我是18luck网站的小林，今天給大家分享的是光耦合器。

光電耦合元件廣泛用於(yu) 電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關(guan) 電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、數位儀(yi) 表、遠距離信號傳(chuan) 輸（工業(ye) 通訊）、脈衝(chong) 放大、固態繼電器（SSR）、儀(yi) 器儀(yi) 表、通信設備及微機電界麵中。

在單片開關(guan) 電源中，利用線性光耦合器可構成光耦回饋電路，通過調節控製端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。

 

曆史

用光學方式耦合固態光發射器及半導體(ti) 感測器的想法是在1963由Akmenkalns等人提出（US patent 3,417,249）。光敏電阻為(wei) 基礎的光電耦合元件在1968年問世，其速度慢，但是是最線性隔離元件，在音樂(le) 及音響產(chan) 業(ye) 中仍有其利基市場。

LED技術在1968–1970年的商品化，使得光電工程大幅成長，在1970年代末各種主要的光電耦合元件均已開發出來。光電耦合元件的主力是雙極性的矽光晶體(ti) 感測器，可以達到足夠的的傳(chuan) 輸速度，足以用在像腦電圖之類的應用上，目前最快的光電耦合元件是利用光導模式的PIN型二極管。

 

下麵內(nei) 容主要是關(guan) 於(yu) ：光耦合器工作原理、光耦合器類型、耦合器的工作模式、光耦合器的作用、光耦合器的應用。

一、光耦合器

光耦合器是在兩(liang) 個(ge) 隔離電路之間傳(chuan) 輸電信號的電子元件，也就是說將電信號從(cong) 一個(ge) 電路傳(chuan) 輸到另一個(ge) 電路。（具體(ti) 的如下圖所示。）

光耦合器

光耦合器也稱為(wei) 光隔離器、光耦合器或光隔離器。

通常在電路中，尤其是低電壓或高噪聲敏感電路中，光耦合器用於(yu) 隔離電路以防止電氣碰撞機會(hui) 或排除不需要的噪聲。

二、光耦耦合器的內部結構

光耦合器的內部結構

上圖為(wei) 光耦合器的內(nei) 部結構。左側(ce) 的 1引腳和 2 引腳外露，是一個(ge) LED。LED向光敏三極管發出紅外光在右側(ce) 。

光電晶體(ti) 管是通過其集電極和發射極來切換輸出電路，在這一點上與(yu) 典型的 BJT 晶體(ti) 管相同。

LED 的強度直接控製光電晶體(ti) 管，因為(wei) 兩(liang) 個(ge) 獨立的電路可以由光耦合器控製。

另外，光電晶體(ti) 管和紅外 LED 之間的空間是透明的非導電材料，隔離了兩(liang) 個(ge) 不同的電路。LED 和光電晶體(ti) 管之間的中空空間可以使用玻璃、空氣或透明塑料製成，電氣隔離要高得多，通常為(wei) 10 kV或更高。

三、光耦合器工作原理

光耦合器由作為(wei) LED 的發射器和作為(wei) 光敏元件的接收器組成。

當 LED 發出光並且光照射到光電傳(chuan) 感器（光電二極管、光電晶體(ti) 管、PhotoTriac）上時，光電傳(chuan) 感器開始流動電流。在這個(ge) 係統中，輸入光與(yu) 輸出端的電流成正比。

當給 LED 供電時，LED 發光，光線落在光電晶體(ti) 管的基極上，光落在光電晶體(ti) 管的基極上後，將被激活，並且可以控製與(yu) 晶體(ti) 管相連的輸出電路。

這裏輸入電路隻連接光耦的 LED 引腳，輸出電路連接光電晶體(ti) 管，輸入和輸出電路完全電氣隔離。

光耦合器工作原理動圖

四、光耦合器的工作模式

1、飽和模式

在飽和模式下，LED 將打開或關(guan) 閉，因此，輸出晶體(ti) 管完全關(guan) 閉或完全打開，這意味著導通或非導通模式。

此模式用於(yu) 需要保護微控製器引腳免受輸出電路高壓影響的地方。例如，在使用微控製器的電機驅動中，電機需要高電流和高電壓。在此模式下，電機將完全開啟或關(guan) 閉。

2、線性模式

在這種模式下，LED 會(hui) 得到一個(ge) 變化的信號脈衝(chong) 。LED 光線通過電壓或信號樣本來改變或控製，然後光電晶體(ti) 管還為(wei) 輸出提供可變傳(chuan) 導。

用於(yu) 開關(guan) 模式電源 (SMPS) 或控製需要在輸出端進行錯誤檢測的不同電路。

3、光電二極管與光電晶體管光耦合器

光電二極管光電耦合器在電流和光之間的線性關(guan) 係上優(you) 於(yu) 光電晶體(ti) 管光電耦合器。盡管光電晶體(ti) 管光耦合器可以通過改變進入光電晶體(ti) 管基極的 LED 光束來傳(chuan) 遞寬頻率的模擬音頻信號。當光束到達其基極時，晶體(ti) 管的輸出會(hui) 發生變化以放大。但在高頻處可能會(hui) 出現一些失真。

盡管光電二極管的輸出信號幅度遠小於(yu) 光電晶體(ti) 管提供的輸出，但光電二極管光耦的輸入光和輸出電流關(guan) 係在大多數音頻和一些數字信號中都很好。

光電二極管與光電晶體管光耦合器

五、光耦合器類型

1、光晶體管光電耦合器

基於晶體管的光耦合器用於直流電路相關的隔離。

在上圖中，內(nei) 部結構顯示在光電晶體(ti) 管光電耦合器內(nei) 部。晶體(ti) 管類型可以 PNP，也可以是 NPN。

根據輸出引腳的可用性，光電晶體(ti) 管可以進一步分為(wei) 兩(liang) 種類型。在左邊的第二張圖片中，有一個(ge) 額外的引腳輸出，在內(nei) 部與(yu) 晶體(ti) 管的基極相連。

該引腳 6 用於(yu) 控製光電晶體(ti) 管的靈敏度。該引腳通常用於(yu) 使用高阻值電阻與(yu) 地連接或負極連接。在這種配置中，可以有效地控製由於(yu) 噪聲或電氣瞬變引起的誤觸發。

此外，在使用基於(yu) 光電晶體(ti) 管的光耦合器之前，必須知道晶體(ti) 管的最大額定值。PC816、PC817、LTV817、K847PH是少數廣泛使用的基於(yu) 光電晶體(ti) 管的光耦合器。

2、光達林頓晶體管光耦合器

光達林頓晶體管光耦合器

在上圖中，有兩(liang) 種類型的符號，顯示了基於(yu) 光達林頓晶體(ti) 管 的光耦合器的內(nei) 部結構。

達林頓晶體(ti) 管是兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 管對，其中一個(ge) 晶體(ti) 管控製另一個(ge) 晶體(ti) 管基極。在這種配置中，達林頓晶體(ti) 管提供高增益能力。像往常一樣，LED 發出紅外 LED 並控製對晶體(ti) 管的基極。

這種類型的光耦也用於(yu) 直流電路相關(guan) 領域的隔離。第 6 個(ge) 引腳在內(nei) 部連接到晶體(ti) 管的基極，用於(yu) 控製晶體(ti) 管的靈敏度。4N32、4N33、h11B1、h11B2、h11B3是少數基於(yu) 光達林頓的光耦合器示例。

3、基於 光三端雙向晶閘管的光耦合器

基於 光三端雙向晶閘管的光耦合器

光管三端雙向晶閘主要用於(yu) 需要基於(yu) AC 的控製或開關(guan) 的場合。LED 可以使用 DC 控製，三端雙向晶閘 用於(yu) 控製 AC。

在這種情況下，光耦合器也提供了出色的隔離。這是一個(ge) 雙向可控矽應用程序。基於(yu) 光 三端雙向晶閘 的光耦合器示例是IL420、4N35等。

4、基於晶閘管的光耦合器

基於晶閘管的光耦合器

SCR 代表可控矽整流器，SCR也稱為(wei) 晶閘管。

與(yu) 其他光耦合器一樣，LED 發射紅外線。可控矽由 LED 的強度控製。基於(yu) 光電可控矽的光電耦合器，用於(yu) 交流相關(guan) 電路。

基於(yu) 光 SCR 的光耦合器的幾個(ge) 例子是：- MOC3071、IL400、MOC3072等。

六、光耦合器的作用

1、保護高敏感電路免受高壓電路

如果你需要使用帶有微控製器的命令來驅動高壓電機，那麽(me) 光耦合器將為(wei) 開關(guan) 係統提供電機和微控製器輸出之間的完全電氣隔離連接。

2、防止高壓尖峰

光耦合器還用作具有比保險絲(si) 更先進的功能的保險絲(si) 。在電路中，光耦合器用於(yu) 使用數字信號或使用非常低的電壓來切換係統，但如果出現電壓尖峰或出現浪湧電流，則整個(ge) 輸出電路將不受影響，因為(wei) 光耦合器僅(jin) 損壞並停止將當前傳(chuan) 遞到下一部分。

3、使用光耦合器檢測交流電源的過零

由於(yu) 響應時間非常快（納秒級），光耦合器的開關(guan) 非常快，它被廣泛用於(yu) 通過整流器檢測交流電源的過零，並且通過使用這個(ge) 數字信號可以找到我們(men) 需要的波形變化。

使用光耦合器檢測交流電源的過零

4、用於消除信號中的電噪聲

七、光耦合器的應用

直流電路中使用的光耦合器很少，交流相關(guan) 操作中使用的光耦合器也很少。由於(yu) 光耦不允許兩(liang) 側(ce) 直接電連接，所以光耦的主要應用是隔離兩(liang) 個(ge) 電路。

從(cong) 切換其他應用程序，就像可以使用晶體(ti) 管來切換應用程序一樣，可以使用光耦合器。它可用於(yu) 各種與(yu) 微控製器相關(guan) 的操作，其中需要來自高壓電路的數字脈衝(chong) 或模擬信息，光耦合器可用於(yu) 在這兩(liang) 者之間實現出色的隔離。

光耦可用於(yu) 交流檢測、直流控製相關(guan) 操作。下麵為(wei) 光耦合器的一些應用。

1、用於開關直流電路的光耦合器：

用於開關直流電路的光耦合器

在上麵的電路中，使用了基於(yu) 光電晶體(ti) 管的光耦合器電路，是一個(ge) 典型的晶體(ti) 管開關(guan) 。

在原理圖中，使用了基於(yu) 低成本光電晶體(ti) 管的光電耦合器PC817。紅外線LED將由 S1 開關(guan) 控製。當開關(guan) 打開時，9V 電池電源將通過限流電阻 10k 為(wei) LED 提供電流。強度由 R1 電阻控製。如果我們(men) 改變值並降低電阻，LED的強度會(hui) 很高，使晶體(ti) 管增益很高。

另一方麵，晶體(ti) 管是由內(nei) 部紅外 LED 控製的光電晶體(ti) 管，當 LED 發出紅外光時，光電晶體(ti) 管將接觸，VOUT 將為(wei) 0，關(guan) 閉連接在其上的負載。根據數據表，晶體(ti) 管的集電極電流為(wei) 50mA，R2 提供 VOUT 5v，R2 是一個(ge) 上拉電阻。

在這種配置中，基於(yu) 光電晶體(ti) 管的光耦合器可以與(yu) 微控製器一起用於(yu) 檢測脈衝(chong) 或中斷。

2、用於檢測交流電壓的光耦合器：

用於檢測交流電壓的光耦合器

這裏顯示了另一個(ge) 電路來檢測交流電壓。紅外線 LED 使用兩(liang) 個(ge) 100k 電阻控製，使用兩(liang) 個(ge) 100k 電阻代替一個(ge) 200k 電阻是為(wei) 了在短路相關(guan) 條件下提供額外的安全性。LED 連接在牆上插座線 (L) 和中性線 (N) 上。當按下 S1 時，LED 開始發射紅外線。光電晶體(ti) 管做出響應並將 VOUT 從(cong) 5V 轉換為(wei) 0V。

在這種配置中，光耦合器可以跨低壓電路連接，例如需要交流電壓檢測的微控製器單元，輸出將產(chan) 生方形高到低脈衝(chong) 。

3、使用直流電壓控製交流電路的光耦合器：

使用直流電壓控製交流電路的光耦合器

在上麵電路中，LED 再次由 9V 電池通過 10k 電阻和開關(guan) 的狀態來控製。另一方麵，使用基於(yu) 光電 TRIAC 的光耦合器，從(cong) 220V 交流插座控製交流燈。68 R 電阻用於(yu) 控製 BT136 TRIAC，由光耦單元內(nei) 部的光電 TRIAC 控製。

這種配置用於(yu) 控製使用低壓電路的電器。IL420 用在上麵的原理圖中，是一個(ge) 基於(yu) 光 TRIAC 的光耦合器。

除了這種類型的電路之外，還可以在 SMPS 中使用光耦合器，將次級側(ce) 短路或過流狀況信息發送到初級側(ce) 。

以上就是關(guan) 於(yu) 光耦合電路的知識，希望大家多多支持我，得點讚，關(guan) 注微信公眾(zhong) 號：18luck网站