什么是光耦合器，作為 PCB 設(shè)計(jì)師、工程師或愛好者，您可以使用各種開關(guān)、繼電器和耦合器來定制您的 PCB。由于市場上有所有PCB 組件和選項(xiàng)，因此很難決定哪種最適合您的項(xiàng)目。

例如，您可能想知道光耦合器的作用以及它與任何其他繼電器的不同之處。這是以下指南希望闡明的內(nèi)容。在其中，我們將探討光耦合器、其各種類型以及它如何使您和您的項(xiàng)目受益。  

什么是光耦合器

光耦合器有很多名稱。您可以將其稱為光隔離器、光耦合器、光耦合器、光隔離器或光耦合器。有些人甚至可能將它們稱為選項(xiàng)。然而，光耦合器是集成電子元件。通常，最基本的類型包括帶有四個(gè)銷的矩形主體。每個(gè)引腳都是一個(gè)子組件。第一個(gè)引腳是陽極，第二個(gè)是陰極，第三個(gè)是集電極，第四個(gè)是發(fā)射極。

LTV-816 1 通道光隔離器

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此外，在靠近第一個(gè)引腳的主體拐角處有一個(gè)圓形凹痕。它使我們能夠識(shí)別不同的引腳。正文還包含一些帶有光耦合器部件號(hào)的文本。因此，我們使用它來識(shí)別光耦合器的類型并查找制造商的數(shù)據(jù)表。 

然而，光耦合器本質(zhì)上是一個(gè)固態(tài)繼電器，將兩個(gè)獨(dú)立的電子電路互連。第一個(gè)電路將連接前兩個(gè)引腳（引腳 1 和 2），而第二個(gè)電路將連接到最后兩個(gè)引腳（引腳 3 和 4）。這允許第一電路控制第二電路。 

由于其外觀，很容易將光耦合器與集成電路/微芯片 ( IC ) 混淆。對(duì)于 TRIAC 光耦合器尤其如此。

白色背景中的電子微芯片

光耦合器如何工作？

我們可以使用光耦合器在兩個(gè)隔離電路之間傳輸電子信號(hào)。這是其更重要的屬性之一。有時(shí)，一個(gè)電路中可能會(huì)出現(xiàn)電壓尖峰和噪聲。如果沒有光耦合器隔離電路，這些中斷可能會(huì)蔓延到第二個(gè)電路并造成破壞。光耦合器可防止在兩個(gè)電路中發(fā)生這種損壞。 

此外，由于其半導(dǎo)體材料，光耦合器將只允許電子沿一個(gè)方向流動(dòng)。因此，這允許兩個(gè)互連的電路使用不同的電壓和電流。

此外，它還允許您擴(kuò)展設(shè)備的功能。這主要是由于它如何促進(jìn)兩個(gè)獨(dú)立電路之間的電流隔離。例如，在雙電路配置中，我們可以在不干擾第一個(gè)電路的情況下向第二個(gè)電路添加一個(gè)晶體管。這將使您能夠控制更高的電壓和電流。此外，它可能允許您通過添加電子元件來自動(dòng)化電路控制。

光耦合器的結(jié)構(gòu)

光耦合器有多種類型和配置。然而，為了使事情更容易理解，我們將主要關(guān)注光電晶體管版本。 

光電三極管光耦電路圖   

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上圖說明了連接兩個(gè)電路的光電晶體管。如果您仔細(xì)查看圖表的光電晶體管部分，您會(huì)注意到左側(cè)有一個(gè) LED 符號(hào)：

LED 符號(hào)圖像

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相比之下，右邊有一個(gè)晶體管符號(hào)： 

晶體管符號(hào)的圖像

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我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)上面的數(shù)字，光電晶體管是普通晶體管的修改版本。此外，您可以理解為什么我們將晶體管側(cè)的集電極和發(fā)射極上的（第三和第四）端子稱為。此外，您還可以看到為什么我們將第一個(gè)和第二個(gè)端子稱為陽極和陰極。

晶體管一般具有三個(gè)端子。但是，這里有一個(gè)小的區(qū)別。光電晶體管電路中缺少普通晶體管電路中的管腳。這是因?yàn)楣怦詈掀髦械木w管的工作原理略有不同。光耦合器中的晶體管不使用來自基極引腳的電子信號(hào)，而是使用來自 LED 的光。    

LED發(fā)出的光照射到晶體管上，將其打開并允許電流在主電路中流動(dòng)。它們對(duì)光輸入做出反應(yīng)，而不僅僅是輸入電流。光耦合器有兩種常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。內(nèi)部組件可以位于彼此的頂部或彼此相鄰。

光耦合器拓?fù)?/em>

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雖然我們看不到光電晶體管的內(nèi)部工作原理（除非它是半透明的），但我們可以使用一個(gè)簡單的電路來創(chuàng)建我們自己的。我們將在本指南中進(jìn)一步探討。但首先，讓我們探索其他光耦合器類型。

光耦合器類型

光耦合器夾在一對(duì)鑷子之間。

有六種最常見的晶體管類型。他們是：

• 電阻式光耦合器：這些是最早的光耦合器。他們使用白熾燈泡、霓虹燈和砷化鎵紅外 LED 作為光源。此外，他們使用硫化鎘作為晶體管材料。人們也將這些類型的光耦合器稱為 vactrol。
  因?yàn)樗鼈兪且环N較舊的光敏器件，所以它們比更現(xiàn)代的光耦合器形式要慢一些。因此，這就是它們幾乎過時(shí)的原因。

•  二極管光電耦合器：二極管光電耦合器使用砷化鎵紅外 LED 作為光源，使用硅光電二極管作為接收器。這使它們成為最快的光耦合器類型——尤其是當(dāng)它們使用PIN 二極管時(shí)。

• 晶體管光電耦合器：就像二極管光電耦合器一樣，它們也使用砷化鎵紅外 LED 作為光源。然而，它們要么使用雙極硅光電晶體管，要么使用達(dá)林頓光電晶體管作為傳感器。這使得它們的傳輸速率和響應(yīng)時(shí)間比電阻式光耦合器快，但比二極管光耦合器慢。  

• 光電隔離 SRC：光電隔離 SRC 使用紅外 LED 和可控硅整流器。它們的傳輸速度可能會(huì)有所不同。然而，在任何配置中，它們都不如基于二極管的光耦合器快。盡管如此，它們?nèi)匀痪哂胁诲e(cuò)的響應(yīng)時(shí)間和傳輸速率。     

• 光隔離 TRIAC：這些類型的光耦合器使用交流三極管 (TRIAC) 作為傳感器類型。這是對(duì)作為光源的 GaAs 紅外 LED 的補(bǔ)充。雖然它們沒有快速的傳輸速率，但它們具有非常高的電流傳輸率。  

• 固態(tài)繼電器：固態(tài)繼電器使用一堆 GaAs 紅外 LED 作為光源。此外，他們使用一組光電二極管來驅(qū)動(dòng)一對(duì)MOSFETS或單個(gè)IGBT作為傳感器。它們可以具有非常高的傳輸速度和無限的電流傳輸比。        

如何創(chuàng)建一個(gè)簡單的光耦合器電路

光耦合器夾在PCB前面的一對(duì)鑷子之間

零件清單：

•  50-100K 歐姆光敏電阻 (LDR)

• 3V 0.02A 白光發(fā)光二極管（LED）

• 2V 0.02A 紅色發(fā)光二極管（LED）

• 9V 電池 x 2

• 轉(zhuǎn)變

• 300歐姆電阻

• 150 歐姆電阻 x 2（或 300 歐姆電阻）

說明和說明：

紅色 LED 和光耦合器

這個(gè)簡單的光耦合器使用一個(gè)簡單的光敏電阻器(LDR) 和一個(gè)白色 LED。LDR 根據(jù)曝光量改變其負(fù)載電阻。因此，在黑暗中，它具有非常高的抵抗力。相反，當(dāng)我們將其暴露在強(qiáng)光下時(shí)，它的電阻很小。在這種情況下，它將用作我們的光電二極管。 

在初級(jí)電路中，我們需要一個(gè)電壓降為 3 伏并使用 0.02 安培的白光 LED。接下來，我們將使用 9 伏電池作為電源并使用開關(guān)控制電路。由于白色 LED 燈需要 3 伏電流，因此我們需要一個(gè)壓降為 6 伏的電阻器。因此，電阻器必須具有 300 歐姆的電阻 ((9V – 3V) ÷ 0.02A)。 

因此，您的初級(jí)電路將由電池組成，該電池正連接到開關(guān)、電阻器和白色 LED 燈。您可以使用面包板或電線連接組件。總之，這將作為我們的控制電路。 

我們將有一個(gè)紅色 LED，其電壓降為 2 伏特，次級(jí)電路上的電流為 0.02 安培。

我們將使用它作為指示器來顯示電路何時(shí)工作。此外，我們將 LDR 連接到該電路。顯然，LDR 需要靠近白色 LED 燈。 

當(dāng)我們將 LDR 暴露在 LED 的光線下時(shí)，它會(huì)提供大約 70 歐姆的電阻。您需要將 LDR 連接到紅色 LED。為了給次級(jí)電路供電，我們將使用另一個(gè) 9 伏電池。同樣，我們需要一個(gè)電阻來降低電壓，這樣 LED 才能有效工作。我們建議使用兩個(gè) 150 歐姆的電阻器。但是，一個(gè) 300 歐姆的電阻器也可以。 

然而，一旦您完成電路的構(gòu)建，您就需要在 LDR 和白色 LED 周圍纏上一些黑色膠帶。您必須確保將它們連接起來。這將阻擋房間內(nèi)的環(huán)境光。或者，您可以在完全黑暗的房間中測試電路。 

當(dāng)您按下初級(jí)電路（輸入電路）按鈕時(shí)，白色 LED 將亮起。然后它會(huì)照亮 LDR，這將打開輸出電路中的紅色 LED。白色 LED 發(fā)出的光就像開關(guān)中的電信號(hào)一樣。這個(gè)項(xiàng)目很簡單，可以說明光耦合器的內(nèi)部工作原理。但是，您可以通過實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射器和接收器來改進(jìn)它。該項(xiàng)目將使用紅外光代替可見光。     

光耦合器應(yīng)用

帶有 IC、電容器、光耦合器和其他半導(dǎo)體的小型PCB 組件

現(xiàn)在我們了解了光耦合器的工作原理，現(xiàn)在我們可以探索可以應(yīng)用它們的地方。我們可以將光耦合器用作簡單的光控開關(guān)。但是，哪些電子設(shè)備和裝置最適合他們？以下是我們可以使用光耦合器的地方的列表：

• 電磁閥控制

• 電機(jī)控制

• 白熾燈調(diào)光器

• 微處理器

• 燈鎮(zhèn)流器

• 交流檢測

• 電壓隔離

• 電磁開關(guān)

• 微控制器

光耦合器的優(yōu)點(diǎn)

一組光耦

為什么要使用光耦合器而不是機(jī)電繼電器或開關(guān)？以下是一些優(yōu)點(diǎn)： 

• 它們促進(jìn)了電信號(hào)的單向傳輸

• 光耦合器使您的項(xiàng)目具有抗干擾性，從而使您的項(xiàng)目更加可靠

• 它們可以促進(jìn)多個(gè)電路之間的電氣隔離

• 光耦合器可以將項(xiàng)目的輸入和輸出部分分開，從而更容易排除故障

• 它們減少了電路輸入部分的外部輸出信號(hào)

• 光耦合器允許您使用小的數(shù)字信號(hào)來控制大型交流電路

• 允許您在兩個(gè)獨(dú)立的電路之間傳輸模擬信號(hào)

• 它們允許您將高壓組件與低壓設(shè)備連接起來

• 光耦合器有助于減少或完全消除信號(hào)中的電噪聲

• 允許您設(shè)計(jì)和構(gòu)建更能抵抗電源尖峰、電壓浪涌和雷擊的電子設(shè)備   

結(jié)論

在上面的文本中，我們提供了一個(gè)易于理解和深入的光耦合器指南。如果您已經(jīng)閱讀了本指南的這一部分，您將對(duì)光耦合器有更深入的了解。盡管如此，我們希望您發(fā)現(xiàn)本指南對(duì)您有所幫助。一如既往，感謝您的閱讀。