光耦

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 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體（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。由於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。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介面器件，可以大大提高計算機工作的可靠性。

又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。

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 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，現已廣泛用於電氣絕緣、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、脈衝放大電路、數字儀錶、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR）、儀器儀錶、通信設備及微機介面中。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，實現信號接收轉移。

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。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合於開關信號的傳輸，不適合於傳輸模擬量。常用的4N系列光耦屬於非線性光耦。

線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，並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製。由此產生的後果是對彩電，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是不適合用於開關電源中的，因為這4種光耦均屬於非線性光耦。

由於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，其中包括光敏二極體輸出型，光敏三極體輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。

b、NPN三極體輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。

c、達林頓三極體輸出型，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（導通電阻小於10Ω）。

g、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。

h, 光敏電阻型（通過光，控制輸出電阻，輸出電阻可以雙向，可以交流，改變了PC817之類只能一個方向的不便，純電阻材料，無極性輸出，如LCR－0202）

如右圖，可以在運放中隨意改變放大倍數！

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

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，寬頻型，單電源型，雙電源型等）。

⑸按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極體、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極體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（一般光學膠灌封低於5000V，空封低於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（一般大於30V）。

光電耦合的主要特點如下：

1.輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大於10000MΩ，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。

2.由於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.由於發光器件（砷化鎵紅外二極體）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並消除噪音。

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毫秒甚至微秒級。

6.無觸點、壽命長、體積小、耐衝擊。

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。它廣泛用於電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR）、儀器儀錶、通信設備及微機介面中。由於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小，它所能提供的電流並不大，不易使半導體二極體發光；由於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）、隔離電容很小（約幾個pF）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於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體和光敏三極體組成，當發光二極體接通而發光，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體導通，如果輸入信號太小，發光二極體不會導通，其輸出信號將失真。在開關電源，尤其是數字開關電源中。

採用一隻光敏三極體的光耦合器，CTR的範圍大多為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，後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)很接近於直流電流傳輸比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係。這是其重要特性。

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

一、輸入特性

光耦合器的輸入特性實際也就是其內部發光二極體的特性。常見的參數有：

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=20mA來測試正向工作電壓，當然不同的LED，測試條件和測試結果也會不一樣。

2. 反向電壓Vr（Reverse Voltage ）

是指LED所能承受的最大反向電壓，超過此反向電壓，可能會損壞LED。在使用交流脈衝驅動LED時，要特別注意不要超過反向電壓。

3. 反向電流Ir（Reverse Current）

通常指在最大反向電壓情況下，流過LED的反向電流。

4. 允許功耗Pd（Maximum Power Dissipation）

LED所能承受的最大功耗值。超過此功耗，可能會損壞LED。

5. 中心波長λp（Peak Wave Length）

是指LED所發出光的中心波長值。波長直接決定光的顏色，對於雙色或多色LED，會有幾個不同的中心波長值。

6. 正向工作電流If（Forward Current）

If是指LED正常發光時所流過的正向電流值。不同的LED，其允許流過的最大電流也會不一樣。

7. 正向脈衝工作電流Ifp（Peak Forward Current）

Ifp是指流過 LED的正向脈衝電流值。為保證壽命，通常會採用脈衝形式來驅動LED，通常LED規格書中給中的Ifp是以0.1ms脈衝寬度，占空比為1/10的脈衝電流來計算的。

二、輸出特性

光耦合器的輸出特性實際也就是其內部光敏三極體的特性，與普通的三極體類似。常見的參數有：

1. 集電極電流Ic（Collector Current）

光敏三極體集電極所流過的電流，通常表示其最大值。

2. 集電極-發射極電壓Vceo（C-E Voltage）

集電極-發射極所能承受的電壓。

3. 發射極-集電極電壓Veco（E-C Voltage）

發射極-集電極所能承受的電壓

4. 反向截止電流Iceo

5. C-E飽和電壓Vce(sat)（C-E Saturation Voltage）

四、傳輸特性：

1．電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）

2．上升時間Tr （Rise Time）& 下降時間Tf（Fall Time）

其它參數諸如工作溫度、耗散功率等不再一一敷述。

三、隔離特性

1．入出間隔離電壓Vio（Isolation Voltage）

光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。

2．入出間隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：

光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值

3．入出間隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）

半導體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。

光耦合器的技術參數主要有發光二極體正向壓降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。當輸出電壓保持恆定時，它等於直流輸出電流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FAIRCHILD生產的4N××系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，在國內應用地十分普遍。可以用於單片機的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合係數。

以下為光電耦合器的常用參數：

反向電流IR：在被測管兩端加規定反向工作電壓VR時，二極體中流過的電流。

反向擊穿電壓VBR：被測管通過的反向電流IR為規定值時，在兩極間所產生的電壓降。

正向壓降VF：二極體通過的正向電流為規定值時，正負極之間所產生的電壓降。

正向電流IF：在被測管兩端加一定的正向電壓時二極體中流過的電流。結電容CJ：在規定偏壓下，被測管兩端的電容值。

反向擊穿電壓V(BR)CEO：發光二極體開路，集電極電流IC為規定值，集電極與發射集間的電壓降。

輸出飽和壓降VCE(sat)：發光二極體工作電流IF和集電極電流IC為規定值時，並保持IC/IF≤CTRmin時（CTRmin在被測管技術條件中規定）集電極與發射極之間的電壓降。

反向截止電流ICEO：發光二極體開路，集電極至發射極間的電壓為規定值時，流過集電極的電流為反向截止電流。

電流傳輸比CTR：輸出管的工作電壓為規定值時，輸出電流和發光二極體正向電流之比為電流傳輸比CTR。

脈衝上升時間tr,下降時間tf：光耦合器在規定工作條件下，發光二極體輸入規定電流IFP的脈衝波，輸出端管則輸出相應的脈衝波，從輸出脈衝前沿幅度的10%到90%，所需時間為脈衝上升時間tr。從輸出脈衝后沿幅度的90%到10%，所需時間為脈衝下降時間tf。

傳輸延遲時間tPHL,tPLH：從輸入脈衝前沿幅度的50%到輸出脈衝電平下降到1.5V時所需時間為傳輸延遲時間tPHL。從輸入脈衝后沿幅度的50%到輸出脈衝電平上升到1.5V時所需時間為傳輸延遲時間tPLH。

入出間隔離電容CIO：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值。

入出間隔離電阻RIO：半導體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。

入出間隔離電壓VIO：光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值.

各家光耦供應商的CTR分檔規則是不同的。

列如：

對輸入、輸出電信號起隔離作用，又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。

1、光耦合器的電流傳輸比（CTR）的允許範圍是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生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發，影響正常輸出。2、若用放大器電路去驅動光電耦合器，必須精心設計，保證它能夠補償耦合器的溫度不穩定性和漂移。

2、推薦採用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。

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生一個用於進一步控制下一級電路的電壓，是單片機進行閉環調節控制，對電源輸出起到穩壓的作用。

為了徹底阻斷干擾信號進入系統，不僅信號通路要隔離，而且輸入或輸出電路與系統的電源也要隔離，即這些電路分別使用相互獨立的隔離電源。對於共模干擾，採用隔離技術，即利用變壓器或線性光電耦合器，將輸入地與輸出地斷開，使干擾沒有迴路而被抑制。在開關電源中，光電耦合器是一個是非常重要的外圍器件，設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計，並對變換器進行閉環穩壓調節。

由於光耦種類繁多，結構獨特，優點突出，因而其應用十分廣泛，主要應用以下場合：

⑴ 在邏輯電路上的應用

⑵ 作為固體開關應用

⑶ 在觸發電路上的應用

⑷ 在脈衝放大電路中的應用

光電耦合器應用於數字電路，可以將脈衝信號進行放大。

⑸ 在線性電路上的應用

⑹ 特殊場合的應用。

線性光耦合器的選取原則

在設計光耦反饋式開關電源時必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數，選取原則如下：

①光耦合器的電流傳輸比（CTR）的允許範圍是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

②推薦採用線性光耦合器，其特點是CTR值能夠在一定範圍內做線性調整。

③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。鑒於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），因此不推薦用在開關電源中。

3 線性光耦合器應用舉例

多路輸出式電源變換器電路如圖3所示。其輸入電壓為36V到90V的准方波電壓，三路輸出分別為： UO1=+5V(2A），UO2=+15V(0.17A），UO3=－15V(0.17A）。現將UO1定為主輸出，其電壓調整率SV=±0.4%；UO2和UO3為輔輸出，總電源效率可達75%～80%。電路中採用一片TOP104Y型三端單片開關電源集成電路。主輸出繞組電壓經過VD2、C2、L1和C3整流濾波后，得到+5V電壓。VD2採用MBR735型35V/7.5A肖特基二極體。兩個輔輸出繞組及輸出電路完全呈對稱結構。因為±15V輸出電流較小，故整流管VD4和VD5均採用UF4002型100V/1A的超快恢復二極體。由線性光耦CNY17-2和可調式精密並聯穩壓器TL431C構成光耦反饋式精密開關電源，可以對+5V電壓進行精密調整。反饋繞組電壓通過VD3、C4整流濾波后，得到12V反饋電壓。由 P6KE120型瞬態電壓抑制器和UF4002型超快恢復二極體構成的漏極鉗位保護電路，能吸收由高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓，保護晶元內部的功率場效應管MOSFET不受損壞。

? 外部誤差放大器由TL431C組成。當+5V輸出電壓升高時，經R3、R4分壓后得到的取樣電壓，就與TL431C中的2.5V帶隙基準電壓進行比較，使其陰極電位降低，LED的工作電流IF增大，再通過線性光耦IC2（CNY17-2）使控制端電流IC增大，TOP104Y的輸出占空比減小，使UO1維持不變，達到穩壓目的。+5V穩壓值UO1則由TL431C、光耦中的LED正向壓降來設定。R1是LED的限流電阻。誤差放大器的頻率響應由C5、R2 和C6來決定。C5的作用有三個：濾除控制端上的尖峰電壓；決定自動重啟動頻率；與R2一起對控制迴路進行補償。

用數字萬用表的二極體測量檔，紅表筆接光耦的“1”腳，黑表筆接光耦的“2”腳（即使光耦的發光 二極體正嚮導通）此時萬用表顯示大約是0.981V，紅表筆接光耦的“3”腳，黑表筆接光耦的“4”腳，此時萬用表顯示大約是0.700V，證明光耦是好的。

光耦隔離就是採用光耦合器進行隔離，光耦合器的結構相當於把發光二極體和光敏（三極）管封裝在一起。發光二極體把輸入的電信號轉換為光信號傳給光敏管轉換為電信號輸出，由於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。只要光耦合器質量好，電路參數設計合理，一般故障少見。如果系統中出現異常，使輸入、輸出兩側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。

可以認為是一個發光二極體和一個光電二極體或三極體封裝到一起。可以實現信號的完全電氣隔離。在信號採集系統中廣泛採用。

光耦是通電使發光二極體發光，光敏二極體接受光導通的器件。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，具體參數搜索一下即可光偶隔離器的缺點是尺寸太大。

1、共模抑制比很高

在光電耦合器內部，由於發光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內）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之間的關係，當IF=0時，發光二極體不發光，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。IC與IF之間的變化成線性關係，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體輸出特性相似。

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用

在發光二極體上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發光二極體上，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於開關狀態，傳輸脈衝信號。在傳輸脈衝信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。

光耦以光信號為媒介來實現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。對於既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分的工業應用測控系統，採用光耦隔離可以很好地實現弱電和強電的隔離，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光耦直接用於隔離傳輸模擬量時，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介面設計問題。

1：光電耦合器非線性的克服

光電耦合器的輸入端是發光二極體，因此，它的輸入特性可用發光二極體的伏安特性來表示；輸出端是光敏三極體，因此光敏三極體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。

另一種模擬量傳輸的解決方法，就是採用VFC（電壓頻率轉換）方式。現場變送器輸出模擬量信號（假設電壓信號），電壓頻率轉換器將變送器送來的電壓信號轉換成脈衝序列，通過光耦隔離後送出。在主機側，通過一個頻率電壓轉換電路將脈衝序列還原成模擬信號。此時，相當於光耦隔離的是數字量，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

當採用光耦隔離數字信號進行控制系統設計時，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度，往往成為系統最大數據傳輸速率的決定因素。在許多匯流排式結構的工業測控系統中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時不降低通訊波特率，我們不得不採用高速光耦來實現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，導致設計成本提高。這裡介紹兩種方法來提

高普通光耦的開關速度。由於光耦自身存在的分佈電容，對傳輸速度造成影響，光敏三極體內部存在著分佈電容Cbe和Cce。由於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，由於分佈電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳輸延時也越長。

用2隻光電耦合器T1，T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關速度。當脈衝上升為“1”電平時，T1截止，T2導通。相反，當脈衝為“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於單個光電耦合器的頻率特性。

此外，在光敏三極體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據傳輸速率提高10倍左右。

3：光耦的功率介面設計

微機測控系統中，經常要用到功率介面電路，以便於驅動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種介面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，提高功率介面的抗干擾能力，是保證工業自動化裝置正常運行的關鍵。

就抗干擾設計而言，很多場合下，既能採用光電耦合器隔離驅動，也能採用繼電器隔離驅動。一般情況下，對於那些響應速度要求不很高的啟停操作，我們採用繼電器隔離來設計功率介面；對於響應時間要求很快的控制系統，採用光電耦合器進行功率介面電路設計。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，同時採用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率驅動介面電路設計，可以達到簡化電路設計，降低散熱的目的。

對於交流負載，可以採用光電可控硅驅動器進行隔離驅動設計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅動器，特點是耐壓高，驅動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅動。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，用於限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用於觸發功率雙向可控硅。當需要對輸出功率進行控制時，可以採用光電雙向可控硅驅動器，例如MOC3010。

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。調節RP，3、4間腳電阻發生變化，說明該器件是好的。註：不能用R×10k檔，否則導致發射管擊穿。2、簡易測試電路，當接通電源后，LED不發光，按下SB，LED會發光，調節RP、LED的發光強度會發生變化，說明被測光電耦合器是好的。

由於光耦種類繁多，結構獨特，優點突出，因而其應用十分廣泛，主要應用以下場合：

⑴在邏輯電路上的應用

⑵作為固體開關應用

⑶在觸發電路上的應用

⑷在脈衝放大電路中的應用

光電耦合器應用於數字電路，可以將脈衝信號進行放大。

⑸在線性電路上的應用

⑹特殊場合的應用

日本光電耦合器的市場雖不太大，但卻以40%的年增長率增大，其主要原因是每一個程序控制器里都要用到20～30個甚至更多的光電耦合器。光電耦合器已顯示出一種超大容量和高速度方向發展的明顯趨勢。美、日兩國生產的光電耦合器以紅外發光二極體和光敏器件管組成的器件為主，該類器件大約佔整個美、日兩國生產的全部光電耦合器的60%左右。因為這種類型的器件不僅電流傳輸效率高（一般為7～30%），而且響應速度比較快（2～5μs），因而能夠滿足大多數應用場合要求。日本橫河電機公司用GaAsP紅外發光二極體作輸入端，PIN光電二極體作接收端製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的4N25、4N26、4N27型光電耦合器屬於三極體輸出型光電耦合器[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，而開關時間只有幾微秒。

在日本電氣公司（NEC）生產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，它採用砷鋁鎵紅外發光二極體和硅光電晶體管組合而成，並將其封裝4×4.4×2立方毫米的體積之內，其響應速度為10μs。而PS2041和PS2042型光電耦合器則是將砷鋁鎵發光二極體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。

中國國內有關單位投入大量人力物力也研究和開發了各種光電耦合器件。如上海半導體器件八廠、上海無線電十七廠等。而重慶光電技術研究所為了適應市場需要研製出了一種由高速響應發光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益電耦合器。這種光電耦合器的輸入端由兩隻GaAIAs側面發光管組成，其輸出端由兩隻Si—PIN光電探測器以及兩個高速高增益線性放大電路組成。除此之外，重慶光電技術研究所還研製出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號光電耦合器、GG2060I型高壓脈衝測量光電耦合器、GH1204U型高壓光傳輸光電耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光電耦合器等。

用作固體繼電器

採用光電耦合器作固體繼電器具有體積小、耦合密切、驅動功率小、動作速度快、工作溫度範圍寬等優點。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於將輸入的電信號Vi變成光電耦合器內發光二極體發光的光信號；而右半部分電路則通過光電耦合器內的光敏三極體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合轉換器件。光電耦合器的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅動電流在8～20mA之間。在實際使用中，由於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象，也不會因受外力或機械衝擊而引起誤動作。所以，它的性能比較可靠，工作十分穩定。

在電話保安裝置中應用

為了防止電話線路被並機竊用或電話機被盜用通話，可以利用光電耦合器來設計一個簡單實用的電話保安電路，由VD1～VD4組成極性轉換電路。由於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。

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晶元中損耗掉一部分功率，並可能造成某些失真。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經三極體BG1、BG2前級放大之後，驅動光電耦合器左邊的LED發光，並被右邊的光敏管全部吸收並轉換成電信號，此信號經后級電路BG3放大，並由該管的發射極通過電容器C3后輸出一個不失真的放大信號V0。由於該電路將前後兩級放大器之間完全隔離，因而杜絕了地環路可能引起的干擾。同時由於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。

在邏輯電路上的應用

光電耦合器可以構成各種邏輯電路，由於光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的邏輯電路更可靠。

作為固體開關應用

在開關電路中，往往要求控制電路和開關之間要有很好的電隔離，對於一般的電子開關來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現。

在觸發電路上的應用

將光電耦合器用於雙穩態輸出電路，由於可以把發光二極體分別串入兩管發射極迴路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。

脈衝放大電路中的應用

光電耦合器應用於數字電路，可以將脈衝信號進行放大。

在線性電路上的應用

線性光電耦合器應用於線性電路中，具有較高地線性度以及優良地電隔離性能。

特殊場合的應用

光電耦合器還可應用於高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用於A/D電路等多種場合。