在电子电路设计中，光耦合器是一种重要的电子元件，它能够实现电路之间的电气隔离，同时允许信号通过光进行传输。今天，我们将详细介绍一款高速光耦合器 ——6N137，包括它的引脚图及功能、工作原理、CAD 模型，以及可以替代它的元件和它的实际应用。

6N137 简介

6N137 是一款单通道高速光隔离器，由一个红外 LED 和一个光耦合但电隔离的光电探测器组成。光耦合器，简单来说，是一种用于隔离两个电路，同时允许它们通过光相互通信的电子设备。它由一个在电流通过时发光的发光二极管（LED）和一个检测光并将其转换回电信号的光敏检测器组成。光耦合器通常用于需要电气隔离以防止噪声、接地环路和其他电气干扰的应用中，还可用于提供电流隔离，防止触电和电压尖峰。当向 LED 施加信号时，会发出红外光，光电探测器检测到红外光后，会生成与输入信号相对应的电信号。

6N137 引脚图及功能

引脚图是了解电子元件功能和使用方法的重要工具。6N137 的引脚具有特定的功能，这些功能决定了它在电路中的连接方式和工作模式。虽然原文未详细给出引脚图及各引脚功能，但在实际应用中，我们需要根据其数据手册准确连接各引脚，以确保其正常工作。

6N137 芯片功能介绍

1. 特点
   • 高速性能：速度可达 10Mbit/sec，能够满足高速信号传输的需求。
   • 兼容性好：支持 5V CMOS，低压交流和直流可以直接应用于输出和输入，其性能将根据两种电流的温度进行测量。
   • 低功耗：自带 5mA 电流工作，在保证性能的同时降低了功耗。
   • 逻辑输出：输出始终处于逻辑状态，即高电平和低电平，便于与其他数字电路接口。
   • 高共模瞬态抗扰度：是 CMR 的选择，能够有效抵抗共模干扰，保证信号传输的稳定性。
   • 多种封装形式：可用于 DIP 和 SMD 等多种封装，可以与任何电路一起使用，提高了其适用性。
   • 输出受多因素影响：输出不仅基于输入，还受到第三个引脚的影响，在与相机闪光灯一起使用时会发挥作用。
   • 防泄漏设计：接收器端有一个 NMOS 晶体管，可以防止泄漏，提高了电路的可靠性。
2. 规格
   • 电源输入：电源输入为 7V，典型电源输入为 5V。
   • 输入电压：高电平状态的输入电压为 2V，低电平状态的输入电压为 0.8V。
   • 传播延迟：大约 50ns 的传播延迟，在高速应用中需要考虑这一因素对信号传输的影响。
   • 工作温度范围：工作温度为 -40℃至 100℃，储存温度范围为 -55℃至 150℃，能够适应较宽的温度环境。
   • 焊接温度：回流焊和铅焊的焊接温度范围是 260℃，超过这个温度会影响光耦性能，因此在焊接时需要严格控制温度。
   • 功耗：功耗为 85mW，相对较低。
   • 上拉电阻范围：外部输出上拉电阻范围为 330 至 4k，正确选择上拉电阻可以避免在输出端连接负载时出现浮动误差。

6N137 CAD 模型

CAD 模型可以帮助工程师在设计电路板时更准确地布局和布线。6N137 的 CAD 模型包括其结构、尺寸和 3D 模型。通过 CAD 模型，我们可以直观地了解 6N137 的外形和尺寸，确保其在电路板上的安装位置和空间布局合理。

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 发射器和接收器。输出取决于输入和使能引脚。IR 接收器输出和使能引脚都连接到 NAND 门，有助于输出。
2. 使用要求
   • 电源旁路电容：由于具有既能使用交流电流又能使用直流电流的双重能力，因此应在电源端外接 0.1uF 的旁路电容，避免两端去耦，以保证电源的稳定性。
   • 输入信号要求：输入信号应该有 5ns 的上升和下降时间来得到 IC 的响应，还应具有约 50ohm 的阻抗，以确保信号能够正确传输。
   • 上拉电阻的使用：IC 的输出引脚包含一个用作开关的 NMOS 晶体管。晶体管可以吸收电流，也可以存储电流，但为了避免存储进一步的输出误差，使用上拉电阻来避免它。上拉电阻取值为 330 到 4k，这样可以避免在输出端连接负载时出现浮动误差。可以探测 IC 中的输入信号，但只有在必要时才探测，否则就没有必要了。上拉电阻值会根据其要求而有所不同。
3. 启用引脚的作用：IC 上还有另一个引脚称为启用引脚，在大多数情况下，启用引脚提供控制设备的电源打开和关闭的能力。这里启用引脚将用于提供不同的输出。启用引脚的默认状态为高电平，即使没有连接，由于其默认状态，它也会影响输出，但可以通过证明逻辑信号来改变它。
4. 真值表和时序图：启用引脚值和输入信号组合给出了可以根据真值表考虑的输出状态。在高速设备中，应该正确理解传播延迟，不然严重影响输出。在 6N137 中，输出很容易受到传播延迟的影响，即 5ns。在真值表中，输出的一些 LOW 和 HIGH 状态，只会在逻辑状态改变 50ns 后发生。无论光耦合器正在接收哪个输入状态，每个输出状态都会在逻辑输入变化 50ns 后发生变化。

6N137 光耦用什么可以代替

在实际应用中，如果 6N137 无法获取或不满足某些特定需求，可以考虑使用其他光耦进行替代，如 MOC3021（过零）、MCT2E（非零晶体管）、MOC3041（非零交叉 TRIAC）、FOD3180（高速 MOSFET）、PC817、4N25 等。但在替代时，需要注意这些替代元件的性能和参数是否与原设计要求相匹配。

6N137 的作用

1. 基于 6N137 的 3 到 5V 隔离电路：可以基于 6N137 光耦合器设计一个模块，用于两个电路之间的隔离。该模块基本上被称为隔离模块，但由于其速度快，也被称为高速隔离方法。在隔离中，电路在两个设备之间无任何延迟地通信，并保护低压电路免受高压影响。要设计 3 到 5V 电路的隔离电路，需要使用一些电阻，其他器件将根据光耦合器的要求。该电路还可以设计一个 LED 来检测信号传输，电阻用于限制电压。每当数据开始传输时，每个电路之间都不会进行任何通信。如果输出短路，输入电路将开路而不影响输出。
2. 其他作用
   • 微处理器系统接口：实现微处理器与其他电路之间的电气隔离和信号传输。
   • PLC、ATE 输入输出隔离：提高可编程逻辑控制器（PLC）和自动测试设备（ATE）的抗干扰能力。
   • 电脑周边接口：用于电脑与外部设备之间的信号隔离和传输。
   • 数字现场总线隔离：如 CC - link、DeviceNet、Profibus、SDS 等，保证现场总线通信的稳定性和可靠性。
   • 高速 A/D 和 D/A 转换：在高速数据采集和转换系统中，实现模拟信号和数字信号之间的隔离。
   • 交流等离子显示面板电平转换：满足交流等离子显示面板的电平要求。
   • 复用数据传输：提高数据传输的效率和可靠性。
   • 数控电源：实现数控电源的电气隔离和信号控制。
   • 接地环路消除：有效消除接地环路带来的干扰。