在電子電路設(shè)計(jì)中，光耦合器是一種重要的電子元件，它能夠?qū)崿F(xiàn)電路之間的電氣隔離，同時允許信號通過光進(jìn)行傳輸。今天，我們將詳細(xì)介紹一款高速光耦合器 ——6N137，包括它的引腳圖及功能、工作原理、CAD 模型，以及可以替代它的元件和它的實(shí)際應(yīng)用案例。

6N137 簡介

6N137 是一款單通道高速光隔離器，由一個紅外 LED 和一個光耦合但電隔離的光電探測器組成。光耦合器，簡單來說，是一種用于隔離兩個電路，同時允許它們通過光相互通信的電子設(shè)備。它由一個在電流通過時發(fā)光的發(fā)光二極管（LED）和一個檢測光并將其轉(zhuǎn)換回電信號的光敏檢測器組成。光耦合器通常用于需要電氣隔離以防止噪聲、接地環(huán)路和其他電氣干擾的應(yīng)用中，還可用于提供電流隔離，防止觸電和電壓尖峰。當(dāng)向 LED 施加信號時，會發(fā)出紅外光，光電探測器檢測到紅外光后，會生成與輸入信號相對應(yīng)的電信號。

6N137 引腳圖及功能

引腳圖是了解電子元件功能和使用方法的重要工具。6N137 的引腳具有特定的功能，這些功能決定了它在電路中的連接方式和工作模式。雖然原文未詳細(xì)給出引腳圖及各引腳功能，但在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊準(zhǔn)確連接各引腳，以確保其正常工作。

6N137 芯片功能介紹

1. 特點(diǎn)
   • 高速性能：速度可達(dá) 10Mbit/sec，能夠滿足高速信號傳輸?shù)男枨蟆?/li>
   • 兼容性好：支持 5V CMOS，低壓交流和直流可以直接應(yīng)用于輸出和輸入，其性能將根據(jù)兩種電流的溫度進(jìn)行測量。
   • 低功耗：自帶 5mA 電流工作，在保證性能的同時降低了功耗。
   • 邏輯輸出：輸出始終處于邏輯狀態(tài)，即高電平和低電平，便于與其他數(shù)字電路接口。
   • 高共模瞬態(tài)抗擾度：是 CMR 的選擇，能夠有效抵抗共模干擾，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
   • 多種封裝形式：可用于 DIP 和 SMD 等多種封裝，可以與任何電路一起使用，提高了其適用性。
   • 輸出受多因素影響：輸出不僅基于輸入，還受到第三個引腳的影響，在與相機(jī)閃光燈一起使用時會發(fā)揮作用。
   • 防泄漏設(shè)計(jì)：接收器端有一個 NMOS 晶體管，可以防止泄漏，提高了電路的可靠性。
2. 規(guī)格
   • 電源輸入：最大電源輸入為 7V，典型電源輸入為 5V。
   • 輸入電壓：高電平狀態(tài)的最小輸入電壓為 2V，低電平狀態(tài)的最大輸入電壓為 0.8V。
   • 傳播延遲：大約 50ns 的傳播延遲，在高速應(yīng)用中需要考慮這一因素對信號傳輸?shù)挠绊憽?/li>
   • 工作溫度范圍：工作溫度為 -40℃至 100℃，儲存溫度范圍為 -55℃至 150℃，能夠適應(yīng)較寬的溫度環(huán)境。
   • 焊接溫度：回流焊和鉛焊的焊接溫度范圍是 260℃，超過這個溫度會影響光耦性能，因此在焊接時需要嚴(yán)格控制溫度。
   • 功耗：功耗為 85mW，相對較低。
   • 上拉電阻范圍：外部輸出上拉電阻范圍為 330 至 4k，正確選擇上拉電阻可以避免在輸出端連接負(fù)載時出現(xiàn)浮動誤差。

6N137 CAD 模型

CAD 模型可以幫助工程師在設(shè)計(jì)電路板時更準(zhǔn)確地布局和布線。6N137 的 CAD 模型包括其結(jié)構(gòu)、尺寸和 3D 模型。通過 CAD 模型，我們可以直觀地了解 6N137 的外形和尺寸，確保其在電路板上的安裝位置和空間布局合理。

6N137 工作原理

1. 基本原理：光耦合器 6N137 是高速光耦合器之一，具有快速的 IR 發(fā)射器和接收器。輸出取決于輸入和使能引腳。IR 接收器輸出和使能引腳都連接到 NAND 門，有助于輸出。
2. 使用要求
   • 電源旁路電容：由于具有既能使用交流電流又能使用直流電流的雙重能力，因此應(yīng)在電源端外接 0.1uF 的旁路電容，避免兩端去耦，以保證電源的穩(wěn)定性。
   • 輸入信號要求：輸入信號應(yīng)該有 5ns 的上升和下降時間來得到 IC 的響應(yīng)，還應(yīng)具有約 50ohm 的阻抗，以確保信號能夠正確傳輸。
   • 上拉電阻的使用：IC 的輸出引腳包含一個用作開關(guān)的 NMOS 晶體管。晶體管可以吸收電流，也可以存儲電流，但為了避免存儲進(jìn)一步的輸出誤差，使用上拉電阻來避免它。上拉電阻取值為 330 到 4k，這樣可以避免在輸出端連接負(fù)載時出現(xiàn)浮動誤差?？梢蕴綔y IC 中的輸入信號，但只有在必要時才探測，否則就沒有必要了。上拉電阻值會根據(jù)其要求而有所不同。
3. 啟用引腳的作用：IC 上還有另一個引腳稱為啟用引腳，在大多數(shù)情況下，啟用引腳提供控制設(shè)備的電源打開和關(guān)閉的能力。這里啟用引腳將用于提供不同的輸出。啟用引腳的默認(rèn)狀態(tài)為高電平，即使沒有連接，由于其默認(rèn)狀態(tài)，它也會影響輸出，但可以通過證明邏輯信號來改變它。
4. 真值表和時序圖：啟用引腳值和輸入信號組合給出了可以根據(jù)真值表考慮的輸出狀態(tài)。在高速設(shè)備中，應(yīng)該正確理解傳播延遲，不然嚴(yán)重影響輸出。在 6N137 中，輸出很容易受到傳播延遲的影響，即 5ns。在真值表中，輸出的一些 LOW 和 HIGH 狀態(tài)，只會在邏輯狀態(tài)改變 50ns 后發(fā)生。無論光耦合器正在接收哪個輸入狀態(tài)，每個輸出狀態(tài)都會在邏輯輸入變化 50ns 后發(fā)生變化。

6N137 光耦用什么可以代替

在實(shí)際應(yīng)用中，如果 6N137 無法獲取或不滿足某些特定需求，可以考慮使用其他光耦進(jìn)行替代，如 MOC3021（過零）、MCT2E（非零晶體管）、MOC3041（非零交叉 TRIAC）、FOD3180（高速 MOSFET）、PC817、4N25 等。但在替代時，需要注意這些替代元件的性能和參數(shù)是否與原設(shè)計(jì)要求相匹配。

6N137 的作用

1. 基于 6N137 的 3 到 5V 隔離電路：可以基于 6N137 光耦合器設(shè)計(jì)一個模塊，用于兩個電路之間的隔離。該模塊基本上被稱為隔離模塊，但由于其速度快，也被稱為高速隔離方法。在隔離中，電路在兩個設(shè)備之間無任何延遲地通信，并保護(hù)低壓電路免受高壓影響。要設(shè)計(jì) 3 到 5V 電路的隔離電路，需要使用一些電阻，其他器件將根據(jù)光耦合器的要求。該電路還可以設(shè)計(jì)一個 LED 來檢測信號傳輸，電阻用于限制電壓。每當(dāng)數(shù)據(jù)開始傳輸時，每個電路之間都不會進(jìn)行任何通信。如果輸出短路，輸入電路將開路而不影響輸出。
2. 其他作用
   • 微處理器系統(tǒng)接口：實(shí)現(xiàn)微處理器與其他電路之間的電氣隔離和信號傳輸。
   • PLC、ATE 輸入輸出隔離：提高可編程邏輯控制器（PLC）和自動測試設(shè)備（ATE）的抗干擾能力。
   • 電腦周邊接口：用于電腦與外部設(shè)備之間的信號隔離和傳輸。
   • 數(shù)字現(xiàn)場總線隔離：如 CC - link、DeviceNet、Profibus、SDS 等，保證現(xiàn)場總線通信的穩(wěn)定性和可靠性。
   • 高速 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換：在高速數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號之間的隔離。
   • 交流等離子顯示面板電平轉(zhuǎn)換：滿足交流等離子顯示面板的電平要求。
   • 復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸：提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?/li>
   • 數(shù)控電源：實(shí)現(xiàn)數(shù)控電源的電氣隔離和信號控制。
   • 接地環(huán)路消除：有效消除接地環(huán)路帶來的干擾。