光耦合器-特性、器件、應用

什麼是光耦

光耦合器是一種光電器件，其主要功能部件是光源和光電探測器，它們之間沒有電連接，而是位於一個共同的密封外殼中。光耦合器的工作原理基於這樣一個事實：施加到它的電信號會在發射端產生輝光，並且已經以光的形式出現，信號被光電探測器接收，在接收端啟動電信號邊。即，通過電子部件內的光通信來發送和接收信號。

光耦合器是最簡單的光耦合器類型。它僅由發送和接收部分組成。一種更複雜的光耦合器是一種光電芯片，它包含幾個連接到一個或多個匹配或放大設備的光耦合器。

因此，光耦合器是一種電子元件，它在電路中提供光信號的傳輸，而信號源與其接收器之間沒有電耦合，因為已知光子是電中性的。

光電耦合器的結構和特點

光耦合器使用在近紅外和可見光區域敏感的光電探測器，因為這部分光譜的特點是具有強烈的輻射源，無需冷卻即可用作光電探測器。具有基於矽的 pn 結（二極管和晶體管）的光電探測器是通用的，它們的最大光譜靈敏度區域接近 0.8 μm。

光耦合器的主要特徵是電流傳輸比CTR，即輸入電流與輸出電流之比。下一個參數是信號傳輸速率，實際上是光耦合器工作的截止頻率 fc，與傳輸脈衝的上升時間 tr 和截止時間 tf 相關。最後，從電流隔離的角度表徵光耦合器的參數：絕緣電阻 Riso、最大電壓 Viso 和吞吐量 Cf。

輸入器件是光耦合器結構的一部分，旨在為發射器 (LED) 創造最佳工作條件，將工作點轉移到 I-V 特性的線性區域。

輸入設備具有足夠的速度和廣泛的輸入電流，即使在低（閾值）電流下也能保證信息傳輸的可靠性。光學介質位於外殼內部，光通過它從發射器傳輸到光電探測器。

在具有受控光通道的光耦合器中，有一個額外的控制裝置，通過它可以使用電或磁手段影響光學介質的特性。在光電探測器側，信號以高光電轉換率恢復。

光電探測器側的輸出器件（例如電路中包含的光電晶體管）旨在將信號轉換為標準電形式，便於在光耦合器之後的塊中進一步處理。光耦合器通常不包含輸入和輸出設備，因此需要外部電路才能在特定設備的電路中建立正常工作。

光電耦合器的應用

光連接器應用廣泛 在電流隔離電路中 各種設備的塊，其中有低壓和高壓電路，控制電路與電源電路分開：強大的雙向晶閘管和晶閘管的控制，繼電器電路等。

二極管、晶體管和電阻光耦合器用於無線電工程調製和自動增益控制電路。通過暴露光通道，可以對電路進行非接觸式控制並使其達到最佳運行模式。

光連接器用途廣泛，用於各種行業和許多獨特的功能，甚至簡單地用作電流隔離和非接觸式控制元件，無法一一列舉。

這裡只是其中的一部分：計算機、通信技術、自動化、無線電設備、自動控制系統、測量儀器、控制和調節系統、醫療技術、視覺顯示設備等等。

光電耦合器的優點

在印刷電路板上使用光耦合器可以在對高低壓、輸入和輸出電路的電阻隔離要求極高的情況下實現理想的電流隔離。例如，流行的 PC817 光耦合器的發送和接收電路之間的電壓為 5000 V。此外，通過光隔離實現了約 1 pF 的極低帶寬。

使用光耦合器，非接觸式控制非常容易實現，同時在直接控制電路方面為獨特的設計方案留有餘地。這裡同樣重要的是，接收者對源絕對沒有反應，也就是說，信息是單向傳輸的。

光耦合器的最寬帶寬消除了低頻帶來的限制：在光的幫助下，您可以傳輸至少一個恆定信號，甚至是脈衝，並且具有非常陡峭的邊沿，這從根本上說是不可能使用脈衝變壓器實現的。光耦合器內部的通信通道絕對不受電磁場的影響，因此信號不受干擾和捕獲。最後，光耦合器與其他電子元件完全兼容。