控制模塊需要相互通信，語音模塊需要主控模塊提供時鐘及數據信號，并送回反饋信號給主控模塊從而使得控制系統正常運行。為滿足這一要求可有以下兩種設計方案（圖 2）。

在具體使用 6N137 光耦元件時，由于光耦的電氣特性，使用時應在 8 腳和 5 腳間接入電容以提高光耦的抗干擾性，6 腳與 8 腳接入電阻，6 腳與 5 腳間接入電容提高電容的響應時間，通常使用的電路設計如圖 3 所示。表 3. 各芯片的電氣特性 主控單元 輸出電壓 延遲時間 PIC18F4620 單片機 5.5 V 25~60 ns S3c2440 單片機 3.3 V 7~17 ns 由光耦的電氣特性表 KS8995 單片機 2.4 V 3~5 ns 1 可知，輸入端允許流入光耦的的電流為 6.5~15 mA，所以應在發光二極管間串聯限流電阻 RF 電阻的取值由輸入電壓 決定，應滿足條件如下：

在輸出端 5 腳與 8 腳之間應接入一個 0.1 μF 高頻特性較好的瓷介質或鉭電容用以吸收電源線上的紋波，并減小光電隔離器工作時對電源的沖擊。由于 6 腳是集電極開路輸出端，所以應接入上拉電阻 RL，并且在 5 腳和 6 腳間接入負載的等效電容，以改善光耦的響應速度。當 RL = 350 ?，CL = 15 pF 時，響應延遲為 25~75 ns。

從表 3 可以看出，對于使用不同的控制芯片作為砌塊機主控單元的控制芯片，會產生不同的輸出電壓及延遲時間。使用方案二后，只需要在模塊 I 的設計時選定不同的光耦限流電阻 RF 同時選定一個可以滿足各延遲時間的通信協議，即可讓模塊 II 正常工作。

實例中圖 4 采用 PIC18F4620 單片機作為主控單元，使用傳輸速率為 9600 bit/s 的通信協議則每一位信號的波形保持時間遠大于個主控單元的延遲時間，同時光耦限流電阻 RF取 510 歐姆，可以使得兩個模塊間正常工作。如果換用其他主控單元作為模塊 I，只需要改變光耦的限流 RF，使其滿足光耦觸發條件，即可完成對模塊 II 的正常通信。

高速光耦6n137典型應用電路圖（四）

6N137的內部結構原理如圖3所示，信號從腳2和腳3輸入，發光二極管發光，經片內光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導通，經電流-電壓轉換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調整電路。

隔離器6N137典型應用如圖3所示，假設輸入端屬于模塊I，輸出端屬于模塊II。輸入端有A、B兩種接法，分別得到反相或同相邏輯傳輸，其中RF為限流電阻。發光二極管正向電流0-250μA，光敏管不導通；發光二極管正向壓降1.2-1.7V（典型1.4V），正向電流6.3-15mA，光敏管導通。若以B方法連接，TTL電平輸入，Vcc為5V時，RF可選500Ω左右。如果不加限流電阻或阻值很小，6N137仍能工作，但發光二極管導通電流很大對Vcc1有較大沖擊，尤其是數字波形較陡時，上升、下降沿的頻譜很寬，會造成相當大的尖峰脈沖噪聲，而通常印刷電路板的分布電感會使地線吸收不了這種噪聲，其峰-峰值可達100mV以上，足以使模擬電路產生自激。所以在可能的情況下，RF應盡量取大。

輸出端由模塊II供電，Vcc2=4.5～5.5V。在Vcc2（腳8）和地（腳5）之間必須接一個0.1μF高頻特性良好的電容，如瓷介質或鉭電容，而且應盡量放在腳5和腳8附近（不要超過1cm）。這個電容可以吸收電源線上的紋波，又可以減小光電隔離器接受端開關工作時對電源的沖擊。腳7是使能端，當它在0-0.8V時強制輸出為高（開路）；當它在2.0V-Vcc2時允許接收端工作，見真值表2。

腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。雖然輸出低電平時可吸收電路達13mA，但仍應當根據后級輸入電路的需要選擇阻值。因為電阻太小會使6N137耗電增大，加大對電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上。一般可選4.7kΩ，若后級是TTL輸入電路，且只有1到2個負載，則用47kΩ或15kΩ也行。CL是輸出負載的等效電容，它和RL影響器件的響應時間，當RL=350Ω，CL=15pF時，響應延遲為25-75ns。

高速光耦6n137典型應用電路圖（五）：用光電耦合器組成的多諧振蕩電路

用光電耦合器組成的多諧振蕩電路見圖1。

當圖1（a）剛接通電源Ec時，由于UF隨C充電而增加，直到UF≈1伏時，發光二極管達到飽和，接著三極管也飽和，輸出Uo≈Ec。

三極管飽和后，C放電（由C→F→E1→Er和由C→RF→+Ec→Re兩條路徑放電），uo減小，二極管在C放電到一定程度后就截止，而三極管把儲存電荷全部移走后，接著也截止，uo為零。三極管截止后，電源Ec又對C充電，重復上述過程，得出圖示的尖峰輸出波形，其周期，為（當RF》Re時）：

T=C（RF+Re）In2

圖1（b）是原理相同的另一種形式電路。