光耦合器是一種電子元件，通過光敏光學(xué)接口將兩個獨(dú)立的電路互連。

我們從關(guān)于變壓器的教程中了解到它們不僅可以提供降壓（或升壓）電壓，而且還可以在初級側(cè)的較高電壓和次級側(cè)的較低電壓之間提供“電氣隔離”。

In換句話說，變壓器使用電磁耦合將初級輸入電壓與次級輸出電壓隔離，這是通過在其疊層鐵芯內(nèi)循環(huán)的磁通量來實現(xiàn)的。

但我們也可以通過使用一種非常普通且有價值的電子元件光電耦合器來僅使用光源在輸入源和輸出負(fù)載之間提供電氣隔離。

光耦合器的基本設(shè)計，也稱為光隔離器，由一個產(chǎn)生紅外線和半光的LED組成。導(dǎo)體光敏器件，用于檢測發(fā)射的紅外光束。 LED和光敏器件均采用不透光的機(jī)身或封裝，帶有金屬支腳，用于電氣連接，如圖所示。

光耦合器或光隔離器由發(fā)光器，LED和光敏接收器，可以是單個光電二極管，光電晶體管，光電阻器，光電可控硅或光電三極管，光耦合器的基本操作非常易于理解。

光電晶體管光電耦合器

假設(shè)光電晶體管器件如圖所示。來自源信號的電流通過輸入LED，其發(fā)出紅外光，其強(qiáng)度與電信號成比例。

這發(fā)出的光落在光電晶體管的基極上，導(dǎo)致其切換-ON和以類似于普通雙極晶體管的方式導(dǎo)通。

光電晶體管的基極連接可以保持開路（未連接），以便對LED紅外光能量的最大靈敏度或連接到通過合適的外部高阻值電阻接地，以控制開關(guān)靈敏度，使其更加穩(wěn)定，并能抵抗外部電噪聲或電壓瞬變引起的誤觸發(fā)。

當(dāng)流過LED的電流中斷時，infra-紅色發(fā)射光被截止，導(dǎo)致光電晶體管停止導(dǎo)通。光電晶體管可用于切換輸出電路中的電流。 LED和光敏器件的光譜響應(yīng)緊密匹配，由透明介質(zhì)如玻璃，塑料或空氣隔開。由于光耦合器的輸入和輸出之間沒有直接電氣連接，因此可實現(xiàn)高達(dá)10kV的電氣隔離。

光耦合器有四種通用類型，每種類型都有一個紅外LED光源但具有不同的光敏器件。四個光電耦合器稱為：光電晶體管， Photo-darlington ， Photo-SCR 和光電三端雙向可控硅如下所示。

光耦合器類型

光電晶體管和照片達(dá)林頓器件主要用于直流電路，而光可控硅和光三端雙向可控硅可以控制交流供電電路。還有許多其他類型的源 - 傳感器組合，例如LED光電二極管，LED激光器，燈 - 光敏電阻器對，反射和開槽光電耦合器。

可以使用單個組件構(gòu)建簡單的自制光電耦合器。如圖所示，將Led和光電晶體管插入剛性塑料管中或封裝在熱縮管中。這種自制光耦合器的優(yōu)勢在于可以將管材切割成您想要的任何長度，甚至可以彎曲角落。顯然，具有反射內(nèi)部的管道將比深黑色管道更有效。

自制光耦合器

光耦合器應(yīng)用

光耦合器和光隔離器可以單獨(dú)使用，也可以切換一系列其他較大的電子設(shè)備，如晶體管和三端雙向可控硅開關(guān)，在較低的電壓控制信號之間提供所需的電氣隔離，例如來自Arduino或微控制器，以及更高的電壓或電源電流輸出信號。

光耦合器的常見應(yīng)用包括微處理器輸入/輸出切換，直流和交流電源控制，PC通信，信號隔離傳輸?shù)碾娦盘柨梢允?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬（線性）或數(shù)字（脈沖）。

在此應(yīng)用中，光耦合器用于檢測操作開關(guān)或其他類型的數(shù)字輸入信號。如果檢測到的開關(guān)或信號在電噪聲環(huán)境中，這將非常有用。輸出可用于操作外部電路，燈或作為PC或微處理器的輸入。

光電晶體管DC開關(guān)

此示例中，外部連接的270kΩ電阻用于控制光電晶體管基極區(qū)的靈敏度?？梢赃x擇電阻器的值以適合所選擇的光耦合器器件和所需的開關(guān)靈敏度。電容器可以阻止任何不必要的尖峰或瞬變誤觸發(fā)光電晶體管基座。

除了檢測直流信號和數(shù)據(jù)外，還提供光電三端雙向可控硅隔離器，允許交流供電設(shè)備和電源燈受控。光耦合三端雙向可控硅開關(guān)（如MOC 3020）的額定電壓約為400伏特，非常適合直接電源連接和最大約100mA的電流。對于更高功率的負(fù)載，光電三端雙向可控硅可用于通過限流電阻向另一個較大的三端雙向可控硅開關(guān)提供柵極脈沖，如圖所示。

三端雙向可控硅開關(guān)元件應(yīng)用

這種類型的光耦合器配置構(gòu)成了一個非常簡單的固態(tài)繼電器應(yīng)用的基礎(chǔ)，可用于控制任何交流電源供電的負(fù)載，如燈和電機(jī)。與晶閘管（SCR）不同，三端雙向可控硅開關(guān)能夠在電源交流周期的兩半進(jìn)行導(dǎo)通，具有過零檢測功能，允許負(fù)載在切換感性負(fù)載時接收全功率，而不會產(chǎn)生很大的浪涌電流。

光耦合器和光隔離器是一款出色的電子設(shè)備，可通過PC的輸出端口，數(shù)字開關(guān)或低壓數(shù)據(jù)控制功率晶體管和三端雙向可控硅等器件來自邏輯門的信號。光耦合器的主要優(yōu)點是它們在輸入和輸出端子之間具有高電氣隔離，允許相對較小的數(shù)字信號控制大得多的交流電壓，電流和功率。

光耦合器可用于DC和使用光電耦合器的交流信號利用SCR（晶閘管）或三端雙向可控硅開關(guān)作為光電檢測設(shè)備，主要用于交流電源控制應(yīng)用。光電可控硅和光三端雙向可控硅的主要優(yōu)點是可以完全隔離交流電源線上的任何噪聲或電壓尖峰，以及正弦波形的過零檢測，從而減少開關(guān)和浪涌電流，保護(hù)所使用的任何功率半導(dǎo)體來自熱應(yīng)力和沖擊。