什么是光電耦合器?其原理作用是什么?

光電產(chǎn)品是我們 現(xiàn)代 生活中必不可少的一種設(shè)備，它為我們的生活帶來了諸多的便利。光電產(chǎn)品能夠正常的使用，是離不開光電器件的。光電耦合器就是這樣一種非常重要的光電器件。

什么是光電耦合器呢?它是一種以光為主要媒介的光電轉(zhuǎn)換元件，它能夠?qū)崿F(xiàn)由光到電、再由電到光的轉(zhuǎn)化。光電耦合器又叫光電隔離器。它能夠?qū)﹄娐分械碾娦盘柈a(chǎn)生很好的隔離作用，特別是在照明的電路中，它更是能夠有效地保護(hù)電路和導(dǎo)線，使光信號和電信號互不干擾，各自進(jìn)行工作，確保了電源和光源各自的正常有序工作，具有較好的電絕緣能力和防干擾能力。生活中常見的光電耦合器有很多種類，如光電 二極管 、三極管，光敏 電阻 、光控型晶閘管，這些都屬于很不錯的光電耦合器。

光電耦合器(optical coupler，英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光電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(yīng)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(qū)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(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)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(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。

光電耦合器是一種把發(fā)光器件和光敏器件封裝在同一殼體內(nèi)， 中間通過電→光→電的轉(zhuǎn)換來傳輸電信號的半導(dǎo)體光電子器件。其中，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管。 而光敏器件的種類較多，除光電二極管外，還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。 光電耦合器可根據(jù)不同要求， 由不同種類的發(fā)光器件和光敏器件組合成許多系列的光電耦合器。

圖1顯示了一個(gè)典型的光電耦合器驅(qū)動電路。在該例中，右邊的5V副邊輸出將會被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。

比較器A1將ZDl(結(jié)點(diǎn)A)的參考電壓和通過分壓電路R7和R8的輸出電壓進(jìn)行比較，因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。

隨著光電耦合器的使用時(shí)間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅(qū)動電流裕量是很有必要的。

光電耦合器實(shí)物圖 光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。(外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等)。

基本原理

在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

光電耦合器主要由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。 光的發(fā)射部分主要由發(fā)光器件構(gòu)成，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管加上正向電壓時(shí)，能將電能轉(zhuǎn)化為光能而發(fā)光，發(fā)光二極管可以用直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動，但發(fā)光二極管在使用時(shí)必須加正向電壓。光的接收部分主要由光敏器件構(gòu)成，光敏器件一般都是光敏晶體管， 光敏晶體管是利用 PN 結(jié)在施加反向電壓時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小的原理來工作的。

光的信號放大部分主要由電子電路等構(gòu)成。發(fā)光器件的管腳為輸入端，而光敏器件的管腳為輸出端。工作時(shí)把電信號加到輸入端，使發(fā)光器件的芯體發(fā)光， 而光敏器件受光照后產(chǎn)生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實(shí)現(xiàn)電→光→電的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電路的電器隔離。由于光電耦合器輸入與輸出電路間互相隔離，且電信號在傳輸時(shí)具有單向性等優(yōu)點(diǎn)， 因而光電耦合器具有良好的抗電磁波干擾能力和電絕緣能力。

基本工作特性

1、共模抑制比很高

在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小(2pF以內(nèi))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(fā)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(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時(shí)，在一定的IF作用下，所對應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)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管輸出特性相似。其測試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對應(yīng)B、C、E極，接在儀器插座上。

3、隔離特性

1.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.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.隔離電阻Rio：(Isolation Resistance)

半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。

4、傳輸特性：

1.電流傳輸比CTR(Current Transfer Radio)

輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。

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

光電耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。

其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復(fù)述。

5、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，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于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時(shí)，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。

在電路當(dāng)中的作用是能夠?qū)﹄娐分械墓怆娺M(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對干擾進(jìn)行一定的隔離。器件在使用的過程中終究會出現(xiàn)損壞的情況，那么如何檢查光耦是否會損壞呢?

如果僅僅是一只光耦，那么檢測還是很容易的，最簡單的方法：

1、可以在板帶電的情況下，測輸入驅(qū)動波形和輸出驅(qū)動波形;

2、如果僅有輸入沒有輸出，那光耦肯定有問題;

3、如果輸入和輸出波形都有，那就說明光耦沒問題。

4、這時(shí)可以查電源和驅(qū)動信號是否正常等等。

常用檢測方法

1.更換法;

2.電壓測試法，看電壓與正常值是否一樣;

3.電阻測試法，檢查各腳的對地阻值;

4.直觀法，用眼觀察光耦的外觀有無破損;

光耦的輸入端可以看做一個(gè)發(fā)光二極管來計(jì)算。限流20mA。輸入電壓減去二極管壓降再除以20mA就是R1的阻值。R2是個(gè)純粹的上拉電阻，只要和輸出端的設(shè)備匹配并不會使光耦輸出三極管電流過大即可，一般1K-100K都可以，具體選多少，要看另一段的設(shè)備需要多少電流。

另外需要考慮的問題：

1、更換法是代換新的光耦型號;

2、電壓測試一是看光耦的資料上各腳電壓是多少，還有就是與正常的IC對比;

3、電阻與電壓測試方法實(shí)際上是差不多的。

如果是工廠測試光耦的話那就可以做一個(gè)測試架專名測試光耦那就省事，就是做一個(gè)測試電路來測試光耦這是最好的測試的方法。原裝的產(chǎn)品不良率是不會超過300PPM的。

光耦好壞的檢測方法

兩大類光耦器件的測量與檢測方法

1.第一大類型的光電耦合器件即為6N137，輸入端的工作壓降約至1.5V左右，但是輸入、輸出最大電流只為mA級別，它只能起到對較高頻率信號的一種傳輸作用，然而電路本身是不具備電流驅(qū)動能力，這樣我們就只能用于對MHz級信號進(jìn)行傳輸。此第一種類型光耦器件構(gòu)成的電路，它的傳輸?shù)男盘栴l率相對高。

2.在線測量——1、操作時(shí)去需要減小或加大的去輸入腳外接電阻，測量輸出腳電壓有沒有出現(xiàn)相應(yīng)的變化;2、可以用短接或開路2、3輸入腳，同時(shí)測量輸出6、5腳的電壓變化; 3、從+5V供電或者其它的供電串限流電阻引入到輸入腳，檢測輸出腳電壓有沒有出現(xiàn)相應(yīng)的變化。這樣來判斷器件是否正常。

3.第二大類型的光電耦合器，輸入端的工作壓減小到1.2V，輸入最大電流則為50mA，典型應(yīng)用值為須為10mA;輸出最大電流再1A上下，因此可以直接驅(qū)動小型電耦繼電器，輸出飽合壓降小到0.4V以下。可用于幾十kHz較低頻率信號和直流信號的傳輸。對于輸入電壓/電流有極性要求。當(dāng)形成正向電流通路的時(shí)候，輸出側(cè)兩引腳呈現(xiàn)通路狀態(tài)，正向電流需要小于一定值或承受一定反向電壓時(shí)，輸出側(cè)兩引腳之間為開路狀態(tài)。

光耦合的檢測方法

(1)檢測發(fā)射管當(dāng)向?qū)щ娦阅堋?/p>

用萬用表而R×1k檔測量發(fā)射管的正向電阻，當(dāng)紅，黑表筆測正，反向電阻應(yīng)有明顯的差異，二者差值越大，說明發(fā)射管單向?qū)щ娦栽胶谩Ｈ粽?，反向阻值無差別，說明發(fā)射管已經(jīng)損壞

(2)檢測接收管是否正常

因?yàn)楣怦詈系慕邮辗绞讲槐M相同，所以測試時(shí)應(yīng)針對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量和判斷。測量接收管時(shí)，應(yīng)按測試三極管的方法進(jìn)行測量。即用萬用表R×1k擋或R×100擋分別測量接收管的集電極與發(fā)射極的正，反向電阻，均應(yīng)有單向?qū)ǖ奶匦?。另外，也要檢查一下集電極C和發(fā)射極之間的電阻值，以判斷穿透電流的大小。

(3)測量發(fā)射極與集電極之間的絕緣電阻。

用萬用表的R×10k擋，依次測量輸入端的兩腳與輸出端各引腳的電阻值都是無窮大。發(fā)射管與接收管之間不應(yīng)有漏電阻存在。

雙萬用表測量法

測電路如圖所示，表1和表2均設(shè)置于R×100擋。先不接一表，只將2表的黑表筆接5腳，紅表筆接4腳此時(shí)接收管處于在截止?fàn)顟B(tài)，表2電阻讀數(shù)無窮大。然后將表1接入，黑表筆接1腳，紅表筆接2腳。此時(shí)，表2的電阻值應(yīng)有幾百歐的電阻，表明接收管已經(jīng)導(dǎo)通。從表2指針擺動幅度可判斷出被測光耦合器電流傳送比的大小。表2的指針偏轉(zhuǎn)的角度越大​​，說明光耦合器的CTR值越高。如果表2指針根本不擺動，說明光耦合器已經(jīng)損壞。如是數(shù)字萬用表可看讀數(shù)的變化。