光耦合器的基礎知識

光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光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(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)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(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。

1.光耦合器的主要優(yōu)點

?????? 信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，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(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)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(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。

?????? 十幾年來，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，滿足了各種光控制的要求。其應用范圍已擴展到計測儀器，精密儀器，工業(yè)用電子儀器，計算機及其外部設備、通信機、信號機和道路情報系統(tǒng)，電力機械等領域。這里側重介紹該器件的工作特性，驅動和輸出電路及部分實際應用電路。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領域大為拓寬。下面分別介紹光耦合器的工作原理及檢測方法。

2. 光耦合器的性能及類型

?????? 用于傳遞模擬信號的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發(fā)光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻小（約10Ω），對高內阻源的噪聲相當于被短接。因此，由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。?

?????? 事實上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無實用價值。究其原因主要有兩點：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù)β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此，在實際應用中，除應選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實現(xiàn)模擬信號隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態(tài)的影響。

?????? 從光耦合器的轉移特性與溫度的關系可以看出，若使光耦合器構成的模擬隔離電路穩(wěn)定實用，則應盡量消除暗電流（ICBO）的影響，以提高線性度，做到靜態(tài)工作點IFQ隨溫度的變化而自動調整，以使輸出信號保持對稱性，使輸入信號的動態(tài)范圍隨溫度變化而自動變化，以抵消β值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。