【E課堂】半導體“電—光—電”轉換器件，光電耦合器簡(jiǎn)介

　　光電耦合器(簡(jiǎn)稱(chēng)光耦)是一種以光作為媒介、把輸入端的電信號耦合到輸出端去的新型半導體“電—光—電”轉換器件。換句話(huà)講，它具有把電子信號轉換成為相應變化規律的光學(xué)信號、然后又重新轉換成為變化規律相同的電信號的單向傳輸功能，并且能夠有效地隔離噪聲和抑制干擾，實(shí)現輸入與輸出之間的電絕緣。這種信號傳遞方式是所有采用變壓器和電磁繼電器作隔離來(lái)進(jìn)行信號傳遞的一般解決方案所不能相比的。

　　圖1 光電耦合器構成圖

　　光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號、輸入端與輸出端在電氣上完全隔離、輸出信號對輸入端無(wú)影響、抗干擾能力強、工作穩定、無(wú)觸點(diǎn)、體積小、使用壽命長(cháng)、傳輸效率高等，因而在隔離電路、開(kāi)關(guān)電路、數模轉換、邏輯電路、過(guò)流保護、長(cháng)線(xiàn)傳輸、高壓控制及電平匹配等電路中得到了越來(lái)越廣泛的應用。目前，光電耦合器已發(fā)展成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。

　　1. 結構及特點(diǎn)

　　光電耦合器由組裝在同一密閉殼體內的半導體發(fā)光源和光接收器兩部分組成，其結構如圖1(a)所示。發(fā)光源多為發(fā)光二極管，光接收器可以是光敏晶體管，也可以是光敏場(chǎng)效應管、光敏晶閘管和光敏集成電路等。發(fā)光源和光接收器彼此相對并用透明絕緣材料隔離，發(fā)光源引出的管腳為輸入端，光接收器引出的管腳為輸出端。當按照圖1(b)所示，在輸入端加上電信號時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，與之相對應的光接收器由于光敏效應而產(chǎn)生光電流，并由輸出端輸出，從而實(shí)現了以“光” 為媒介的電信號單向傳輸，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是完全保持絕緣的。

　　光電耦合器的主要特點(diǎn)是：輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于1010Ω，耐壓一般可超過(guò)1.5kV，有的甚至可以達到10kV以上;由于“光” 傳輸的單向性，所以信號從光源傳輸到光接收器時(shí)不會(huì )出現反饋現象，其輸出信號也不會(huì )影響輸入端。此外，光電耦合器能夠很好地抑制干擾并消除噪聲，其響應速度快(時(shí)間常數通常在微秒甚至毫微秒級)、無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(cháng)、體積小、耐沖擊、容易和邏輯電路配合，這使得它的應用很廣泛。例如，在計算機數位通信及即時(shí)控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加其工作之可靠性;在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線(xiàn)性光電耦合器可構成光耦回饋電路，通過(guò)調節控制端電流來(lái)改變占空比，達到精密穩壓的目的。

　　2. 外形和種類(lèi)

　　光電耦合器的封裝形式可分為同軸型、雙列直插型、TO封裝型、扁平封裝型、貼片封裝型、光纖傳輸型等。但電子愛(ài)好者在制作或維修時(shí)經(jīng)常用到的封裝形式幾乎全部都是塑料雙列直插型、扁平封裝型和貼片封裝型3大類(lèi)，引腳有4、6、8、12、16、24腳等多種，圖2所示是它們的實(shí)物外形圖。

　　圖2 光電耦合器實(shí)物外形圖

　　光電耦合器的種類(lèi)較多，如果按照輸出形式不同來(lái)劃分，主要有光敏二極管型、通用型(即光敏三極管型，又分無(wú)基極引線(xiàn)和有基極引線(xiàn)兩種)、達林頓(復合三極管)型、雙向對稱(chēng)型、高速型、光敏電阻型、光電池型、光敏場(chǎng)效應管型、光敏晶閘管型(又分單向晶閘管和雙向晶閘管兩種)、光集成電路型等。

　　光電耦合器按傳輸信號不同，可分為非線(xiàn)性(數字型)光電耦合器和線(xiàn)性(模擬型)光電耦合器兩大類(lèi)。按傳輸信號的速度不同，可分為低速光電耦合器(光敏三極管、光電池等輸出型)和高速光電耦合器(光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型)。按隔離特性不同，可分為普通隔離光電耦合器(一般光學(xué)絕緣膠灌封低于5kV、空氣封低于2kV)和高壓隔離光電耦合器(可分為10kV、20kV、30kV等)。按傳輸信號通道數不同，可分為單通道、雙通道和多通道光電耦合器。

　　3. 主要參數

　　光電耦合器的輸入特性就是內部發(fā)光器(多為發(fā)光二極管)的特性，輸出特性取決于內部光接收器。除此之外，還有表征整體性能的電流傳輸比CTR、輸入與輸出之間的絕緣電阻RISO等參數。在傳輸數字信號時(shí)，還有脈沖上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間等參數;在傳輸交流信號時(shí)，還必須考慮頻率特性等參數。

　　圖3 光電耦合器引腳排序規則

　　4. 型號與引腳的識別

　　電子愛(ài)好者經(jīng)常碰到的光電耦合器盡管外形基本上都是雙列4腳、6腳、8腳……塑料封裝，但由于型號的命名各廠(chǎng)家不統一，可謂五花八門(mén)，無(wú)規律可循，而且從型號上面一般是看不出有關(guān)內部結構和具體參數等信息的。要想知道某一型號產(chǎn)品的結構特點(diǎn)和有關(guān)參數等，就只能查看廠(chǎng)家說(shuō)明書(shū)或相關(guān)的參數手冊。表1列出了部分常用6引腳塑料雙列直插型光電耦合器的型號和主要參數，供參考。

　　常用光電耦合器的引腳排序規則如圖3所示。這跟普通集成電路完全相同，即：將產(chǎn)品的引腳面朝向雜志，從頂面(有字面)的半圓凹槽、小圓凹口(色點(diǎn))或斜邊標記處的引腳開(kāi)始，按逆時(shí)針(即圖中箭頭)方向計數，依次為1、2、3、4腳……如果翻轉過(guò)來(lái)從背面看(比如在印制電路板的焊接面上看)，即引腳面正對著(zhù)自己、有字面朝向雜志，則應按順時(shí)針?lè )较蛴嫈?。?給出了筆者歸納整理出的不同型號光電耦合器的引腳排列圖，希望能夠給讀者的應用提供簡(jiǎn)便快捷的幫助。