什么是光耦及其工作原理？

什么是光耦及其工作原理?

如果你曾经拆开任何一个手机充电器或开关电源，你会发现一些很小的黑色IC封装，引脚数量不寻常，大多为4或6个，都有SMD和通孔两种。更不寻常的是，这些部件通常被发现在隔离槽和缝隙上，这使得它们的用途更加神秘。

这些组件称为光电耦合器或光隔离器或者干脆视光它们在电路的隔离部分之间传递信号起着至关重要的作用。他们用光在电路之间传递信号。

什么是光耦及其工作原理

正如我们已经了解到的晶体管，一个理想的晶体管将不允许任何电流通过，如果基脚不触发。但是，如果你小心地去盖一个普通的分立晶体管，并在集电极和发射极引线上施加电压，你会注意到仍然有微小的电流流过!这是因为光照在暴露的晶体管芯片底部。

这意味着光子实际上能够撞击掺杂半导体材料中的空穴和电子。这就引出了一些非常有趣的可能性，第一种是光晶体管，基本上是一种没有基极引线的双端晶体管。它们看起来很像二极管，而且包装清晰。在这里，光作为基极电流。光电二极管以非常相似的方式工作;它们根据照射到它们身上的光的多少来改变它们的“阻力”。

光电二极管和晶体管被用在像近距离传感器这样的东西上，根据照射在这些设备上的光的量来检测这些设备上电压或电流的微小变化。

如果我们能把一个LED和一个光电晶体管放在一个封闭的管里，来自LED的光(当然，假设它是正确驱动的)将照亮光电晶体管的“基座”并使其导电。这给我们留下了一个可以控制开关元件而不需要任何物理接触的装置!这样的设备已经存在，正如您所猜测的，它是光耦!

光耦输入和输出

光耦合器有许多不同的形状、尺寸和速度(稍后将讨论)，但大多数具有相同的基本特性-二极管输入和开关元件输出。

这种二极管和其他LED很相似，只是你看不见光线(首先是因为它装在一个密封的塑料包装中，其次是因为它主要是红外的)。它要求驱动的电流和电压与普通LED要求的相同，即几伏和几十毫安。

下面的动画将帮助您理解工作。这里使用的光耦是MCT2E公司光电晶体管IC。如你所见，LED的逻辑输入控制晶体管的输出。在这个集成电路中，输出端由晶体管组成，但在任何情况下都必须如此。

光电晶体管的输出端有点有趣，因为它通常由NPN型晶体管组成，如上图所示，但有时它也可以是SCR或TRIAC，有时甚至是完全逻辑兼容的输出!

要记住的一件大事是，由于基极基本上是由光驱动的，所以“基极电流”非常非常非常低——你不能期望这些类型的晶体管完全饱和，而且由于基极电流很小，上升和下降的时间通常慢得可怜，就像我从艰难的道路上学到的那样。当然，逻辑输出(和匹配的速度)光是可用的，但需要一个单独的电源输出侧。

光输出的好处是，由于它与输入端完全电流隔离，所以它可以在任何电压下浮动——或者换句话说，它就像一个浮动的“开关”，虽然不是一个很好的开关。

例如，你可以把晶体管的输出放在低边，并在集电极上加上一个拉高，这样当二极管被点亮时，晶体管就会把集电极拉低。你也可以把晶体管放在高边，在发射极和输出地之间加一个电阻，这样当输入变高时，发射极的输出也会很高。

但请注意，由于基极驱动的限制，大多数普通的光电管都有很高的饱和电压，有时在1伏左右!

由于其速度慢，常规的光被用作电源反馈回路的一部分，并附加了完全隔离的好处。

正如你可能已经猜到的，光电管不能做变压器能提供的电力。虽然变压器可以为隔离的电路供电，但用目前的技术，我们不能通过光有效地传输电力。

但是光电管做的是变压器不能做的事情——在电路之间传递信号非常高效和迅速，而不需要单独的驱动器。我们可以把一个光电管的输入直接连接到一个微控制器的引脚上，但是对于信号转换器，我们不能这样做!

实用光耦建议

对于所有“慢”的目的，即几千赫兹的信号，我建议使用PC817型，一种非常常见的单光器件，采用DIP4或SMD封装。向输入端提供至少5mA。

对于更高的速度，我推荐TLP117，它有一个反向的逻辑输出，但在输出端需要5V电源。我得到了10微秒的脉冲，应该可以告诉你它的速度!

虽然阅读整个数据表似乎无关紧要，但最好还是实际操作。

其他光耦合器件

基于同样的技术，我们发现了一系列有用的设备-光SCR和光三位一体。光三端集成电路通常被称为固态继电器或SSL。它们基本上就像普通的继电器一样，但是使用光来触发热侧双向晶闸管，这比继电器线圈消耗的电流要少得多。

一个缺点是半导体器件容易发生故障短路，而机电式继电器则失效断开。在关键应用程序中，这是需要记住的。

光开关 另一方面，通常用于从隔离信号触发大功率SCR。

审核编辑：汤梓红