新手光耦入門必讀上篇

一、引言

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為發光二極體，受光器為光敏二極體、光敏三極體等等。

二、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。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。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，可以大大增加計算機工作的可靠性。

1.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。

好壞判斷

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。

實用技巧

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

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

　　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。