什么是光耦合器：工作原理及更多

什么是光耦合器，作为 PCB 设计师、工程师或爱好者，您有各种各样的开关、继电器和耦合器来定制您的 PCB。市场上有所有可用的 PCB 组件和选项，很难确定哪个最适合您的项目。

例如，您可能想知道光耦合器的作用以及它与任何其他继电器有何不同。这是以下指南希望阐明的内容。在其中，我们将探讨光耦合器、它的各种类型以及它如何使您和您的项目受益。

什么是光耦合器

光耦合器有很多名称。您可以将其称为光隔离器、光耦合器、光耦合器、光隔离器或光耦合器。有些人甚至可能将它们称为选项。然而，光耦合器是集成的电子元件。通常，最基本的类型包括一个带有四个引脚的矩形主体。每个引脚都是一个子组件。第一个引脚是阳极 ，第二个是阴极 ，第三个是收集器， 第四个是发射器 .

LTV-816 1 通道光隔离器

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此外，在靠近第一销的主体角上还有一个圆形压痕。它使我们能够识别不同的引脚。正文还包含一些带有光耦合器部件号的文本。因此，我们使用它来识别光耦合器的类型并找到制造商的数据表。

然而，光耦合器本质上是一个固态继电器，它连接两个独立的电子电路。第一个电路将连接前两个引脚（引脚 1 和 2），而第二个电路将连接到最后两个引脚（引脚 3 和 4）。这允许第一电路控制第二电路。

由于其外观，很容易将光耦合器与集成电路/微芯片 (IC) 混淆。对于 TRIAC 光耦合器尤其如此。

白色背景中的电子微芯片

光耦合器的工作原理是什么？

我们可以使用光耦合器在两个隔离电路之间传输电子信号。这是其更重要的属性之一。有时，一个电路中可能会出现电压尖峰和噪声。如果没有光耦合器隔离电路，这些中断可能会扩散到第二个电路并造成破坏。光耦合器可防止在两个电路中发生这种损坏。

此外，由于其半导体材料，光耦合器仅允许电子沿一个方向流动。因此，这允许两个互连电路使用不同的电压和电流。

此外，它还允许您扩展设备的功能。这主要是由于它如何促进两个独立电路之间的电流隔离。例如，我们可以在第二个电路中添加一个晶体管，而不会干扰双电路配置中的第一个。这将允许您控制更高量的电压和电流。此外，它还可能允许您通过添加电子元件来自动化电路控制。

光耦的结构

光耦合器有多种类型和配置。然而，为了让事情更容易理解，我们将主要关注光电晶体管版本。

光电晶体管光耦电路图

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上图说明了连接两个电路的光电晶体管。如果您仔细查看图中的光电晶体管部分，您会注意到左侧有一个 LED 符号：

LED 符号图片

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相比之下，右边有个晶体管符号：

晶体管符号的图像

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我们可以很容易地发现，光电晶体管是普通晶体管的修改版本。此外，您可以理解为什么我们将晶体管侧的（第三和第四）端子称为集电极 和发射器 .此外，您还可以看到为什么我们将第一个和第二个端子称为 anode 和阴极 .

晶体管一般具有三个端子。但是，这里有一个小的区别。光电晶体管电路中缺少普通晶体管电路中的基极引脚。这是因为光耦合器中的晶体管工作方式略有不同。光耦合器中的晶体管不使用来自基极的电子信号，而是使用来自 LED 的光。

光从 LED 发出并照射到晶体管上，将其打开并允许电流在主电路中流动。它们对光输入做出反应，而不仅仅是电输入电流。光耦合器有两种常见的拓扑结构。内部组件既可以叠放，也可以相邻。

光耦合器拓扑

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虽然我们看不到光电晶体管的内部工作原理（除非它是半透明的），但我们可以使用简单的电路创建自己的。我们将在本指南的下方进一步探讨。但首先，让我们探索一下其他光耦合器类型。

光耦类型

光耦合器夹在镊子之间。

有六种最常见的晶体管类型。他们是：

• 电阻式光耦： 这些是最早的光耦合器。他们使用白炽灯泡、霓虹灯和 GaAs 红外 LED 作为光源。此外，他们使用硫化镉作为晶体管材料。人们还将这些类型的光耦合器称为 vactrols。
  因为它们是较旧的光敏设备，所以它们比更现代的光耦合器要慢一些。因此，这就是它们几乎过时的原因。
• 二极管光耦： 二极管光耦合器使用砷化镓红外 LED 作为光源，使用硅光电二极管作为受体。这使它们成为最快的光耦合器类型——尤其是当它们使用 PIN 二极管时。
• 晶体管光耦： 就像二极管光耦合器一样，它们也使用 GaAs 红外 LED 作为光源。然而，他们要么使用双极硅光电晶体管，要么使用达林顿光电晶体管作为传感器。这使得它们的传输速率和响应时间比电阻光耦合器快，但比二极管光耦合器慢。
• 光隔离SRC： 光隔离 SRC 使用红外 LED 和可控硅整流器。它们的传输速度可能会有所不同。但是，在任何配置中，它们都没有基于二极管的光耦合器快。尽管如此，他们仍然有不错的响应时间和传输率。
• 光隔离TRIAC： 这些类型的光耦合器使用交流三极管 (TRIAC) 作为传感器类型。这是对他们作为光源的 GaAs 红外 LED 的补充。虽然它们没有快速的传输速率，但它们具有非常高的电流传输率。
• 固态继电器： 固态继电器使用一堆 GaAs 红外 LED 作为光源。此外，他们使用一堆光电二极管来驱动一对 MOSFET 或单个 IGBT 作为传感器。它们可以具有非常高的传输速度和无限的电流传输比率。

如何制作简单的光耦电路

光耦合器夹在 PCB 前面的一对镊子之间

零件清单：

• 50-100K 欧姆光敏电阻 (LDR)
• 3V 0.02A 白光发光二极管 (LED)
• 2V 0.02A 红色发光二极管 (LED)
• 9V 电池 x 2
• 切换
• 300 欧姆电阻器
• 150 欧姆电阻 x 2（或 300 欧姆电阻）

解释说明：

红色 LED 和光耦合器

这个简单的光耦合器使用一个简单的光敏电阻 (LDR) 和一个白色 LED。 LDR 根据光照变化其负载电阻。因此，在黑暗中，它具有很高的抵抗力。相反，当我们将它暴露在强光下时，它的阻力很小。在这种情况下，它将充当我们的光电二极管。

在初级电路中，我们需要一个电压降为 3 伏且使用 0.02 安培的白色 LED。接下来，我们将使用 9 伏电池作为电源，并使用开关控制电路。因为白色 LED 灯需要 3 伏电流，所以我们需要一个 6 伏压降的电阻器。因此，电阻器必须具有 300 欧姆的电阻（（9V – 3V）÷ 0.02A）。

因此，您的主电路将由电池组成，电池正连接到开关、电阻器和白色 LED 灯。您可以使用面包板或电线来连接组件。总之，这将作为我们的控制电路。

我们将在次级电路上有一个电压降为 2 伏特和电流为 0.02 安培的红色 LED。

我们将使用它作为指示电路何时工作的指示器。此外，我们会将 LDR 连接到该电路。显然，LDR 需要与白色 LED 灯相邻。

当我们将 LDR 暴露在 LED 的光线下时，它会提供大约 70 欧姆的电阻。您需要将 LDR 连接到红色 LED。为了给次级电路供电，我们将使用另一个 9 伏电池。同样，我们需要一个电阻来降低电压，这样 LED 才能有效工作。我们建议使用两个 150 欧姆的电阻。但是，一个 300 欧姆的电阻也可以。

然而，一旦你完成了电路的构建，你需要在 LDR 和白色 LED 周围缠绕一些黑色胶带。您必须确保将它们连接起来。这将阻挡房间内的环境光。或者，您可以在完全黑暗的房间中测试电路。

当您按下初级电路（输入电路）按钮时，白色 LED 将亮起。然后它会向 LDR 发出一盏灯，这将打开输出电路中的红色 LED。白色 LED 发出的光的作用类似于开关中的电信号。这个项目很简单，足以说明光耦合器的内部工作原理。但是，您可以通过实现红外发射器和接收器来改进它。该项目将使用红外光代替可见光。

光耦合器应用

带有 IC、电容器、光耦合器和其他半导体的小型 PCB 组件

现在我们了解了光耦合器的工作原理，现在我们可以探索可以在哪里应用它们。我们可以将光耦合器用作简单的光控开关。然而，什么电子设备和装置最适合他们呢？以下是我们可以使用光耦合器的列表：

• 电磁控制
• 电机控制
• 白炽灯调光器
• 微处理器
• 灯镇流器
• 交流电检测
• 电压隔离
• 电磁开关
• 微控制器

光耦合器的好处

一组光耦

为什么要使用光耦合器而不是机电继电器或开关？这里只是其中的一些优点：

• 它们促进了电信号的单向传输
• 光耦合器使您的项目更可靠，因为它们具有抗干扰性
• 它们可以促进多个电路之间的电气隔离
• 光耦合器可以将项目的输入和输出部分分开，从而更容易排除故障
• 它们会减少电路输入部分的外部输出信号
• 光耦合器可让您使用小数字信号控制大型交流电路
• 允许您在两个独立的电路之间传输模拟信号
• 它们允许您将高压组件与低压设备连接
• 光耦合器有助于减少或完全消除信号中的电噪声
• 让您能够设计和制造更能抵抗电源尖峰、电压浪涌和雷击的电子设备

结论

在上面的文字中，我们提供了一个易于理解和深入的光耦合器指南。如果您已阅读本指南的这一部分，则您对光耦合器有更深入的了解。尽管如此，我们希望本指南对您有所帮助。一如既往，感谢您的阅读。