2.3 光耦合器的特性與選用

光耦合器（Optical Coupler，OC）也叫光隔離器（Optical Isolation，OI），簡稱為光耦。它是一種以紅外光進行信號傳遞的器件，由兩部分組成：一部分是發光體，實際上是一只發光二極管，受輸入電流的控制，發出不同強度的紅外光；另一部分是受光器，受光器接收光照以后，產生光電流，并從輸出端輸出。它的光-電反應也是隨著光的強弱改變而變化的。這就實現了“電—光—電”功能轉換，也就是隔離信號傳遞。光耦合器的主要優點是單向信號傳輸，輸入端和輸出端完全實現了隔離，不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強的抗干擾能力。因為它是一種發光體，而且用低電平的電源供電，所以它的使用壽命長，傳輸效率高，而且體積小，可廣泛用于級間耦合、信號傳輸、電氣隔離、電路開關以及電平轉換等。在儀器儀表、通信設備及各種電路接口中都應用到了光耦合器。在開關電源電路中，利用光耦合器構成反饋回路，通過光耦合器來調整、控制輸出電壓，達到穩定輸出電壓的目的；通過光耦合器進行脈沖轉換。

2.3.1 光耦合器的分類

光耦合器有多種，根據不同的用途，可選用不同類型的光耦合器。光耦合器有雙排直插式、管式、光導纖維式等多種封裝，其型號有無基極引線通用型、有基極引線通用型、達林頓型、光電集成電路型、光控晶閘管型等，如圖2-10所示。

2.3.2 光耦合器的工作原理

光耦合器是由兩種不同器件組合成的，一種是發光二極管，硅材料在一定電流作用下，發出一種不可見的光波，而且它隨著電壓的增加，二極管的發光“亮度”成比例地增加。另一部分為接收晶體管，也稱受光器，發光二極管發出的光與受光器（光敏晶體管）產生電流，這種電流也與發光二極管的發光亮度成比例，也就是受光器所產生的電流與加在發光二極管上的電壓成比例，從而實現了“電—光—電”的傳遞，利用這一特性，廣泛用于信號傳遞、光電開關、電平轉換、脈沖放大、電性隔離及微機傳輸接口等，這種光耦合器具有安全可靠、傳輸距離遠、抗干擾能力強、使用效率高、壽命長等特點。

光耦合器的主要參數是電流傳輸比，是當輸出電壓保持恒定時，光耦合器的輸出電流Io與輸入電流Ii之比，公式為。

對開關電源的采樣控制，采用線性較好的光耦合器，它對輸出負載的穩定起著決定性的作用，典型產品型號有PC817、PC816、4N35等。

2.3.3 光耦合器的主要參數

光耦合器的主要參數有電流傳輸比CTR（＞100%）、絕緣電壓VDC（＞1550V）、最大正向電流IFM（＞60mA）、反向擊穿電壓V（BR）CEO（＞30V）、飽和壓降VCES（＜0.3V）、暗電流IR（=50μA）。在這些參數里，前兩個參數比較重要，設計電路時也要考慮IFM和VCES。

根據光耦合器的結構和內部電路，可用萬用表的R×1k檔測量發光二極管的正、反向電阻，其中正向電阻為2kΩ左右，反向電阻為無窮大；接收晶體管CE極的電阻為無窮大。絕緣電阻可用2500V的ZC11-5型絕緣電阻表進行測量，若測得的絕緣電阻大于1010Ω，證明質量很好。

NEC-2501的引腳排列如圖2-11所示。靠近黑圓點的為第一腳，它是發光二極管的正極，然后按逆時針數各個腳位。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數，在接收管的輸出保持不變時，它的輸出電流Io與輸入電流Ii之比就是傳輸比，CTR=Io/Ii×100%。如PC817的傳輸比為80%～160%，4N30為100%～5000%?？梢姡?N30只需要較小的輸入電流，就可以變換輸出為較大的電流，具有放大作用，因此選擇合適的電壓或電流傳輸信號而且呈線性關系是很重要的。

2.3.4 光耦合器的選用原則

正確選用光耦合器的型號及參數的原則如下：

1）電流傳輸比CTR的允許選取范圍是100%～200%。當CTR為80%時，光耦合器中的發光二極管需要較大的工作電流（大于5.0mA）才能控制電路的占空比。這樣做的結果是增加了光耦合器的功耗。當CTR高于250%時，若啟動電流或輸出負載發生突變，有可能發生誤觸發，即誤關斷，影響正常工作。

2）要采用線性良好的光耦合器。因為光耦合器具有良好的線性時，電源控制調整十分有序，輸出穩定可靠。常用線性光耦合器的型號及主要參數見表2-4。