光電隔離器是隔離器的一種，它是把發(fā)光器件與光敏接受器件集成在一起，或用一根光導(dǎo)纖維把兩部分連接起來的器件。通常發(fā)光器件為發(fā)光二極管（LED），光接受器件為光敏晶體管等。加在發(fā)光器件上的電信號為耦合器的輸入信號，接受器件輸出的信號為隔離器的輸出信號。當(dāng)有輸入信號加在光電隔離器的輸入端時(shí)，發(fā)光器件發(fā)光，光敏管受光照射產(chǎn)生光電流，使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，于是實(shí)現(xiàn)了光電的傳輸和轉(zhuǎn)換。其主要特點(diǎn)是以光為媒介實(shí)現(xiàn)電信號的傳輸，而且器件的輸入和輸出之間在電氣上完全是絕緣的。

常見光電隔離電路圖（一）

停電報(bào)警器

其電氣原理圖如圖4所示。本裝置利用的光電隔離器的型號為4N25。該電路主要由兩部分組成。即交流電檢測部分和音頻振蕩器部分組成。平時(shí)，市電經(jīng)D1整流，C1濾波，得到約300V的直流電壓，此直流電一路經(jīng)R1使有電指示燈發(fā)光，另一路經(jīng)R2送入4N25的輸入端，使發(fā)光二極管發(fā)光，被光敏三極管接收而導(dǎo)通，集電極輸出低電平，使T1、T2構(gòu)成的音頻振蕩器和LED2均不工作。當(dāng)電網(wǎng)突然停電，C1兩端的電壓消失，有電指示燈LED1熄滅，4N25的發(fā)光二極管也熄滅，使其光敏三極管截止，T1導(dǎo)通，音頻振蕩器起振，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)停電指示燈也閃閃發(fā)光，直到斷開開關(guān)K或電網(wǎng)再來電為止。

常見光電隔離電路圖（二）

數(shù)字傳輸隔離器

其電氣原理如圖5所示。此裝置采用的光電隔離器為VICT22型。它可以在兩個(gè)數(shù)字電路之間提供完全的電氣隔離。低至+4V的輸入信號也能使輸出狀態(tài)改變，且電路能夠承受高達(dá)+100V的輸入峰值電壓而不擊穿，T1、T2組成電流穩(wěn)定器，把通過光電隔離器輸入端回路的電流限制在7mA。穩(wěn)壓二極管D2提供基準(zhǔn)參考電壓，限定通過R2的電流。當(dāng)輸入信號點(diǎn)亮光電耦合器的發(fā)光二極管時(shí)，輸出就改變狀態(tài)。

常見光電隔離電路圖（三）

計(jì)算機(jī)外部設(shè)備互連

電路電氣原理如圖6所示。為了防止強(qiáng)電干擾及其它干擾信號通過I/O控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，通常的辦法是先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離，使計(jì)算機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)。當(dāng)計(jì)算機(jī)輸出的信號為高電平時(shí)，經(jīng)非門74LS04反相后，加到光電耦合器G中，發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒有光發(fā)出，這時(shí)三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管上的電源電壓。當(dāng)控制信號為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理，可將光電隔離器用于信息的輸入電路中。

常見光電隔離電路圖（四）

隔離要求信號通過隔離阻障傳輸，不能有直接電氣連接。常用的非接觸式信號傳輸器件有發(fā)光二極管（LED）、電容、電感等。此類器件的基本原理即是最常見的三種隔離技術(shù)：光電、電容、及電感耦合。LED能在通電時(shí)發(fā)光。光電隔離利用LED與光電探測設(shè)備實(shí)現(xiàn)隔離阻障，通過光來傳輸信號。

光電隔離電路

光電探測設(shè)備接受LED發(fā)出的光信號，再將其轉(zhuǎn)換成原始電信號。光電隔離是最常用的隔離方法。使用光電隔離的優(yōu)勢是能夠避免電氣與磁場噪聲。而缺點(diǎn)則是傳輸速度受限于LED的轉(zhuǎn)換速度、高功率散射及LED磨損。

常見光電隔離電路圖（五）

RS485電路總體上可以分為隔離型與非隔離型。隔離型比非隔離型在抗干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都有更出色的表現(xiàn)，但有一些場合也可以用非隔離型。 我們就先講一下非隔離型的典型電路，非隔離型的電路非常簡單，只需一個(gè)RS485芯片直接與MCU的串行通訊口和一個(gè)I/O控制口連接就可以。如圖1所示：

圖1、典型485通信電路圖（非隔離型）

當(dāng)然，上圖并不是完整的485通信電路圖，我們還需要在A線上加一個(gè)4.7K的上拉偏置電阻；在B線上加一個(gè)4.7K的下拉偏置電阻。中間的R16是匹配電阻，一般是120Ω，當(dāng)然這個(gè)具體要看你傳輸用的線纜。（匹配電阻：485整個(gè)通訊系統(tǒng)中，為了系統(tǒng)的傳輸穩(wěn)定性，我們一般會在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)加匹配電阻。所以我們一般在設(shè)計(jì)的時(shí)候，會在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置一個(gè)可跳線的120Ω電阻，至于用還是不用，由現(xiàn)場人員來設(shè)定。當(dāng)然，具體怎么區(qū)分第一個(gè)節(jié)點(diǎn)還是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，還得有待現(xiàn)場的專家們來解答。TVS我們一般選用6.8V的，這個(gè)我們會在后面進(jìn)一步的講解。

常見光電隔離電路圖（六）

光耦亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器。

完成了大功率開關(guān)電源主回路設(shè)計(jì)，該電路采用的是全橋拓?fù)浣?jīng)過高頻變壓器轉(zhuǎn)換再整流，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是三相進(jìn)線15V/6KA輸出。其中，主回路的保護(hù)設(shè)計(jì)及報(bào)警設(shè)計(jì)是必不可少的。我首先想到的是，通過單片機(jī)輸出控制繼電器動作，而且由于抗干擾的要求，我必須通過光耦隔離。光耦隔離繼電器保護(hù)電路設(shè)計(jì)應(yīng)需而生。

主要電路設(shè)計(jì)如下圖：

該繼電保護(hù)主要隔離應(yīng)用的是TI公司生產(chǎn)的TIL117光耦芯片。該芯片無需供電，通過光耦二極管上拉15V電源輸出15mA即可正常工作，有效隔離了輸出側(cè)對主回路的電磁影響。

另外該電路還有一個(gè)+24V供電電源，大部分繼電器設(shè)計(jì)的時(shí)候都需要24V，該電源設(shè)計(jì)圖如下：

該電路主要的穩(wěn)壓芯片采用的是生產(chǎn)設(shè)計(jì)的UA7824芯片，該芯片輸入電壓可調(diào)范圍寬，穩(wěn)壓性能好，功耗低價(jià)格低廉。在繼電器電路設(shè)計(jì)的圖紙中，穩(wěn)壓電源我大部分是用的這個(gè)芯片。

常見光電隔離電路圖（七）

光電耦合器件把發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，以光為媒介，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離。光電耦合是一種簡單有效的隔離技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)在于破壞了“地”干擾的傳播途徑，切斷了干擾信號進(jìn)入后續(xù)電路的途徑，有效地抑制了尖脈沖和各種噪聲干擾。電流傳輸比是光電耦合器件性能的一個(gè)重要標(biāo)志，定義為輸出電流與輸入電流的比值。

光電耦合器的工作特性

TLP521-2光電耦合器是由兩個(gè)單獨(dú)的光電耦合器組成。一般來講，光電耦合器由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏器件構(gòu)成。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度L與電流成正比，當(dāng)電流增大到引起結(jié)溫升高時(shí)，發(fā)光二極管呈飽和狀態(tài)，不再在線性工作區(qū)。光電二極管的光電流與光照度的關(guān)系可用IL∝Eu表述。其中，E為光照度，u=1±0.05，因此，光電流基本上隨照度而線性增大。但一般硅光電二極管的光電流是幾十微安，對于光敏三極管，由于其放大系數(shù)與集電極電流大小有關(guān)，小電流時(shí)，放大系數(shù)小，所以光敏三極管在低照度時(shí)靈敏度低，而在照度高時(shí)，光電流又呈飽和趨勢。達(dá)不到線性效果。

因?yàn)椴煌墓怆婑詈掀饔胁煌墓ぷ骶€性區(qū)，所以，在試驗(yàn)過程中，應(yīng)該首先找到光電耦合器的線性區(qū)。光電耦合器TLP521-2的電流線性區(qū)大約為1～10mA。光電耦合器的偏置輸入電路可以決定輸入它的電流的范圍，偏置電路設(shè)計(jì)的好，可以使得輸入電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，光電耦合器依然工作在線性區(qū)。

光耦隔離和驅(qū)動電路圖