深入淺出談光耦

光電耦合器(opticalcoupler，英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器或光耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出光線，光敏三極管接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。

光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，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(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)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(jī)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(dá)到精密穩(wěn)壓目的。

在光耦電路設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)參數(shù)常常被人忽視，需要格外注意，

一個(gè)是反向電壓Vr(Reverse Voltage )，是指原邊發(fā)光二極管所能承受的最大反向電壓，超過此反向電壓，可能會(huì)損壞LED。而一般光耦中，這個(gè)參數(shù)只有5V左右，在存在反壓或振蕩的條件下使用時(shí)，要特別注意不要超過反向電壓。如，在使用交流脈沖驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，需要增加保護(hù)電路。

另外一個(gè)參數(shù)是光耦的電流傳輸比(current transfer ratio，簡(jiǎn)稱CTR),是指在直流工作條件下，光耦的輸出電流與輸入電流之間的比值。光耦的CTR類似于三極管的電流放大倍數(shù)，是光耦的一個(gè)極為重要的參數(shù)，它取決于光耦的輸入電流和輸出電流值及電耦的電源電壓值，這幾個(gè)參數(shù)共同決定了光耦工作在放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)，其計(jì)算方法與三極管工作狀態(tài)計(jì)算方法類似。若輸入電流、輸出電流、電流傳輸比設(shè)計(jì)搭配不合理，可能導(dǎo)致電路不能工作在預(yù)想的工作狀態(tài)。

除上述兩個(gè)參數(shù)外，光耦還有幾個(gè)參數(shù)是比較重要的，如：

1)正向工作電壓Vf(Forward Voltage)，Vf是指在給定的工作電流下，LED本身的壓降。常見的小功率LED通常以If=10mA來測(cè)試正向工作電壓，當(dāng)然不同的LED，測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果也會(huì)不一樣。

2)集電極電流Ic(Collector Current)光敏三極管集電極所流過的電流，通常表示其最大值。

3)C-E飽和電壓Vce(sat)(C-E Saturation Voltage)，即光敏三極管的集電極-發(fā)射極飽和壓降。

4)上升時(shí)間Tr (Rise Time) 下降時(shí)間Tf(Fall Time)，其定義與典型測(cè)試方法如下圖所示，它們反映了工作在開關(guān)狀態(tài)的光耦，其開關(guān)速度情況。