光耦 更新时间：2011-05-28 06:20

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光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

光耦合器的性能及类型

• 用于传递模拟信号的的发光器件为。此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

  事实上，光耦合器是一种由光电流控制的电流转移器件，其输出特性与普通双极型晶体管的输出特性相似，因而可以将其作为普通放大器直接构成模拟放大电路，并且输入与输出间可实现电隔离。然而，这类放大电路的工作稳定性较差，无实用价值。究其原因主要有两点：一是光耦合器的线性工作范围较窄，且随温度变化而变化；二是光耦合器共发射极电流传输系数β和集电极反向饱和电流ICBO(即暗电流)受温度变化的影响明显。因此，在实际应用中，除应选用线性范围宽、线性度高的光耦合器来实现模拟信号隔离外，还必须在电路上采取有效措施，尽量消除温度变化对放大电路工作状态的影响。

  从光耦合器的转移特性与温度的关系可以看出，若使光耦合器构成的模拟隔离电路稳定实用，则应尽量消除暗电流（ICBO）的影响，以提高线性度，做到静态工作点IFQ随温度的变化而自动调整，以使输出信号保持对称性，使输入信号的动态范围随温度变化而自动变化，以抵消β值随温度变化的影响，保证电路工作状态的稳定性。

光耦的作用

• (1) 在逻辑电路上的应用

  光电耦合器可以构成各种逻辑电路，由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。

  (2) 作为固体开关应用

  在开关电路中，往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离，对于一般的电子开关来说是很难做到的，但用光电耦合器却很容易实现。

  (3) 在触发电路上的应用

  将光电耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。

  (4) 在脉冲放大电路中的应用

  光电耦合器应用于数字电路，可以将脉冲信号进行放大。

  (5) 在线性电路上的应用

  线性光电耦合器应用于线性电路中，具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。

  (6) 特殊场合的应用

  光电耦合器还可应用于高压控制，取代变压器，代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。

  线性光耦合器的选取原则

  在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下：

  ①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50[%]～200[%]。这是因为当CTR＜50[%]时，光耦中的LED就需要较大的工作电流 (IF＞5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200[%]，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。

  ②推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。

  ③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号(高、低电平)，因此不推荐用在开关电源中。

光耦内部结构原理

• 光耦合器是以光形式传递信号的，内部电路是由光敏三极管和发光二极管组合成一个电子元件被封装在个塑料壳内，接入电路后，输入端的电信号通过发光二极管变换成相同规律光束，再传给光敏三极管。光敏三极管把接收的光束还原成与发光二极管变化相同的光束电信号，即实现了电－光－电的转换。光起着媒介的作用。光耦合器的结构、引脚功能，封装外形见左图，内部电路见中图。
  

  图1 光耦外形图
  

  图2 光耦内部结构

  光耦合器的优点：抗干扰能力强，寿命长，传输效率高，输入端与输出端完全电隔离，其技术主要参数有：发光二极管的正向压降VF（单位V）、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极与发射极间反向击穿电压、集电极与发射极间饱和压降、电流传输比CTR（光耦合器的主要参数，当工作电压保持确定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比，CTR=（IO／IF）*100[%]）。右图是光耦合器817的Vce与发光二极管的正向电流IF以及Ic的关系。表1是光耦合器的直流参数及测试条件；表2是一些光耦合器的技术参数。
  

  图3 PC817 发光二极管正向电流电压曲线
  

  表1 光耦合器的直流参数及测试条件
  

  表2 PC817,PS2501,TLP721,TLP521,KP817光耦合器的技术参数

光耦组成的脉冲电路图原理及应用

• 光耦是由发光二极管和光敏三极管组合起来的器件，发光二极管是把输入边的电信号变换成相同规律变化的光，而光脉敏三极管是把光又重新变换成变化规律相同的电信号，因此，光起着媒介的作用。由于光电耦合器抗干扰能力强，容易完成电平匹配和转移，又不受信号源是否接地的限制。所以应用日益广泛。

  一、用光电耦合器组成的多谐振荡电路

  用光电耦合器组成的多谐振荡电路见图1。

  当图1（a）刚接通电源Ec时，由于UF随C充电而增加，直到UF≈1伏时，发光二极管达到饱和，接着三极管也饱和，输出Uo≈Ec。

  三极管饱和后，C放电（由C→F→E1→Er和由C→RF→+Ec→Re两条路径放电），uo减小，二极管在C放电到一定程度后就截止，而三极管把储存电荷全部移走后，接着也截止，uo为零。三极管截止后，电源Ec又对C充电，重复上述过程，得出图示的尖峰输出波形，其周期，为（当RF》Re时）：

  T=C（RF+Re）In2

  图1（b）是原理相同的另一种形式电路。
  

  图1、用光电耦合的多谐振荡器

  二、用光电耦合器组成的双稳态电路

  用光电耦合器组砀双稳态电路如图2所示。

  电路接通电源后的稳态是BG截止，输出高电位。在触发正脉冲作用下，ib 增加使BG进入放大状态，形成ib↑→if↑→ib↑↑,结果BG截止，这种电路比普通的触发顺具有更高的抗干扰能力。若设BG的极限电流Ic=6毫安，则R2=取为：

  R2≥(13-1)/(6×)=24欧

  限流电阻R1可按下式计算

  R1≥(E-IbmRce2min)/Ibm

  式中：Ibm是晶体管的最大基极电流，Rce2min是光敏三极管集射间的最小电阻值。
  

  图2、用光电耦合的双稳态电路

  三、用光电耦合器组成的整形电路

  由于用光电耦合器组成的脉冲耦合电路，其前后沿时间都比较大，因此在耦合器后面接一级晶体管的整形放大电路。见表一列出几种整形电路的应用实例。
  

  四、用光电耦合器组成的斩波电路

  用光电耦合器组成的斩皮电路见表二
  

如何确定光耦合器性能的好坏

• 确定光耦合器的好坏首先确定光耦合器输大端发光二极管的好坏。如图1所示，将万用表置于Rx100挡或Rx1k挡，黑表笔接发光二极管的正极，红表笔接发光二极管的负极，此时万用表显示电阻值应为几百欧。2kΩ左右，然后对调表笔再测试，阻值应接近∞，表明输入端的发光二极管是好的。如出现阻值与上述阻值相差甚远，表明发光二极管性能不良或是已经损坏。
  

  图1测试光耦合器的输入端

  测试光耦合器输出端的光敏器件，如光敏器件是光敏晶体管，将万用表置于Rx1k挡或Rx1O0挡，按图2所示的接好，黑表笔接光敏晶体管的集电极，红表笔接光敏晶体管的发射极，万用表的显示应为接近幻，交换表笔，阻值仍为∞，表明输出端的光敏晶体管是好的。如果测试的阻值与上述相差太多表明光敏晶体管性能不良或损坏。
  

  图2测试光耦合器的输出端

  如果输出端不采用光敏晶体管的其他类型光耦合器，应根据不同结构的光敏器件进行判断。