光耦合器-特性、器件、应用

什么是光耦

光耦合器是一种光电器件，其主要功能部件是光源和光电探测器，它们之间没有电连接，而是位于一个共同的密封外壳内。光耦合器的工作原理基于这样一个事实：施加到它的电信号会在发射端产生辉光，并且已经以光的形式出现，信号被光电探测器接收，在接收端启动电信号边。即，通过电子部件内的光通信来发送和接收信号。

光耦合器是最简单的光耦合器类型。它仅由发送和接收部分组成。一种更复杂的光耦合器是一种光电芯片，它包含几个连接到一个或多个匹配或放大设备的光耦合器。

因此，光耦合器是一种电子元件，它在电路中提供光信号的传输，而信号源与其接收器之间没有电耦合，因为已知光子是电中性的。

光电耦合器的结构和特点

光耦合器使用在近红外和可见光区域敏感的光电探测器，因为这部分光谱的特点是具有强烈的辐射源，无需冷却即可用作光电探测器。具有基于硅的 pn 结（二极管和晶体管）的光电探测器是通用的，它们的最大光谱灵敏度区域接近 0.8 μm。

光耦合器的主要特征是电流传输比CTR，即输入电流与输出电流之比。下一个参数是信号传输速率，实际上是光耦合器工作的截止频率 fc，与传输脉冲的上升时间 tr 和截止时间 tf 相关。最后，从电流隔离的角度表征光耦合器的参数：绝缘电阻 Riso、最大电压 Viso 和吞吐量 Cf。

输入器件是光耦合器结构的一部分，旨在为发射器 (LED) 创造最佳工作条件，将工作点转移到 I-V 特性的线性区域。

输入设备具有足够的速度和广泛的输入电流，即使在低（阈值）电流下也能保证信息传输的可靠性。光学介质位于外壳内部，光通过它从发射器传输到光电探测器。

在具有受控光通道的光耦合器中，有一个额外的控制装置，通过它可以使用电或磁手段影响光学介质的特性。在光电探测器侧，信号以高光电转换率恢复。

光电探测器侧的输出器件（例如电路中包含的光电晶体管）旨在将信号转换为标准电形式，便于在光耦合器之后的块中进一步处理。光耦合器通常不包含输入和输出设备，因此需要外部电路才能在特定设备的电路中建立正常工作。

光电耦合器的应用

光连接器应用广泛 在电流隔离电路中 各种设备的块，其中有低压和高压电路，控制电路与电源电路分开：强大的双向晶闸管和晶闸管的控制，继电器电路等。

二极管、晶体管和电阻光耦合器用于无线电工程调制和自动增益控制电路。通过暴露光通道，可以对电路进行非接触式控制并使其达到最佳运行模式。

光连接器用途广泛，用于各种行业和许多独特的功能，甚至简单地用作电流隔离和非接触式控制元件，无法一一列举。

这里只是其中的一部分：计算机、通信技术、自动化、无线电设备、自动控制系统、测量仪器、控制和调节系统、医疗技术、视觉显示设备等等。

光电耦合器的优点

在印刷电路板上使用光耦合器可以在对高低压、输入和输出电路的电阻隔离要求极高的情况下实现理想的电流隔离。例如，流行的 PC817 光耦合器的发送和接收电路之间的电压为 5000 V。此外，通过光隔离实现了约 1 pF 的极低带宽。

使用光耦合器，非接触式控制非常容易实现，同时在直接控制电路方面为独特的设计方案留有余地。此处同样重要的是，接收者对源绝对没有反应，也就是说，信息是单向传输的。

光耦合器的最宽带宽消除了低频带来的限制：在光的帮助下，您可以传输至少一个恒定的信号，甚至是一个脉冲，并且具有非常陡峭的边缘，这从根本上说是不可能使用脉冲变压器实现的。光耦合器内部的通信通道绝对不受电磁场的影响，因此信号不受干扰和捕获。最后，光耦合器与其他电子元件完全兼容。