耦合器
| 耦合器 |
 |
耦合器,在微波系統中， 往往需將一路微波功率按比例分成幾路， 這就是功率分配問題。實現這一功能的元件稱為功率分配元器件即耦合器， 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各種微波分支器件。
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為發光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。如下圖1(外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等)。
目錄
簡介
原理類比:
老張的南北兩側的白菜地各分了3份，老張希望通過一次性水道改動，每份地從主幹水道上獲得一小部分水流，水流速度和其他的地儘量相同，如圖1所示。這樣老張就可以在樹蔭下歇一段時間，不用再做任何的水道改動，所有的地同時澆完。
耦合器是從無線信號主幹通道中提取出一小部分信號的射頻器件，如圖2所示，與功分器一樣都屬於功率分配器件，不同的是耦合器是不等功率的分配器件。耦合器與功分器搭配使用，主要為了達到一個目標-使信號源的發射功率能夠儘量平均分配到室內分布系統的各個天線口，使每個天線口的發射功率基本相同。
理想耦合器的輸入端口功率等於耦合端口功率與輸出端口功率之和，以瓦特(W)為單位，即
如圖3所示。
耦合器的重要指標是耦合度和插損。耦合度是耦合端口與輸入端口的功率之比，以dB表示的話，一般是負值。耦合度的絕對值越大，相當於拿走的東西越少，自然耦合器的損耗就越小。插損是輸出端口與輸入端口的功率之比。耦合度的絕對值越大，插損的絕對值越小。
以dB表示的話，有下列關係:
那麼，耦合器的插損(dB)和耦合度(dB)的關係可以表示為:
實例:
一個耦合度為−10dB的耦合器，它的插損就為−0.5dB。取絕對值，再考慮到介質損耗，一般插損會更大一些，不同廠家不一樣，一般插損可取0.7dB左右。
假若輸入端口功率為15dBm，那麼這個耦合器的耦合端口的功率就是15dBm-10dB=5dBm，輸出端口的功率就是15dBm-0.7dB=14.3dBm。
在此很多人會問這樣一個問題:5dBm+14.3dBm>15dBm，能量不守恆，為什麼?原因很簡單，以dBm為單位的數量不能相加。
在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決於激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上後，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了電一光一電的轉換。
⒈工作特性(以光敏三極管為例)
光電耦合器內部共模抑制比很高。因為發光管和受光器之間的耦合電容很小(2pF以內)，共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
⒉輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關係，當IF=0時，發光二極管不發光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關係，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。
⒊光電耦合器可作為線性耦合器使用
在發光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作於開關狀態，傳輸脈衝信號。在傳輸脈衝信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。
評價
⒈組成開關電路
當輸入信號ui為低電平時，晶體管V1處於截止狀態，光電耦合器B1中發光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當於開關"斷開";當ui為高電平時，v1導通，B1中發光二極管發光，Q11、Q12間的電阻變小，相當於開關"接通".該電路因Ui為低電平時，開關不通，故為高電平導通狀態.同理，因無信號(Ui為低電平)時，開關導通，故為低電平導通狀態.
2.組成邏輯電路
電路為"與門"邏輯電路。其邏輯表達式為P=A.B.圖中兩隻光敏管串聯，只有當輸入邏輯電平A=1、B=1時，輸出P=1.同理，還可以組成"或門"、"與非門"、"或非門"等邏輯電路.
3.組成隔離耦合電路
電路如圖4所示.這是一個典型的交流耦合放大電路.適當選取發光迴路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數，即可保證該電路的線性放大作用。
4.組成高壓穩壓電路
驅動管需採用耐壓較高的晶體管(圖中驅動管為3DG27)。當輸出電壓增大時，V55 的偏壓增加，B5中發光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調整管be結偏壓降低而內阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩定.
⒌組成門廳照明燈自動控制電路
A是四組模擬電子開關(S1~S4):S1，S2，S3並聯(可增加驅動功率及抗干擾能力)用於延時電路，當其接通電源後經R4，B6驅動雙向可控硅VT，VT直接控制門廳照明燈H;S4與外接光敏電阻Rl等構成環境光線檢測電路。當門關閉時，安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用，其觸點斷開，S1，S2，S3處於數據開狀態。晚間主人回家打開門，磁鐵遠離KD，KD觸點閉合。此時9V電源整流後經R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經S1，S2，S3和R4使B6內發光管發光從而觸發雙向可控硅導通，VT亦導通，H點亮，實現自動照明控制作用。房門關閉後，磁鐵控制KD，觸點斷開，9V電源停止對C1充電，電路進入延時狀態。C1開始對R3放電，經一段時間延遲後，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開啟電壓(1.5v)以下，S1，S2，S3恢復斷開狀態，導致B6截止，VT亦截止，H熄來，實現延時關燈功能。