光電耦合器(英文:optical coupler或photo coupler),亦稱光耦合器、光隔離器以及光電隔離器,簡稱光耦。這種器件的想法是在1963由akmenkalns等人提出(美國專利號:us patent 3,417,249),并且以光敏電阻為基礎(chǔ)的光電耦合元件在1968年問世。它是以光(含可見光、紅外線等)作為媒介來傳輸電信號的一組裝置,其功能是平時讓輸入電路及輸出電路之間隔離,在需要時可以使電信號通過隔離層的傳送方式。這樣就使得光信號(發(fā)射端)和電信號(接收端)互不干擾,因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。
光電耦合器一般由三部分組成:光電發(fā)射端、光電接收端、輸出端信號放大及整形及驅(qū)動變換電路單元。其基本作用原理是:輸入的電信號驅(qū)動光發(fā)射源(各種波長的led發(fā)光二極管或激光,還有早期使用的電燈泡、霓虹燈等),使之發(fā)光,而物理空間隔離的另外一端由光探測器(光敏電阻、光芒二極管、光敏三極管等)接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了“電—>光—>電”的轉(zhuǎn)換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。
3、分類&特性
根據(jù)光電耦合器件輸出端的不同電路結(jié)構(gòu)和特性,大致可分類如下幾種:
3-1.晶體管輸出型光耦
這是最常見的光耦,輸入端分為直流信號或交流信號控制型,輸出端都是晶體管(單體或達(dá)林頓---具有更高的電流傳輸比)。這種類型的光耦憑借其價格低和通用性特點廣泛使用于各種應(yīng)用。晶體管輸出光耦的特點是:大電流傳輸比(ctr)、高耐壓、低輸入電流。因為這類光耦,光電接收器使用的是光敏三極管,所以缺點也是明顯的:傳輸速度較慢,時序延時較大。
3-2.高速ic輸出型光耦
這種光耦采用光敏二極管(photo-diode)作為光接收元件,同時內(nèi)部帶有一個集成電路(ic)做信號放大和整形,可實現(xiàn)高速信號的傳輸。相比于前面晶體管輸出光耦只能提供最高幾khz的信號傳輸,此類光耦能提供1至50mbps速率的數(shù)據(jù)傳輸。ic輸出光耦有兩種類型:一種是設(shè)計用于傳輸邏輯信號的通用器件,另一種是具有特殊功能的器件,包括用于功率元件,比如igbt等的柵極驅(qū)動器。
3-3.線性輸出型光耦
這種線性模擬光電耦合器內(nèi)含一個高性能algaas led和兩個高度匹配的光敏二
極管(photo-diode)。輸入光二極管可以用來監(jiān)測并穩(wěn)定led的光度輸出,因此led的非線性和漂移特性幾乎被消除,輸出光二極管會產(chǎn)生線性對應(yīng)led光輸出的光電流,光二極管間的緊密匹配和先進的封裝設(shè)計可以確保光電耦合器的高線性度和穩(wěn)定增益。
3-4.可控硅輸出型光耦
這種可控硅光耦,既有雙向可控硅輸出,也有單向可控硅輸出。該類型的光耦主要用于控制交流負(fù)載,比如直接連接到家庭、辦公室和工廠中采用100或200vrms商業(yè)電源的電機和電磁閥。它們采用了高耐壓型可控硅,可以打開和關(guān)閉輸入電流低至10ma的交流負(fù)載,同時提供電氣隔離。雖然單一的可控硅光耦只能控制最高100ma左右的交流電,但它可以結(jié)合使用一個功率可控硅,以便控制高達(dá)幾安培的交流電。