光耦合器类型教程应用

光耦合器是一种电子元件，通过光敏光学接口将两个独立的电路互连。

我们从关于变压器的教程中了解到它们不仅可以提供降压（或升压）电压，而且还可以在初级侧的较高电压和次级侧的较低电压之间提供“电气隔离”。

In换句话说，变压器使用电磁耦合将初级输入电压与次级输出电压隔离，这是通过在其叠层铁芯内循环的磁通量来实现的。

但我们也可以通过使用一种非常普通且有价值的电子元件光电耦合器来仅使用光源在输入源和输出负载之间提供电气隔离。

光耦合器的基本设计，也称为光隔离器，由一个产生红外线和半光的LED组成。导体光敏器件，用于检测发射的红外光束。 LED和光敏器件均采用不透光的机身或封装，带有金属支脚，用于电气连接，如图所示。

光耦合器或光隔离器由发光器，LED和光敏接收器，可以是单个光电二极管，光电晶体管，光电阻器，光电可控硅或光电三极管，光耦合器的基本操作非常易于理解。

光电晶体管光电耦合器

假设光电晶体管器件如图所示。来自源信号的电流通过输入LED，其发出红外光，其强度与电信号成比例。

这发出的光落在光电晶体管的基极上，导致其切换-ON和以类似于普通双极晶体管的方式导通。

光电晶体管的基极连接可以保持开路（未连接），以便对LED红外光能量的最大灵敏度或连接到通过合适的外部高阻值电阻接地，以控制开关灵敏度，使其更加稳定，并能抵抗外部电噪声或电压瞬变引起的误触发。

当流过LED的电流中断时，infra-红色发射光被截止，导致光电晶体管停止导通。光电晶体管可用于切换输出电路中的电流。 LED和光敏器件的光谱响应紧密匹配，由透明介质如玻璃，塑料或空气隔开。由于光耦合器的输入和输出之间没有直接电气连接，因此可实现高达10kV的电气隔离。

光耦合器有四种通用类型，每种类型都有一个红外LED光源但具有不同的光敏器件。四个光电耦合器称为：光电晶体管， Photo-darlington ， Photo-SCR 和光电三端双向可控硅如下所示。

光耦合器类型

光电晶体管和照片达林顿器件主要用于直流电路，而光可控硅和光三端双向可控硅可以控制交流供电电路。还有许多其他类型的源 - 传感器组合，例如LED光电二极管，LED激光器，灯 - 光敏电阻器对，反射和开槽光电耦合器。

可以使用单个组件构建简单的自制光电耦合器。如图所示，将Led和光电晶体管插入刚性塑料管中或封装在热缩管中。这种自制光耦合器的优势在于可以将管材切割成您想要的任何长度，甚至可以弯曲角落。显然，具有反射内部的管道将比深黑色管道更有效。

自制光耦合器

光耦合器应用

光耦合器和光隔离器可以单独使用，也可以切换一系列其他较大的电子设备，如晶体管和三端双向可控硅开关，在较低的电压控制信号之间提供所需的电气隔离，例如来自Arduino或微控制器，以及更高的电压或电源电流输出信号。

光耦合器的常见应用包括微处理器输入/输出切换，直流和交流电源控制，PC通信，信号隔离传输的电信号可以是模拟（线性）或数字（脉冲）。

在此应用中，光耦合器用于检测操作开关或其他类型的数字输入信号。如果检测到的开关或信号在电噪声环境中，这将非常有用。输出可用于操作外部电路，灯或作为PC或微处理器的输入。

光电晶体管DC开关

此示例中，外部连接的270kΩ电阻用于控制光电晶体管基极区的灵敏度。可以选择电阻器的值以适合所选择的光耦合器器件和所需的开关灵敏度。电容器可以阻止任何不必要的尖峰或瞬变误触发光电晶体管基座。

除了检测直流信号和数据外，还提供光电三端双向可控硅隔离器，允许交流供电设备和电源灯受控。光耦合三端双向可控硅开关（如MOC 3020）的额定电压约为400伏特，非常适合直接电源连接和最大约100mA的电流。对于更高功率的负载，光电三端双向可控硅可用于通过限流电阻向另一个较大的三端双向可控硅开关提供栅极脉冲，如图所示。

三端双向可控硅开关元件应用

这种类型的光耦合器配置构成了一个非常简单的固态继电器应用的基础，可用于控制任何交流电源供电的负载，如灯和电机。与晶闸管（SCR）不同，三端双向可控硅开关能够在电源交流周期的两半进行导通，具有过零检测功能，允许负载在切换感性负载时接收全功率，而不会产生很大的浪涌电流。

光耦合器和光隔离器是一款出色的电子设备，可通过PC的输出端口，数字开关或低压数据控制功率晶体管和三端双向可控硅等器件来自逻辑门的信号。光耦合器的主要优点是它们在输入和输出端子之间具有高电气隔离，允许相对较小的数字信号控制大得多的交流电压，电流和功率。

光耦合器可用于DC和使用光电耦合器的交流信号利用SCR（晶闸管）或三端双向可控硅开关作为光电检测设备，主要用于交流电源控制应用。光电可控硅和光三端双向可控硅的主要优点是可以完全隔离交流电源线上的任何噪声或电压尖峰，以及正弦波形的过零检测，从而减少开关和浪涌电流，保护所使用的任何功率半导体来自热应力和冲击。