什么是光耦合器，作為 PCB 設計師、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，因此很難決定哪種最適合您的項目。

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。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銷的矩形主體。每個引腳都是一個子組件。第一個引腳是陽極，第二個是陰極，第三個是集電極，第四個是發(fā)射極。

LTV-816 1 通道光隔離器

資料來源：維基共享資源

此外，在靠近第一個引腳的主體拐角處有一個圓形凹痕。它使我們能夠識別不同的引腳。正文還包含一些帶有光耦合器部件號的文本。因此，我們使用它來識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)上是一個固態(tài)繼電器，將兩個獨立的電子電路互連。第一個電路將連接前兩個引腳（引腳 1 和 2），而第二個電路將連接到最后兩個引腳（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隔離電路之間傳輸電子信號。這是其更重要的屬性之一。有時，一個電路中可能會出現(xiàn)電壓尖峰和噪聲。如果沒有光耦合器隔離電路，這些中斷可能會蔓延到第二個電路并造成破壞。光耦合器可防止在兩個電路中發(fā)生這種損壞。 

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

此外，它還允許您擴展設備的功能。這主要是由于它如何促進兩個獨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電路的情況下向第二個電路添加一個晶體管。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電路的光電晶體管。如果您仔細查看圖表的光電晶體管部分，您會注意到左側(cè)有一個 LED 符號：

LED 符號圖像

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相比之下，右邊有一個晶體管符號： 

晶體管符號的圖像

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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和第二個端子稱為陽極和陰極。

晶體管一般具有三個端子。但是，這里有一個小的區(qū)別。光電晶體管電路中缺少普通晶體管電路中的管腳。這是因為光耦合器中的晶體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，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。它們對光輸入做出反應，而不僅僅是輸入電流。光耦合器有兩種常見的拓撲結(jié)構(gòu)。內(nèi)部組件可以位于彼此的頂部或彼此相鄰。

光耦合器拓撲

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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簡單的電路來創(chuàng)建我們自己的。我們將在本指南中進一步探討。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。
  因為它們是一種較舊的光敏器件，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——尤其是當它們使用PIN 二極管時。

• 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時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的響應時間和傳輸速率。     

• 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。這是對作為光源的 GaAs 紅外 LED 的補充。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)動一對MOSFETS或單個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)建一個簡單的光耦合器電路

光耦合器夾在PCB前面的一對鑷子之間

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

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

在初級電路中，我們需要一個電壓降為 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。 

我們將有一個紅色 LED，其電壓降為 2 伏特，次級電路上的電流為 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。 

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

當您按下初級電路（輸入電路）按鈕時，白色 LED 將亮起。然后它會照亮 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)中的電信號一樣。這個項目很簡單，可以說明光耦合器的內(nèi)部工作原理。但是，您可以通過實現(xiàn)紅外發(fā)射器和接收器來改進它。該項目將使用紅外光代替可見光。     

光耦合器應用

帶有 IC、電容器、光耦合器和其他半導體的小型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

一組光耦

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

• 它們促進了電信號的單向傳輸

• 光耦合器使您的項目具有抗干擾性，從而使您的項目更加可靠

• 它們可以促進多個電路之間的電氣隔離

• 光耦合器可以將項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

• 光耦合器允許您使用小的數(shù)字信號來控制大型交流電路

• 允許您在兩個獨立的電路之間傳輸模擬信號

• 它們允許您將高壓組件與低壓設備連接起來

• 光耦合器有助于減少或完全消除信號中的電噪聲

• 允許您設計和構(gòu)建更能抵抗電源尖峰、電壓浪涌和雷擊的電子設備   

結(jié)論

在上面的文本中，我們提供了一個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)本指南對您有所幫助。一如既往，感謝您的閱讀。