光耦的作用及工作原理視頻光耦原理及作用 _生活經驗

【光耦的作用及工作原理視頻光耦原理及作用】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信號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，受光器接受光線之后就產生光電流，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信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優點，在數字電路上獲得廣泛的應用。

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

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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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（LED），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信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。又由于光耦合器的輸入端屬于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，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，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：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出信號對輸入端無

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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，現已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR）、儀器儀表、通信設備及微機接口中。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。

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檢測示意圖非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬于非線性光耦。
線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，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，有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現寄生振蕩，使數千赫的振蕩頻率被數十到數百赫的低頻振蕩依次為號調制。由此產生的后果是對彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產生干擾。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是不適合用于開關電源中的，因為這4種光耦均屬于非線性光耦。
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：
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，施密特觸發輸出型，三態門電路輸出型等。
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

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光耦等。⑷按傳輸信號分，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）。
⑸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）。
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（一般光學膠灌封低于5000V，空封低于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（一般大于30V）。
結構特點光電耦合的主要特點如下：

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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于10000MΩ，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。
2.由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出信號也不會影響輸入端。
3.由于發光器件（砷化鎵紅外二極管）是阻抗電流驅動性器件，而噪音是一種高內阻微電流電壓信號。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并消除噪音。
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、耐沖擊。
性能特點光耦合器的主要優點是單向傳輸信號，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。它廣泛用于電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR）、儀器儀表、通信設備及微機接口中。由于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?。?它所能提供的電流并不大，不易使半導體二極管發光；由于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?。ㄔ技父鰌F）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一個用于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管和光敏三極管組成，當發光二極管接通而發光，光敏三級管導通，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管導通，如果輸入信號太小，發光二極管不會導通，其輸出信號將失真。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。

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光纖耦合器光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降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，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。
電流傳輸比是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。采用一只光敏三極管的光耦合器， CTR的范圍大多為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，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數與晶體管的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信號。線性光耦合器的CTR-IF特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF)很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號，能使輸出與輸入之間呈線性關系。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（Isocom）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。鑒于此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數字信號（高、低電平），可以用于單片機的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數。
技術參數光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降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，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。
電流傳輸比是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流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（Isocom）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。鑒于此類光耦合器呈現開關特性，其線性度差，適宜傳輸數字信號（高、低電平），可以用于單片機的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數。

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