一般晶体管光耦的开关特性

我们通过仿真电路来模拟上一期介绍的开关电路，对实际设计有一定的参考意义。以下电路采用方波duty=50%为例，以不同的输入端频率进行仿真测试。首先，Vcc=5V，R5、R6的取值遵循开关特性参数测试要求，此处输出导通Vce约为0.2V，(Vol＜10%Vcc)，为方便观察高电平交叉点，采用同相输出接法。需要说明的是，本篇我们只考虑固定的R5、R6值，也就是确定的IF、IC电流，选定确定的Cton范围130~260%；并且工作在相对理想的开关状态。不同的IF、IC值对电路输出的影响，将以后的资料中进行交流。本文重点分享ton和toff的对传输带宽的畸变过程。

一、输入2.5kHz信号频率时，绿色的ton、toff与输入红色信号相比，有明显响应斜率。图二可以看到，此时ton、toff时间远小于PWM的脉宽时间300us。图三图四分别放大图显示，ton约为8.4us、toff约为6.1us。根据不同的设计需要，可以自行确定选择在高频或高传输速率有效电平脉宽实际值。由此可以推测出，输入信号频率是1kHz时，PWM脉宽为500us，得到的高电平输出有效脉宽约为491.6us，低电平有效脉宽约为493.9us.接近于输入方波，更低的输入频率意味着能获得更高拟合度的输出波形。

▲图一、2.5kHz输入

▲图二、2.5kHz输入与输出端ton,toff

▲图三、2.5kHz输出端ton

▲图四、2.5kHz输出端toff

二、把输入信号频率增加到25kHz，如下图五图六，此时的绿色输出曲线，有明显的上升和下降时间，ton、toff占据接近一半脉宽。因此，在25kHz输入信号下，输出端的响应，可能影响数据信号的有效传输；在驱动PWM的功率器件时出现过高的功耗；在调制信号出现如此畸变，输出可能需要增加额外的整形电路，但依然存在一定的延时。可以预计，当输入频率继续增加时，在输出端得到的波形将被ton、toff覆盖更多有效脉宽。图七和图八显示，ton和toff时间较2.5kHz时，没有明显改变。

▲图五、25kHz输入

▲图六、25kHz输入与输出端ton,toff

▲图七、25kHz输出端ton

▲图八、25kHz输出端toff

三、把输入信号频率增加到33kHz，如下图九图十，输出端的波形较25kHz频率时，有更严重的畸变，此时更不利于呈现输入端的方波。如果继续增加输入端信号频率同时改变输出负载（此处为R6），波形便会逐渐变成ton和toff的最大时间斜率波形，直至输出端的曲线变成锯齿状，此时为截止频率fc=80kHz，超出fc频率后，输出逐渐趋近于直线，再无可调节的意义。不过，如果调节电路设置，在某些应用中，依然能满足特定的设计需求，但是可能会牺牲其它特性。

▲图九、33kHz输入

▲图十、33kHz输入与输出端ton,toff

▲图十一、33kHz输出端ton

▲图十二、33kHz输出端toff

四、下图十三，是80kHz的输入与输出波形，可以发现ton和toff的上升下降沿均被限制，不是原来的0.2V和5.0V峰谷电压。变成了类似锯齿波，Vp-p约3.9V。

▲图十三、80kHz输出端ton,toff

以上表格是不同频率的输入与输出脉宽测试记录，可见有效脉宽随着频率增加逐渐变小，或认为有效电平占比变小。设计电路时，可能根据取舍参数确立不同不同IC、IF的电流。

综上所述，根据不同频率的设定来观察输出曲线的变化，可以得知，ton,toff是电路带宽的极限，波形逐渐演变，变成无高低电平设计效果的三角波，最终将随频率的增加趋近于某个电平的直线，其参考价值可能在于PAC类产品。通过以上测试，有助于我们进行开关信号的隔离传输设计，以满足设计需求，达到高性价比的选择。