光耦-使用原則
1、光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%～200%。這是因為當CTR＜50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF＞5.0mA)，才能正常控制單片開關(guān)
電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在啟動電路或者當負載發(fā)生突變時，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。
2、若用放大器電路去驅(qū)動光電耦合器，必須精心設(shè)計，保證它能夠補償耦合器的溫度不穩(wěn)定性和漂移。
3、推薦采用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。
原理示意圖
上述使用的光電耦合器時工作在線性方式下，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(chǎn)生一個用于進一步控制下一級電路的電壓，是單片機進行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，對電源輸出起到穩(wěn)壓的作用。
為了徹底阻斷干擾信號進入系統(tǒng)，不僅信號通路要隔離，而且輸入或輸出電路與系統(tǒng)的電源也要隔離，即這些電路分別使用相互獨立的隔離電源。對于共模干擾，采用隔離技術(shù)，即利用變壓器或線性光電耦合器，將輸入地與輸出地斷開，使干擾沒有回路而被抑制。在開關(guān)電源中，光電耦合器是一個是非重要的外圍器件，設(shè)計者可以充分的利用它的輸入輸出隔離作用對單片機進行抗干擾設(shè)計，并對變換器進行閉環(huán)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。
光耦-主要優(yōu)點
光纖耦合器
光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用
壽命長，傳輸
效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器
儀表、通信設(shè)備及微機接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。
光耦-主要種類
光纖耦合器
由于光電耦合器的品種和類型非常多，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：
(1)按光路徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測器）和內(nèi)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。
(2)按輸出形式分，可分為：
a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。
b、NPN三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。 c、達林頓三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。
d、邏輯門電路輸出型，其中包括門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出型等。
e、低導通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級）。
f、光開關(guān)輸出型（導通電阻小余10Ω）。
g、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。
(3)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，以及光纖傳輸型等。
(4)按傳輸信號分，可分為數(shù)字型光電耦合器（OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，
寬帶型，單電源型，雙電源型等）。
(5)按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型）。
(6)按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。
(7)按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器（一般光學膠灌封低于5000V，空封低于2000V）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。
(8)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（一般大于30V）。
光耦-隔離
光電耦合器
光耦隔離就是采用光耦合器進行隔離，光耦合器的結(jié)構(gòu)相當于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離作用。只要光耦合器質(zhì)量好，電路參數(shù)設(shè)計合理，一般故障少見。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)異常，使輸入、輸出兩側(cè)的電位差超過光耦合器所能承受的電壓，就會使之被擊穿損壞。
可以認為是一個發(fā)光二極管和一個
光電二極管或
三極管封裝到一起。可以實現(xiàn)信號的完全電氣隔離。在信號采集系統(tǒng)中廣泛采用。
光耦是通電使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏二極管接受光導通的器件。其好處輸入和輸出是隔離的，就象變壓器一樣。6N137和6N138是光耦8腳IC，具體參數(shù)搜索一下即可光偶隔離器的缺點是尺寸太大。
光耦-工作特性
光纖耦合器
1、共模抑制比很高在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合
電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出
電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
2、輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。
3、光電耦合器可作為線性耦合器使用
在發(fā)光二極管上提供一個
偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸
脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的
延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。
光耦-實用技巧
雙向可控硅光電耦合器
光耦以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強的特點。對于既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分的工業(yè)應用測控系統(tǒng)，采用光耦隔離可以很好地實現(xiàn)
弱電和
強電的隔離，達到抗干擾目的。但是，使用光耦隔離需要考慮以下幾個問題：①光耦直接用于隔離傳輸模擬量時，要考慮光耦的非線性問題；
②光耦隔離傳輸數(shù)字量時，要考慮光耦的響應速度問題；
③如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計問題。
1：光電耦合器非線性的克服
光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表示；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的
伏安特性就是它的輸出特性。由此可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域，直接用來傳輸模擬量時精度較差。
解決方法之一，利用2個具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器，T1和T2，以及2個射極跟隨器A1和A2組成。如果T1和T2是同型號同批次的光電耦合器，可以認為他們的非線性傳輸特性是完全一致的，即K1(I1)=K2(I1)，則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可見，利用T1和T2電流傳輸特性的對稱性，利用反饋原理，可以很好的補償他們原來的
非線性。
另一種模擬量傳輸?shù)慕鉀Q方法，就是采用VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式。現(xiàn)場變送器輸出模擬量信號(假設(shè)電壓信號)，電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號轉(zhuǎn)換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機側(cè)，通過一個頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時，相當于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、簡單易行的模擬量傳輸方式。
當然，也可以選擇線性光耦進行設(shè)計，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價格比普通光耦高，但是使用方便，設(shè)計簡單；隨著器件價格的下降，使用線性光耦將是趨勢。
2：提高光電耦合器的傳輸速度
當采用光耦隔離
數(shù)字信號進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度，往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率的決定因素。在許多總線式結(jié)構(gòu)的工業(yè)測控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時不降低通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。但是，高速光耦價格比較高，導致設(shè)計成本提高。這里介紹兩種方法來提高普通光耦的開關(guān)速度。
由于光耦自身存在的分布電容，對傳輸速度造成影響，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce。由于光耦的電流傳輸比較低，其集電極負載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是，負載電阻又不宜過大，負載電阻RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的
頻率特性就越差，傳輸
延時也越長。
用2只光電耦合器T1，T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關(guān)速度。當脈沖上升為“1”電平時，T1截止，T2導通。相反，當脈沖為“0”電平時，T1導通，T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個光電耦合器的頻率特性。
此外，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關(guān)速度。通過增加一個晶體管，四個電阻和一個電容，實驗證明，這個電路可以將光耦的最大
數(shù)據(jù)傳輸速率提高10倍左右。
3：光耦的功率接口設(shè)計
耦合器
微機測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動化裝置正常運行的關(guān)鍵。就抗干擾設(shè)計而言，很多場合下，既能采用光電耦合器隔離驅(qū)動，也能采用繼電器隔離驅(qū)動。一般情況下，對于那些響應速度要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設(shè)計功率接口；對于
響應時間要求很快的控制系統(tǒng)，采用光電耦合器進行功率接口電路設(shè)計。這是因為繼電器的響應延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間通常都在10us之內(nèi)，同時采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率
驅(qū)動接口電路設(shè)計，可以達到簡化電路設(shè)計，降低散熱的目的。
對于交流負載，可以采用光電可控硅驅(qū)動器進行隔離驅(qū)動設(shè)計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅(qū)動器，特點是耐壓高，驅(qū)動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅(qū)動。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發(fā)功率雙向可控硅。當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電
雙向可控硅驅(qū)動器，例如MOC3010。
光耦-產(chǎn)品檢測
1、用
萬用表判斷好壞，斷開輸入端電源，用R×1k檔測1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導致
發(fā)射管擊穿。
2、簡易測試電路，當接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，
LED會發(fā)光，調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強度會發(fā)生變化，說明被測光電耦合器是好的。
光耦-應用場合
光纖耦合器
由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨特，優(yōu)點突出，因而其應用十分廣泛，主要應用以下場合：(1)在邏輯電路上的應用
光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的
邏輯電路更可靠。
(2)作為固體開關(guān)應用
在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對于一般的來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現(xiàn)。
(3)在觸發(fā)電路上的應用
將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。
(4)在脈沖放大電路中的應用
光電耦合器應用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進行放大。
(5)在線性電路上的應用
線性光電耦合器應用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。
(6)特殊場合的應用
光電耦合器還可應用于高壓控制，取代
變壓器，代替觸點繼電器以及用于A/D電路等多種場合。
光耦-發(fā)展現(xiàn)狀
光耦
PIN光電二極管作接收端制成的三種高速光電耦合器的絕緣電壓都在3000伏以上，其中5082—43610型超高速數(shù)字光電耦合器和5082—4361型高共模抑制型光電耦合器的響應速度均可達到10Mb/s，它們的電流傳輸效率高達60%以上。美國莫托羅拉公司生產(chǎn)的4N25、4N26、4N27型光電耦合器屬于三極管輸出型光電耦合器[2]，這種光電耦合器具有很高的輸入、輸出絕緣性能，其頻率響應可達300kHz，而開關(guān)時間只有幾微秒。在
日本電氣公司（NEC）生產(chǎn)的高速光電耦合器中，PS2101型光電耦合器是一種通用的四腳扁平組件，它采用砷鋁鎵紅外發(fā)光二極管和硅光電晶體管組合而成，并將其封裝4×4.4×2立方毫米的體積之內(nèi)，其響應速度為10μs。而PS2041和PS2042型光電耦合器則是將砷鋁鎵發(fā)光二極管和光電晶體管集成在同一襯底上的六腳封裝組件，它們的大小為7.08×7.6×3.5立方毫米，響應時間為0.3μs。
光耦-典型應用
光耦
1.用作固體繼電器
采用光電耦合器作固體繼電器具有體積小、耦合密切、
驅(qū)動功率小、動作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。圖3所示是一個光電耦合器用作固體繼電器的實際電路圖，它的左半部分電路可用于將輸入的電信號Vi變成光電耦合器內(nèi)發(fā)光二極管發(fā)光的光信號；而右半部分電路則通過光電耦合器內(nèi)的
光敏三極管再將光信號還原成電信號，所以這是一種非常好的電光與光電聯(lián)合轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅(qū)動電流在8～20mA之間。在實際使用中，由于它沒有一般電磁繼電器常見的實際接點，因此不存在接觸不良和燃弧打火等現(xiàn)象，也不會因受外力或機械沖擊而引起誤動作。所以，它的
性能比較可靠，工作十分穩(wěn)定。2.光電耦合器在電話保安裝置中應用
為了防止電話線路被并機竊用或
電話機被盜用通話，可以利用光電耦合器來設(shè)計一個簡單實用的電話保安電路，由VD1～VD4組成極性轉(zhuǎn)換電路。由于在將本保安器接入電話線路中時，不需要分清電話線路反饋
電壓的極性，因此，使用該保安器可以給安裝帶來很大的方便。
3.用光電耦合器代替音頻變壓器
在線性電路中，兩級放大器之間常用
音頻變壓器作耦合。這種耦合的缺點是會在
變壓器鐵芯片中損耗掉一部分功率，并可能造成某些失真。而如果選用光電耦合器來代替音頻變壓器就可以克服上述這些缺點。當輸入信號Vi經(jīng)三極管BG1、BG2前級放大之后，驅(qū)動光電耦合器左邊的
LED發(fā)光，并被右邊的光敏管全部吸收并轉(zhuǎn)換成電信號，此信號經(jīng)后級電路BG3放大，并由該管的發(fā)射極通過電容器C3后輸出一個不失真的放大信號V0。由于該電路將前后兩級放大器之間完全隔離，因而杜絕了地環(huán)路可能引起的干擾。同時由于該電路還具有消噪功能，因此避免了信號的
失真。整個電路的總增益可望達到20dB以上，帶寬約120kHz。
光耦-產(chǎn)品展示
