光耦合器（opTIcal coupler，英文简写为OC）亦称光学隔离器，通称光电耦合器。是一种把发亮部件和感光元器件封裝在同一外壳内，正中间根据电→光→电的变换来传递信号的半导体材料光电器件。用以传送脉冲信号的光耦合器的发亮元器件为二极管、光信号接收器为光敏三极管。当有工作电流根据发光二极管时，便产生一个灯源，该灯源照射光敏三极管表层上，使光敏三极管造成集电结电流量，该电流量的尺寸与阳光照射的高低，亦即穿过二极管的正面工作电流的多少正相关。因为光耦合器的键入端和輸出端中间根据光信号灯不亮来传送，因此两部位中间在电气设备上彻底防护，沒有电子信号的报告和影响，故特性平稳，抗干扰性强。发光二极管和感光管中间的滤波电容小（2pf上下）、抗压高（2.5KV上下），故共模抑制比很高。键入和輸出间的电隔离度在于两一部分供电系统开关电源间的接地电阻。除此之外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内电阻源的噪音等同于被接线。因而，由光耦合器组成的脉冲信号防护电源电路具备良好的电器设备特性。

　　

　　光电耦合器的性能参数：

　　键入特点

　　光耦合器的键入特点具体也就是其內部发光二极管的特点。普遍的主要参数有：

　　1. 正方向工作标准电压Vf（Forward Voltage）

　　Vf就是指在给出的工作中电流量下，LED自身的损耗。普遍的小输出功率LED一般以If=20mA来检测正方向工作标准电压，自然不一样的LED，检测标准和检测效果也会不一样。

　　2. 反方向工作电压Vr（Reverse Voltage ）

　　就是指LED能够承担的最高逆向工作电压，超出此反方向工作电压，很有可能会毁坏LED.在应用沟通交流单脉冲推动LED时，要需注意不必超出反方向工作电压。

　　3. 反方向电流量Ir（Reverse Current）

　　一般指在较大逆向工作电压状况下，穿过LED的方向电流量。

　　4. 容许功能损耗Pd（Maximum Power DissipaTIon）

　　LED能够承担的最高功能损耗值。超出此功能损耗，很有可能会毁坏LED.

　　5. 管理中心光波长λp（Peak Wave Length）

　　就是指LED所传出光的核心光波长值。光波长立即决策光的颜色，针对两色或混色LED，会有哪些不一样的核心光波长值。

　　6. 正方向工作中电流量If（Forward Current）

　　If就是指LED一切正常发亮时需穿过的正方向电流。不一样的LED，其容许穿过的最大的电流量也会不一样。

　　7. 正方向单脉冲工作中电流量Ifp（Peak Forward Current）

　　Ifp就是指穿过LED的正方向浪涌电流值。为确保使用寿命，一般 会选用单脉冲方式来推动LED，一般LED说明书中给中的Ifp是以0.1ms脉冲宽度，pwm占空比为1/10的浪涌电流来估算的。

　　

　　频率特性

　　光耦合器的频率特性具体也就是其內部光敏三极管的特点，与一般的三极管相近。普遍的主要参数有：

　　1. 集电结电流量Ic（Collector Current）

　　光敏三极管集电结所穿过的电流量，一般表明其最高值。

　　2. 集电结-发射极工作电压Vceo（C-E Voltage）

　　集电结-发射极能够承担的工作电压。

　　3. 发射极-集电结工作电压Veco（E-C Voltage）

　　发射极-集电结能够承担的工作电压

　　4. 反方向截至电流量Iceo

　　5. C-E饱和状态工作电压Vce（sat）（C-E SaturaTIon Voltage）

　　防护特点

　　1.入出间防护工作电压Vio（IsolaTIon Voltage）

　　光耦合器键入端和輸出端中间绝缘层抗压值。

　　2.入出间防护电容器Cio（Isolation Capacitance）：

　　光耦合器件键入端和輸出端中间的电容器值

　　3.入出间防护电阻器Rio：（Isolation Resistance）

　　半导体材料光耦合器键入端和輸出端中间的接地电阻值。

　　传送特点：

　　1.电流量传送比CTR（Current Transfer Radio）

　　2.增益值Tr （Rise Time）& 上升幅度Tf（Fall Time）

　　其他主要参数例如操作温度、损耗输出功率等不会再一一敷述。

　　光耦合器的性能参数具体有发光二极管正方向损耗VF、正方向电流量IF、电流量传送比CTR、键入级与輸出级中间的接地电阻、集电结-发射极反方向击穿电压V（BR）CEO、集电结-发射极饱和状态损耗VCE（sat）。除此之外，在传送模拟信号时还需考虑到增益值、上升幅度、时间延迟和储存時间等主要参数。

　　电流量传送比为光耦合器的主要主要参数，一般用直流电流传送比以表明。当输出电压维持稳定时，它相当于直流电輸出电流量IC与直流电键入电流量IF的百分数。

　　应用光耦合器主要是为了能给予键入电源电路和输入输出电源电路间的防护，在制定电源电路时，务必遵循以下标准：所选择的光耦合器件务必合乎中国和国际性的相关防护击穿电压的规范；由美国埃索柯姆（Isocom）企业、英国FAIRCHILD生产制造的4N××系列产品（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，在我国运用地十分广泛。能够用以单片机设计的輸出防护；所选择的光电耦合器元器件务必具备较高的耦合系数。

　　

　　下列为光耦合器的常见主要参数：

　　反方向电流量IR：在被测管两边加要求反方向工作标准电压VR时，二极管中穿过的电流量。

　　反方向击穿电压VBR：被测管根据的方向电流量IR为标准值时，在磁极间所造成的电流。

　　正方向损耗VF：二极管根据的正面电流量为标准值时，正负中间所造成的电流。

　　正方向电流量IF：在被测管两边加一定的顺向工作电压时二极管中穿过的电流量。结电容CJ：在要求偏压下，被测管两边的电容器值。

　　反方向击穿电压V（BR）CEO：发光二极管引路，集电结电流量IC为标准值，集电结与发送集间的电流。

　　輸出饱和状态损耗VCE（sat）：发光二极管工作中电流量IF和集电结电流量IC为标准值时，并维持IC/IF≤CTRmin时（CTRmin在被测管技术性标准中要求）集电结与发射极相互间的电流。

　　反方向截至电流量ICEO：发光二极管引路，集电结至发射极间的工作电压为标准值时，穿过集电结的工作电流为反方向截至电流量。

　　电流量传送比CTR［2］：输出管的工作标准电压为标准值时，輸出电流量和发光二极管正方向电流量之之比电流量传送比CTR.

　　单脉冲增益值tr，上升幅度tf：光耦合器在要求工作中情况下，发光二极管键入要求电流量IFP的脉冲信号波，輸出端管则导出相对应的脉冲信号波，从輸出脉冲前沿力度的10%到90%，所需的时间为单脉冲增益值tr.从輸出脉冲后沿力度的90%到10%，所需的时间为单脉冲上升幅度tf.

　　传送时间延迟tPHL，tPLH：从键入脉冲前沿力度的50%到輸出单脉冲脉冲信号降低到1.5V时需需的时间为传送时间延迟tPHL.从键入脉冲后沿力度的50%到輸出单脉冲脉冲信号升高到1.5V时需需的时间为传送时间延迟tPLH.

　　入出间防护电容器CIO：光耦合器件键入端和輸出端中间的电容器值。

　　入出间防护电阻器RIO：半导体材料光耦合器键入端和輸出端中间的接地电阻值。

　　入出间防护工作电压VIO：光耦合器键入端和輸出端中间绝缘层抗压值。

　　以光为载体把键入端数据信号藕合到輸出端光耦合器，因为它具备体型小、使用寿命长、无触点开关，抗干扰性强，輸出和键入中间绝缘层，单边传送数据信号等优势，在模拟电路上得到普遍的运用。

　　有关光电耦合器的应用：

　　1、光耦合器的电流量传送比（CTR）的容许标准是50%～200%。这主要是因为当CTR《50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流（IF》5.0mA），才可以一切正常操纵片式开关电源电路IC的pwm占空比，这会扩大光电耦合器的功能损耗。若CTR》200%，在起动线路或是当负荷产生转变时，有可能将片式开关电源电路误开启，危害一切正常輸出。

　　2、若用放大器电路去推动光耦合器，务必精心策划，确保它可以赔偿光纤耦合器的溫度多变性和飘移。

　　3、强烈推荐选用线形光耦合器，其优点是CTR值可以在一定区域内做线形调节。以上采用的光耦合器时工作中在线形方法下，在光耦合器的输进端加操纵工作电压，在輸出端会成占比地造成一个用以进一步操纵下一级电源电路的工作电压，是单片机设计开展闭环控制控制操纵，对开关电源輸出具有稳压管的功效。

　　为了更好地完全阻隔电磁干扰进到系统软件，不但转录因子要防护，并且键入或輸出电路与系统的开关电源也需要防护，即这种电源电路各自应用互不相关的隔离电源。针对共模干扰，选用隔离技术，即运用变电器或线形光耦合器，将输入地与输出地断掉，使影响沒有控制回路而被抑止。在开关电源电路中，光耦合器是一个是十分关键的外场元器件，设计师能够完全的使用它的I/O隔离作用对51单片机开展抗干扰性设计方案，并对SPWM开展闭环控制稳压管调整。

　　光电耦合器的运用方法：

　　光耦合器可依据不一样规定，由不一样品种的发亮部件和感光元器件组成很多系类的光耦合器。现阶段使用最广的是发光二极管和光敏三极管组成的光耦合器，其构造如图所示1a所显示。

　　光电耦合器以光信号灯不亮为载体来完成信号的藕合与传送，键入与輸出在电气设备上彻底防护，具备抗干扰能力强的特性。针对既涉及弱电安装操纵一部分，又包含弱电操纵部位的工业生产运用自动控制系统，选用光耦隔离能够非常好地完成弱电安装和弱电的防护，做到抗干扰性目地。可是，应用光耦隔离必须考虑到下面一些难题：

　　① 光电耦合器立即用以防护传送模拟量输入时，要考虑到光电耦合器的离散系统难题；

　　② 光耦隔离传送数据量时，要考虑到光电耦合器的响应时间难题；

　　③ 假如輸出有输出功率规定得话，还得考虑到光电耦合器的输出功率接口设计难题。

　　1 光耦合器离散系统的摆脱

　　光耦合器的键入端是发光二极管，因而，它的键入特点可以用发光二极管的光电流特点来表明，如图所示1b所显示；輸出端是光敏三极管，因而光敏三极管的光电流特点便是它的频率特性，如图所示1c所显示。由图由此可见，光耦合器存有着离散系统工作中地区，立即用于传送模拟量输入时精密度较弱。

　　

　　解决方案之一，运用2个具备同样离散系统传送性能的光耦合器，T1和T2，及其2个射极跟随器A1和A2构成，如图所示2所显示。假如T1和T2是同样同批号的光耦合器，能够觉得她们的离散系统传送特点是完全一致的，即K1（I1）=K2（I1），则放大仪的电压增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=（R3/R2）［K1（I1）/K2（I1）］=R3/R2。不难看出，运用T1和T2电流量传送性能的对称，运用意见反馈基本原理，能够有效的赔偿她们原先的离散系统。

　　

　　另一种模拟量输入传送的解决方案，便是选用VFC（工作电压頻率变换）方法，如图所示3所显示。当场智能变送器輸出模拟量输入数据信号（假定工作电压数据信号），工作电压頻率转化器将智能变送器送过来的电流讯号转化成矩形脉冲，根据光耦隔离后送出去。在服务器侧，根据一个頻率工作电压变换线路将矩形脉冲转变成脉冲信号。这时，等同于光耦隔离的是数据量，能够清除光电耦合器离散系统的危害。这也是一种合理、简便易行的模拟量输入传输技术。

　　

　　自然，还可以挑选线性光耦开展设计方案，如高精密线性光耦TIL300，快速线性光耦6N135/6N136。线性光耦一般价格对比一般光电耦合器高，可是方便使用，设计方案简易；伴随着元器件价钱的降低，应用线性光耦将是发展趋势。

　　2 提升光耦合器的传输速率

　　当选用光耦隔离模拟信号开展自动控制系统设计方案时，光耦合器的传递特点，即传输速率，通常变成系统软件较大数据信息传输率的影响要素。在很多系统总线式构造的工业生产自动控制系统中，为了更好地预防各控制模块中间的互相影响，与此同时不减少通信串口波特率，大家必须选用高速光耦来完成控制模块中间的互相防护。常见的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。可是，高速光耦价钱非常高，造成 设计方案成本费提升。这儿讲解2种办法来增强一般光电耦合器的按钮速率。

　　因为光电耦合器本身具有的分布电容，对传输速率导致危害，光敏三极管內部具有着分布电容Cbe和Cce，如图所示4所显示。因为光电耦合器的电流量传送较为低，其集电结负载电阻不可以过小，不然输出电压的摆幅就得到了限定。可是，负载电阻又不能过大，负载电阻RL越大，因为分布电容的存有，光耦合器的频率特点就越差，传送延迟也越长。

　　

　　用2只光耦合器T1，T2连接成相辅相成推挽电路式电源电路，能够提升光电耦合器的按钮速率，如图所示5所显示。当单脉冲升高为“1”电平常，T1截至，T2通断。反过来，当单脉冲为“0”电平常，T1通断，T2截至。这类相辅相成推挽电路式电源电路的频率特点大大的好于单独光耦合器的频率特点。

　　

　　除此之外，在光敏三极管的感光基极上提升正集成运放电路，那样能够进一步提高光耦合器的按钮速率。如图所示6所显示电源电路，根据提升一个晶体三极管，四个电阻器和一个电容器，试验证实，这一电源电路能够将光电耦合器的最高数据信息传输速度提升10倍上下。

　　

　　3 光电耦合器的输出功率接口设计

　　微型机自动控制系统中，常常要使用输出功率通信接口，便于于推动多种类型的负荷，如直流电交流伺服电机、伺服电机、各种各样继电器等。这类通信接口一般具备带负荷工作能力强、輸出电流量大、工作标准电压高的特性。工程项目实践活动说明，提升输出功率插口的抗干扰性，是确保工控自动化设备常规运作的重要。

　　就抗干扰性设计方案来讲，许多场所下，大家既能选用光耦合器防护推动，也可以选用汽车继电器防护推动。一般状况下，针对这些响应时间规定不很高的起停实际操作，大家选用汽车继电器防护设计制作输出功率插口；针对响应速度规定迅速的自动控制系统，大家选用光耦合器开展输出功率通信接口设计方案。这是由于汽车继电器的回应时间延迟需几十ms，而光耦合器的时间延迟一般都是在10us以内，与此同时选用新式、处理速度高、方便使用的光耦合器开展输出功率推动通信接口设计方案，能够做到简单化电路原理，减少排热的目地。

　　图7是选用光耦合器防护推动直流电负荷的经典电源电路。由于一般光耦合器的电流量传送比CRT十分小，因此一般要用三极管对輸出电流量开展变大，还可以同时选用达林顿管型光耦合器（见图8）来取代一般光电耦合器T1。比如东芝公司的4N30。针对功率规定更多的场所，能够采用达林顿管晶体三极管来取代一般三极管，比如ULN2800髙压大电流量达林顿管三极管列阵产品系列，它的输入输出电流量和输出电压各自做到500mA和50V。

　　

　　针对沟通交流负荷，能够选用光学晶闸管控制器开展防护推动设计方案，比如TLP541G，4N39。光学晶闸管控制器，特性是抗压高，工作电压并不大，当沟通交流负荷电流量较钟头，能够同时用它来推动，如图所示9所显示。当负荷电流量过大时，能够外接输出功率双向可控硅，如图所示10所示。在其中，R1为功率电阻，用以限定光学晶闸管的电流量；R2为藕合电阻器，其上的分压电路用以开启输出功率双向可控硅。

　　

　　当必须对功率开展操纵时，能够选用光学双向可控硅控制器，比如MOC3010。图11为沟通交流可控性光耦电路，来源于微型机的操控数据信号 历经光学双向可控硅控制器T1防护，操纵双向可控硅T2的通断，完成沟通交流负荷的输出功率操纵。

　　

　　图12为交流电輸出直流电可控性电源电路。来源于微型机的操控数据信号 历经光学双向可控硅控制器防护，操纵晶闸管桥式整流电源电路通断，完成沟通交流一直流的输出功率操纵。此电源电路早已运用在咱们试验室研发的新式电机控制系统机器设备中，实际效果优良。

　　

　　光电耦合器的运用：

　　因为光电耦合器类型多种多样，构造与众不同，优势突显，因此其运用十分普遍，关键运用下列场所：

　　⑴ 在时序逻辑电路上的运用

　　⑵ 做为固态电源开关运用

　　⑶ 在开启电源电路上的运用

　　⑷ 在单脉冲运算放大器中的运用光耦合器运用于数字电路设计，能够将脉冲开展变大。

　　⑸ 在线性电路上的运用

　　⑹ 独特场所的运用。

　　线形光耦合器的选择标准

　　在设计方案光电耦合器意见反馈式开关电源电路时需要合理挑选线形光耦合器的规格及主要参数，选择标准以下：

　　①光耦合器的电流量传送比（CTR）的容许标准是50%～200%。这主要是因为当CTR《50%时，光电耦合器中的LED就必须很大的工作中电流量

　　②建议选用线形光耦合器，其优点是CTR值可以在一定区域内做线形调节。

　　③由美国埃索柯姆（Isocom）企业、英国摩托罗拉公司制造的4N××系列产品（如4N25 、4N26、4N35）光耦合器，在我国运用地十分广泛。由于该类光耦合器展现电源开关特点，其线性差，适合传送模拟信号（高、低电频），因而不强烈推荐用在开关电源电路中。

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