深入了解光耦合器：工作原理、特性与应用场景解析

光耦合器（Optocoupler），也称为光电耦合器或光隔离器，是一种电子器件，用于隔离两个电路，通常一个是输入端（光电发射器），另一个是输出端（光电接收器）。它利用光的传输来实现输入和输出之间的隔离，从而防止输入端的电流、电压或信号直接影响到输出端，提供了电隔离和信号隔离的功能。输入的电信号驱动LED发出一定波长的光，光被光接收器接收，产生光电流，放大后输出。这个过程实现了电-光-电之间的转换，从而光耦起到了输入、输出和隔离的作用。由于光耦合器的输入和输出之间相互隔离以及电信号的单向特性，使得光耦合器具有良好的电气绝缘性和抗干扰能力。 

光耦合器基本特性

1. 高共模抑制比

在光耦合器内部，由于发光管与光接收器之间的耦合电容很小（2pF以内），共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流影响很小，因此共模输入电压对输出电流的影响很小，因此模抑制比非常高。

2、输出特性

光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管施加的偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系。当IF=0时，发光二极管不发光。此时光敏晶体管的电极输出电流称为暗电流，一般较小。当IF>0时，在一定IF的作用下，对应的IC基本与VCE无关。IC与IF的变化呈线性关系，用半导体管特性图仪器测得的光耦的输出特性与普通晶体管的输出特性相似。

3、隔离特性

(1) 隔离电压(Vio)

光耦输入与输出之间的绝缘耐压值。

(2) 隔离电容(Cio)

指光耦输入端和输出端之间的电容值。

(3) 隔离电阻（Rio）

指光耦输入端和输出端之间的电阻值。

4、传输特性

(1)电流传输比(CTR)

当输出管的工作电压为规定值时，输出电流与LED正向电流的比值称为电流传输比。

(2) 上升时间和下降时间

在规定的工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅值的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需的时间就是脉冲下降时间。

光耦合器工作原理

下面道合顺 将详细阐述光耦的工作原理。

电信号加到光耦合器的输入端，使发光源发光。光的强度取决于激发电流的大小。光线照射到封装好的光接收器上后，由于光电效应而产生光电流，由光接收器输出。将端子引出，实现电-光-电之间的转换。

光耦合器主要由光发射、光接收、信号放大三部分组成。发光部分主要由发光器件组成，发光器件一般为发光二极管。当发光二极管施加正向电压时，它可以将电能转化为光能并发光。发光二极管可以采用直流、交流、脉冲等多种电源驱动。但它们必须与正向电压一起使用。受光部分主要由光敏器件组成，一般为光电晶体管。光电晶体管利用了当施加反向电压时，PN结的反向电阻在光照射下由大变小的原理。

光耦合器应用

1、调整开关电源电压

我们知道，作为开关电源，其电路中光耦的功率是从高频变压器的次级电压获得的。一旦由于各种原因导致输出电压降低，反馈电流就会相应增大，占空比也会相应增大，导致输出电压升高；如果输出电压升高，电流就会减小，占空比就会减小，从而导致输出电压降低。一旦高频变压器次级负载过载或开关电路故障，光电耦合器就没有电源。此时光耦控制开关电路不起振，最终保护开关管不被击穿、烧毁。因此，光耦在开关电源中起着隔离、提供反馈信号、开关三种作用。

下图是由光耦PC817和稳压二极管组成的开关电源电路。有些开关电源还会与TL431一起组成精度更高的电路。注意，这种光耦合器一般是线性光耦合器。

2、光耦作为交流及其他负载中的开关

由于光耦合器具有单向传输，且输入端与输出端电气隔离，输出信号对输入端没有影响，因此广泛应用于各种隔离电路中。对于电力电子来说，常与双向可控硅一起组成抗干扰能力强的隔离电路，如下图所示。注意加大限流电阻，并在输出负载上并联RC吸收电路或压敏电阻，有助于保护负载。 

3. 过零检测

过零可以通过多种方式实现，包括串联两个二极管或通过光耦合器转换。如下图所示，采用两个光耦，交流输入，两个光耦反并联。在负半周期，两个光耦分别导通。当市电不在过零点时，只有一个光耦导通。此时，输出较低。当市电转至过零点时，两个光耦合器均关闭。此时，由于R3的作用，该引脚输出高电平，从而在输出端得到周期为10ms的脉冲信号。由于该电路由光耦隔离，因此该过零检测电路比串联二极管的电路更安全。

4. 其他应用

除了上述三种电路外，光耦合器还可以用于其他电路，包括触发电路、逻辑电路、脉冲放大电路等。

什么是高速光耦？

高速光耦合器（High-speed optocoupler）是一种用于隔离电路中的器件，能够将输入端的光信号转换为输出端的电信号，并且在转换过程中具有较高的传输速度。它通常由发光二极管（LED）和光敏二极管（光电二极管或光电晶体管）组成。

这种类型的光耦合器在需要高速数据传输和隔离的应用中特别有用。例如，在工业控制、通信设备、医疗设备和汽车电子系统等领域，高速光耦合器可以用于隔离高频信号、数字信号或模拟信号，以保护电路免受电气噪声、地线环路等干扰，并提供安全隔离。

高速光耦合器通常具有以下特点：

1. 快速响应时间：能够快速地将输入端的光信号转换为输出端的电信号，以满足高速数据传输的要求。

2. 宽带宽：具有较大的带宽，可以传输宽频率范围内的信号。

3. 低延迟：传输过程中的延迟较低，有助于提高系统的实时性和性能。

4. 高隔离性能：能够有效地隔离输入端和输出端之间的电气信号，保护电路免受干扰和损坏。

5. 稳定性和可靠性：具有良好的温度稳定性和长期可靠性，适用于各种工作环境和条件下的应用。