光耦的工作原理及應用

光耦合器的壓力及應用

光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫為oc）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電訊號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極體led）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電訊號時發光器發出光線，受光器接受光線之後就產生光電流，從輸出端流出，從而實現了「電—光—電」轉換。

以光為媒介把輸入端訊號耦合到輸出端的光電耦合器，由於它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸訊號等優點，在數位電路上獲得廣泛的應用。

工作原理

耦合器以光為媒介傳輸電訊號。它對輸入、輸出電訊號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得

1553b耦合器線纜接頭

到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：

光的發射、光的接收及訊號放大。輸入的電訊號驅動發光二極體（led），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大後輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。

由於光耦合器輸入輸出間互相隔離，電訊號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸資訊中作為終端隔離元件可以大大提高訊雜比。

在計算機數字通訊及實時控制中作為訊號隔離的介面器件，可以大大提高計算機工作的可靠性。

優點　　光耦合器的主要優點是：訊號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出訊號對輸入端無

光耦影響，抗干擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件，現已廣泛用於電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振盪器、訊號隔離、級間隔離、脈衝放大電路、數字儀表、遠距離訊號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(ssr）、儀器儀表、通訊裝置及微機介面中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。

種類　　光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。

檢測示意圖

非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合於開關訊號的傳輸，不適合於傳輸模擬量。常用的4n系列光耦屬於非線性光耦。

線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，並且小訊號時效能較好，能以線性特性進行隔離控制。常用的線性光耦是pc817a—c系列。

開關電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振盪波形變壞，嚴重時出現寄生振盪，使數千赫的振盪頻率被數十到數百赫的低頻振盪依次為號調製。由此產生的後果是對彩電，彩顯，vcd，dcd等等，將在影象畫面上產生干擾。

同時電源帶負載能力下降。在彩電，顯示器等開關電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。常用的4腳線性光耦有pc817a----c。

pc111 tlp521等常用的六腳線性光耦有：lp632 tlp532 pc614 pc714 ps2031等。常用的4n25 4n26 4n35 4n36是不適合用於開關電源中的，因為這4種光耦均屬於非線性光耦。

由於光電耦合器的品種和型別非常多，在光電子data手冊中，其型號超過上千種，通常可以按以下方法進行分類：

⑴按光路徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續檢測器）和內光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。

⑵按輸出形式分，可分為：

a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極體輸出型，光敏三極體輸出型，光電池輸出型，光可控矽輸出型等。

b、npn三極體輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。

c、達林頓三極體輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。

d、邏輯閘電路輸出型，其中包括閘電路輸出型，施密特觸發輸出型，三態閘電路輸出型等。

e、低導通輸出型（輸出低電平毫伏數量級）。

f、光開關輸出型（導通電阻小余10ω）。

g、功率輸出型（igbt/mosfet等輸出）。

⑶按封裝形式分，可分為同軸型，雙列直插型，to封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型

光耦　　等。⑷按傳輸訊號分，可分為數字型光電耦合器（oc門輸出型，圖騰柱輸出型及三態閘電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬頻型，單電源型，雙電源型等）。

⑸按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極體、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極體帶訊號處理電路或者光敏積體電路輸出型）。

⑹按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

⑺按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器（一般光學膠灌封低於5000v，空封低於2000v）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kv，20kv，30kv等）。

⑻按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15v）和高電源電壓型光電耦合器（一般大於30v）。

結構特點

光電耦合的主要特點如下：

原理示意圖

1.輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大於10000mω，耐壓一般可超過1kv，有的甚至可以達到10kv以上。

2.由於光接收器只能接受光源的資訊，反之不能，所以訊號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出訊號也不會影響輸入端。

3.由於發光器件（砷化鎵紅外二極體）是阻抗電流驅動性器件，而噪音是一種高內阻微電流電壓訊號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾並消除噪音。

4.容易和邏輯電路配合。

5.響應速度快。光電耦合器件的時間常數通常在微秒甚至毫微秒極。

6.無觸點、壽命長、體積小、耐衝擊。

效能特點

光耦合器的主要優點是單向傳輸訊號，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。它廣泛用於電平轉換、訊號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離訊號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(ssr）、儀器儀表、通訊裝置及微機介面中。由於光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流並不大，不易使半導體二極體發光；由於光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012ω）、隔離電容很小（約幾個pf）所以能阻止電路性耦合產生的電磁干擾。

線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會成比例地產生乙個用於進一步控制下一級的電路的電壓。線性光電耦合器由發光二極體和光敏三極體組成，當發光二極體接通而發光，光敏**管導通，光電耦合器是電流驅動型，需要足夠大的電流才能使發光二極體導通，如果輸入訊號太小，發光二極體不會導通，其輸出訊號將失真。在開關電源，尤其是數字開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。

光纖耦合器

光耦合器的技術引數主要有發光二極體正向壓降vf、正向電流if、電流傳輸比ctr、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發射極反向擊穿電壓v(br)ceo、集電極-發射極飽和壓降vce(sat）。此外，在傳輸數碼訊號時還需考慮上公升時間、下降時間、延遲時間和儲存時間等引數。

電流傳輸比是光耦合器的重要引數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恆定時，它等於直流輸出電流ic與直流輸入電流if的百分比。採用乙隻光敏三極體的光耦合器，ctr的範圍大多為20%～300%（如4n35），而pc817則為80%～160%，達林頓型光耦合器（如4n30）可達100%～5000%。

這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者只需較小的輸入電流。因此，ctr引數與電晶體的hfe有某種相似之處。線性光耦合器與普通光耦合器典型的ctr-if特性曲線。

普通光耦合器的ctr-if特性曲線呈非線性，在if較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬訊號。線性光耦合器的ctr-if特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小訊號時，其交流電流傳輸比（δctr=δic/δif)很接近於直流電流傳輸比ctr值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流訊號，能使輸出與輸入之間呈線性關係。

這是其重要特性。

使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設計電路時，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國際的有關隔離擊穿電壓的標準；由英國埃索柯姆（iso***）公司、美國摩托羅拉公司生產的4n××系列（如4n25 、4n26、4n35）光耦合器，目前在國內應用地十分普遍。鑑於此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數碼訊號（高、低電平），可以用於微控制器的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合係數。

技術引數

電流傳輸比是光耦合器的重要引數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恆定時，它等於直流輸出電流ic與直流輸入電流if的百分比。

使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設計電路時，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國內和國際的有關隔離擊穿電壓的標準；由英國埃索柯姆（iso***）公司、美國摩托羅拉公司生產的4n××系列（如4n25、4n26、4n35）光耦合器，在國內應用地十分普遍。鑑於此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數碼訊號（高、低電平），可以用於微控制器的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合係數。

光耦的工作原理及應用

光耦的工作原理

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PC357光耦內部結構及工作原理

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