作者@@： 卓晴@@，TsinghuaJoking微信公众号@@
简@@ 介@@： 光耦@@是在电路接口中常用到的器件@@。它的前向电流转移系数@@随着不同的型号@@、工作点的不同而会发生变化@@。本文中的光耦@@振荡电路@@则是利用了电流转移系数@@大于@@@@1所带来的电流增益而工作的@@。通过对@@PC851、TLP521的电流转移系数@@的测量@@，获得了它们电流增益随着工作电流不同变化情况@@，也验证了光耦@@震荡电流的工作原理@@。
01 振荡电路@@
1.1 电路工作情况@@
今天在西瓜视频@@中看到一个一分钟的短视频@@@@：光耦@@可以这样用@@，你绝对想不到的小发明@@[1] 展示了一个有趣的@@LED闪烁电路@@。核心是围绕找一个光耦@@@@（型号不详@@），外部增加相应的阻容和@@LED与器件@@，构成一个闪烁电路@@@@。
图@@ 由单个光耦@@组成的振荡电路@@@@
在给电路施加@@+9V电压之后@@@@，电路的@@LED便开始闪烁@@（1Hz左右@@）。
图@@ 连接电源之后@@电路工作情况@@@@
1.2 电路工作原理@@
视频@@中给出了这个神奇电路的@@原理图@@@@，如下图@@所示@@。如果没有反馈电容@@ C1的存在@@，这个电路就不会振荡@@。
有了@@C1，它就会将光耦@@输出负载电阻@@R2上的一部分电流反馈到输入发光二极管@@中@@，增加了@@ 输入电流@@，这是一个正反馈@@。如果光耦@@前向耦合电流增益@@，也就是输出饱和电流与输入发光二极管@@电流比值@@，大于@@1的话@@，正反馈就会持续增强@@，直到@@光耦@@输出饱和@@。
图@@1.3 振荡电路@@原理图@@@@
随着电容@@C1充电电压增加@@，反馈到输入级电流减小@@，直到@@降为@@0。此时@@光耦@@输出级就从饱和退回到电流放大状态@@，使得@@R2上的电压@@减小@@，而减小的电压反过来通过@@C1耦合到输入端@@@@，使得@@输入电流@@进一步减小@@，直到@@使得@@光耦@@输出截止@@。
截止后@@，电源电压通过@@R1，C1，R2回路形成外部的充电电流@@，直到@@C1上的电压@@超过输入发光二极管@@的导通电压@@，光耦@@再次进入导通状态@@。上述过程重复形成振荡@@。
图@@ 搭建电路运行情况@@
下面显示了光耦@@的@@PIN1端@@、PIN3端@@的电压波形@@@@。可以看到@@光耦@@饱和状态的时间很短@@，此时@@对@@C1的充电是@@ LED，光耦@@三极管@@，C1，输入发光二极管@@。
光耦@@截止时间很长@@，此时@@对@@C1的充电回路是@@R1、C1、R2，因此对应的时间常数比较大@@。
图@@1.4 PIN3（蓝色@@），PIN1（青色@@）波形@@
上述振荡电路@@工作的条件是光耦@@的前向耦合电流放大系数大于@@@@1 才行@@。这就涉及到光耦@@前向电流转移系数@@@@。下面通过实际电路测试@@两个型号光耦@@前向转移系数@@。
02 电路测试@@
2.1 光耦@@电压传输特性@@
手边有两款光耦@@@@： PC851-高电压光耦@@@@[2] ，以及@@ TLP521[3] 下面分别测量它们的电流转移系数@@@@。
2.1.1 PC851
PC851是一款输出耐高压的光耦@@@@，根据它的手册可以查到对应的电流转移系数@@@@
如下图@@所示@@。
图@@2.1.1 在不同的前向电流与环境温度下的电流传输系数@@
下面是测量光耦@@电流转移系数@@的电路@@，由于@@比较简@@单@@，大家可以直接在面包板上看到测量原理@@。
使用万用表分别测量@@R1，R2上的电压@@，可以获得输入电流@@和输出电流@@。计算它们的比值可以获得电流转移系数@@@@。
调节电路的@@电源电压@@，从小到大@@，可以获得不同工作电流下的电流转移系数@@@@。
图@@2.1.2 测试光耦@@电流传递系数电路@@
下面显示了测量电路工作的电压从@@3V一直到@@@@15V，采样@@100个测试点下的输入电流@@与输出电流的大小@@。可以看到@@只有当工作电压超过@@@@11V之后@@，输出电流的才超过了输入电流@@@@，对应的电流系数才能够大于@@@@1。
图@@2.1.3 光耦@@输入电流@@与集电极电流@@
下图@@显示了电流转移系数@@的变化@@。由于@@PC851是耐高压光耦@@@@，因此它的光敏三极管的电流增益较小@@，从而使得@@光耦@@前向电流转移系数@@比较小@@@@。
图@@2.1.4 光耦@@电流增益@@
2.1.2 TLP521
TLP521 是一款低压光耦@@@@，被通常应用在电路隔离接口上@@。它对应的前向电流转移系数@@相对比较大@@。通过数据手册也可能看到它的电流转移系数@@与工作电流和外部环境温度有关系@@。
图@@2.1.5 在不同的前向电流与环境温度下的电流传输系数@@
下图@@是使用同样的办法获得@@TLP512的输入电流@@与输出电流变化曲线@@，可以看到@@它的电流转移系数@@始终大于@@@@1。
图@@2.1.6 测量不同的前向电流与集电极电流@@
图@@2.1.7 前向电流系数@@
2.2 不同工作电压@@
根据前面分析@@，可以看到@@PC851的电流转移系数@@相对比较小@@，只有当输入电流@@超过一定阈值之后@@@@，它的电流增益才能够大于@@@@1。所以使用@@PC851搭建前面的振荡电路@@@@，则需要比较高的工作电压@@。
下面验证这个结论@@，下面使用万用表的频率档测量光耦@@的@@PIN3管脚@@，如果电路震荡@@，可以读取到输出信号的频率@@。如果电路不振荡@@，则万用表读取的频率为@@0。
为了更好地测量频率@@，将电路中的反馈电容@@C1的容量改为@@10uF，此时@@电路的@@振荡频率达到@@100Hz左右@@。
下面是测量工作电压在@@1V ~ 20V之间@@，电路振荡频率@@。
图@@2.2.1 不同的工作电压下输出频率@@
可以看到@@只有当电压超过@@11V之后@@，电路才能够振荡@@。振荡频率相对比较稳定@@。
将电路中的光耦@@更换为@@TLP521，由于@@它的电流转移系数@@比较大@@，所以电路的@@工作电压比较低的时候@@，电路就开始震荡了@@。下图@@显示了该电路的@@振荡频率与工作电流之间@@的关系@@。
图@@2.2.2 不同的工作电压下输出频率@@
当工作电压超过@@19V之后@@，光耦@@的工作电流很大@@，此时@@TLP512的电流增益下降@@，电路就会停止工作@@。
电路总结@@
光耦@@是在电路接口中常用到的器件@@。它的前向电流转移系数@@随着不同的型号@@、工作点的不同而会发生变化@@。本文中的光耦@@振荡电路@@则是利用了电流转移系数@@大于@@@@1所带来的电流增益而工作的@@。通过对@@PC851、TLP521的电流转移系数@@的测量@@，获得了它们电流增益随着工作电流不同变化情况@@，也验证了光耦@@震荡电流的工作原理@@。
参考资料@@
[1]光耦@@可以这样用@@，你绝对想不到的小发明@@: https://www.ixigua.com/7016565298442535454
[2]PC851-高电压光耦@@@@: https://max.book118.com/html/2018/0316/157506247.shtm
[3]TLP521: https://blog.csdn.net/dark_blue_sea/article/details/5488015