光耦合器的工作原理和光耦合器基础知识!

　　光耦合器，也称为光电子隔离器或光耦合器，是一种在光介质上传输电信号的器件。它通常将发光器（红外LED）和光接收器（光敏半导体管）封装在同一外壳中。当输入信号上电时，发光器发光，接收器接收光并产生光电流，光电流从输出端流出，从而实现“电-光-电”转换。光耦合器以光为介质，将输入信号耦合到输出端，具有体积小、寿命长、无接触点等优点。它因其抗干扰能力强，输出与输入之间的绝缘，信号的单向传输等优点而被广泛用于数字电路中。

　　耦合器在光介质上传输电信号。它们对输入和输出信号具有良好的隔离性，因此它们广泛用于各种电路中。目前，它已成为应用最广泛的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：发光、光接收和信号放大。输入电信号驱动LED发出一定波长的光，光电探测器接收到的光再产生光电流，进一步放大后再输出。

　　然后完成电光电的转换，起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器的输入输出与电信号的传输是单向的相互作用，光耦合器具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。此外，由于光耦合器的输入端是电流型工作的低电阻元件，因此具有很强的共模抑制能力。

　　因此，在长线传输信息中用作终端隔离元件时，可以大大提高信噪比（SNR），并用作计算机数字通信和实时控制中信号隔离的接口器件。计算机工作的可靠性可以大大提高。

　　二、光耦合器的优点

　　光耦合器的主要优点是：单向信号传输，输入输出端子之间完全电气隔离，输出信号对输入无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无接触，使用寿命长，传输效率高。

　　光耦合器是70年代开发的一种新型器件，目前广泛应用于电气绝缘、液位开关、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远端信号传输、脉冲放大器、固态继电器（SSR）、仪器仪表、通信设备和微机接口等领域。在单片开关电源中，可以使用线性光耦合器构建光耦合反馈电路，通过调节控制电流来改变占空比，以达到精确稳压的目的。

　　光耦合器有两种：一种是非线性光耦合，另一种是线性光耦合。

　　非线性光耦合器的电流传输特性曲线为非线性。这种光耦合器适用于开关信号传输，而不适用于模拟传输。常用的4N系列光耦合器是一种非线性光耦合器。

　　线性光耦合器的电流传输特性曲线接近直线，线性光耦合器的性能更好。它可以通过线性特性进行隔离和控制。常用的线性光耦合器是PC817A-C系列。

　　线性光耦合器通常用于开关电源。如果使用非线性光耦合器，可能会使振荡波形变坏，严重的情况下可能会发生寄生振荡，从而使数千至数百Hz的振荡频率将依次被几十到几百Hz的低频振荡调制。结果是它会干扰彩色电视，彩色显示器，VCD，DCD等的图像。同时，电源的负载能力会下降。在彩电、显示器等开关电源的维修中，如果光耦合器损坏，必须更换为线性光耦合器。

　　常用的4针线性光耦合器：PC817A、PC111、TLP521等。常用的6引脚线性光耦合器有：LP632、TLP532、PC614、PC714、PS2031等。而常用的4N25、4N26、4N35、4N36都不适合用于开关电源，因为这四种光耦合器都是非线性光耦合器。

　　光耦合器的种类和类型有很多种。在光电DATA手册中，有一千多种类型，通常可以按以下方法进行分类：

　　根据光路分类

　　分为外光光耦合器（又称光电灭弧室检测器）和内光光耦合器。外部光耦合器可分为透射光耦合器和反射光耦合器。

　　根据输出形式分类

　　A.光敏器件输出，包括光电二极管、光阻器、光电池、光学晶闸管等。

　　B.NPN三极管输出，包括交流输入、直流输入、互补输出等。

　　C.达林顿三极管输出，包括交流输入、直流输入。

　　D.逻辑门输出，包括栅极输出、施密特触发输出、三态栅极输出等。

　　E.低导通输出（低电平输出）

　　F.光开关输出（Ron<10Ω）

　　G.功率输出（IGBT/MOSFET）

　　光耦结构：

　　光电耦合的主要特点如下：

　　输入输出端子之间的绝缘电阻一般大于10000MΩ，电压电阻一般可以超过1kV，有的甚至可以达到10kV。

　　由于光接收器只能接受光源的信息，否则就不能接受，当信号从光源传输到光接收器时没有反馈现象，输出信号不会影响输入。

　　由于发光器件（GaAs红外二极管）是阻抗电流驱动器件，噪声是高内阻微电流电压信号，因此光耦合器的共模抑制比非常大。因此，光耦合器可以很好地抑制干扰并消除噪声。

　　易于与逻辑电路匹配。

　　响应速度快。光耦合器的时间常数通常在微秒甚至纳秒级。

　　非接触式，寿命长，体积小，耐冲击。

　　光耦性能:

　　光耦合器的主要优点是信号单向传输，输入输出端完全实现电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。广泛应用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远端信号传输、脉冲放大、固态继电器、仪器仪表、通信设备、微机接口等。

　　由于光耦合器的输入阻抗小于一般干扰源的输入阻抗，光耦合器输入端的干扰电压小，能提供的电流不大，不易使半导体二极管发光。由于光耦合器的外壳是密封的，因此不受外部光的影响。光耦合器的隔离电阻非常大（约1012Ω），隔离电容非常小（约几pF），因此可以防止电路耦合引起的电磁干扰。线性光耦合器的工作原理是将控制电压添加到光耦合器的输入端。

　　在输出端，按比例产生电压以进一步控制电路的下一级。线性光耦合器由发光二极管和光阻器组成。光耦合器由电流驱动，需要足够大的电流才能使LED导通。如果输入信号太小，LED将不会打开，其输出信号将失真。在开关电源中，特别是在数字开关电源中，可以使用线性光耦合器来形成光耦合器反馈电路。通过调节控制电流可以改变占空比，达到精确稳压的目的。

　　光耦技术参数

　　光耦合器的主要技术参数有LED正向压降VF、正向电流中频、电流传输比CTR、输入级和输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V（BR）CEO、集电极-发射极饱和电压降VCE（sat）。此外，在数字信号的传输中应考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。

　　电流传输比是光耦合器的一个重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持不变时，该比率等于直流输出电流IC和直流输入电流IF的百分比。

　　大多数光耦合器使用光阻器，其CTR范围为20%至300%（例如4N35），PC817为80%至160%）。达林顿光耦合器（如4N30）可以达到100%~5000%。这表明，对于相同的输出电流，后者只需要更小的输入电流。因此，晶体管的hFE参数与CTR参数之间存在一些相似之处。得到线性光耦合器和普通光耦合器的典型CTR-IF特性曲线。

　　普通光耦合器的CTR-IF特性曲线是非线性的，当IF很小时，非线性失真特别严重，因此不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在信号较小时，交流电流传输比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF）非常接近直流电流传输比（CTR）。因此，它适用于传输模拟电压或电流信号，可以使输出与输入呈线性关系。这是它的重要特征。

　　使用光耦合器的主要目的是在输入电路和输出电路之间提供隔离。在设计电路时，必须遵循以下原则：所选的光耦合器必须符合国内和国际隔离击穿电压标准。英国Isocoman公司和美国摩托罗拉生产的4N系列光耦合器（如4N25，4N26，4N35）在中国得到广泛应用。鉴于这种光耦合器的开关特性，其线性度较差，适用于传输数字信号（高电平和低电平），可用于单芯片的输出隔离。所使用的光耦合器器件必须具有高耦合系数。

　　先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

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