輸出接口電路

電子電路、PIC和微控制器的輸出接口使它們能夠通過(guò)使物體移動(dòng)或閃爍一些燈光來(lái)控制現實(shí)世界。

正如我們在之前的輸入接口教程中所看到的，接口電路允許一種類(lèi)型的電路連接到另一種可能具有不同電壓或電流等級的電路。

除了可以連接輸入設備（如開(kāi)關(guān)和傳感器）外，我們還可以連接輸出設備（如繼電器、電磁線(xiàn)圈和燈光）。將輸出設備連接到電子電路通常被稱(chēng)為：輸出接口。

電子電路和微控制器的輸出接口使它們能夠通過(guò)使物體移動(dòng)（例如，機器人的電機或手臂等）來(lái)控制現實(shí)世界。但輸出接口電路也可以用于開(kāi)關(guān)設備，如指示燈或燈光。輸出接口電路可以具有數字輸出或模擬輸出信號。

直流電機輸出設備

直流電機是一種輸出設備。

數字邏輯輸出是最常見(jiàn)的輸出接口信號類(lèi)型，也是最容易控制的。數字輸出接口使用繼電器將微控制器輸出端口或數字電路的信號轉換為開(kāi)關(guān)接觸輸出，通過(guò)控制器軟件實(shí)現。

模擬輸出接口電路使用放大器產(chǎn)生變化的電壓或電流信號，用于速度或位置控制類(lèi)型的輸出。脈沖輸出開(kāi)關(guān)是另一種輸出控制類(lèi)型，它通過(guò)改變輸出信號的占空比來(lái)實(shí)現燈光的調光或直流電機的速度控制。

雖然輸入接口電路設計用于接受來(lái)自不同類(lèi)型傳感器的不同電壓水平，但輸出接口電路需要產(chǎn)生更大的電流驅動(dòng)能力和/或電壓水平。輸出信號的電壓水平可以通過(guò)提供開(kāi)集電極（或開(kāi)漏極）輸出配置來(lái)增加。即晶體管的集電極端子（或MOSFET的漏極端子）通常連接到負載。

幾乎所有微控制器、PIC或數字邏輯電路的輸出級都可以吸收或提供有用的輸出電流，用于開(kāi)關(guān)和控制各種輸出接口設備以控制現實(shí)世界。當我們談?wù)撐蘸吞峁╇娏鲿r(shí)，輸出接口既可以“提供”（源）開(kāi)關(guān)電流，也可以“吸收”（吸收）開(kāi)關(guān)電流。這意味著(zhù)根據負載如何連接到輸出接口，高電平或低電平輸出將激活它。

也許所有輸出接口設備中最簡(jiǎn)單的是那些用于產(chǎn)生光的設備，無(wú)論是作為單個(gè)開(kāi)關(guān)指示燈還是作為多段或條形圖顯示的一部分。但與可以直接連接到電路輸出的普通燈泡不同，LED作為二極管需要一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)限制其正向電流。

輸出接口電路
發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)LED，作為許多電子電路的輸出設備是一個(gè)極好的低功耗選擇，因為它們可以替代高瓦數、高溫的燈絲燈泡作為狀態(tài)指示器。LED通常由低電壓、低電流電源驅動(dòng)，這使得它們成為數字電路中非常有吸引力的組件。此外，作為固態(tài)器件，它們的使用壽命可以超過(guò)100,000小時(shí)，使其成為一個(gè)非常適合且無(wú)需維護的組件。

單個(gè)LED接口電路

單個(gè)LED接口電路

我們在發(fā)光二極管教程中看到，LED是一種單向半導體器件，當正向偏置時(shí)，即當其陰極（K）相對于陽(yáng)極（A）足夠負時(shí)，可以產(chǎn)生各種顏色的輸出光和亮度。

根據用于構建LED的pn結的半導體材料，將決定發(fā)出的光的顏色及其開(kāi)啟正向電壓。最常見(jiàn)的LED顏色是紅色、綠色、琥珀色或黃色光。

與傳統的信號二極管（硅的正向電壓降約為0.7伏，鍺的正向電壓降約為0.3伏）不同，發(fā)光二極管的正向電壓降比普通信號二極管更大。但當正向偏置時(shí)會(huì )產(chǎn)生可見(jiàn)光。

典型的LED在點(diǎn)亮時(shí)可能具有恒定的正向電壓降VLED，約為1.2至1.6伏，其發(fā)光強度與LED的正向電流成正比。但由于LED實(shí)際上是一個(gè)“二極管”（其箭頭符號類(lèi)似于二極管，但在LED符號旁邊有小箭頭表示它發(fā)光），它需要一個(gè)限流電阻以防止在正向偏置時(shí)短路電源。

LED可以直接從大多數輸出接口端口驅動(dòng)，因為標準LED可以在5mA至25mA的正向電流下工作。典型的彩色LED需要大約10mA的正向電流以提供合理明亮的顯示。因此，如果我們假設單個(gè)紅色LED在點(diǎn)亮時(shí)的正向電壓降為1.6伏，并且將由提供10mA的5伏微控制器的輸出端口操作。那么所需的限流串聯(lián)電阻RS的值計算如下：

led串聯(lián)電阻

然而，在E24（5%）系列的首選電阻值中，沒(méi)有340Ω電阻，因此選擇的最接近的首選值為330Ω或360Ω。實(shí)際上，根據電源電壓（VS）和所需的正向電流（IF），任何150Ω至750Ω之間的串聯(lián)電阻值都可以很好地工作。

還要注意，由于是串聯(lián)電路，電阻和LED的連接方式無(wú)關(guān)緊要。然而，由于是單向的，LED必須正確連接。如果LED連接錯誤，它不會(huì )損壞，只是不會(huì )點(diǎn)亮。

多LED接口電路

多LED接口電路

除了使用單個(gè)LED（或燈）作為輸出接口電路外，我們還可以將兩個(gè)或多個(gè)LED連接在一起，并從相同的輸出電壓供電，用于光電電路和顯示器。

將兩個(gè)或多個(gè)LED串聯(lián)連接與使用單個(gè)LED沒(méi)有什么不同，但這次我們需要考慮串聯(lián)組合中額外LED的正向電壓降VLED。

例如，在我們上面的簡(jiǎn)單LED輸出接口示例中，我們說(shuō)LED的正向電壓降為1.6伏。如果我們使用三個(gè)LED串聯(lián)，那么所有三個(gè)LED的總電壓降將為4.8（3 x 1.6）伏。然后我們的5伏電源勉強可以使用，但最好使用更高的6伏或9伏電源來(lái)為三個(gè)LED供電。

假設電源為9.0伏，電流為10mA（如前所述），所需的串聯(lián)限流電阻RS的值計算為：RS = (9 – 4.8)/10mA = 420Ω。同樣，在E24（5%）系列的首選電阻值中，沒(méi)有420Ω電阻，因此選擇的最接近的首選值為430Ω。

作為低電壓、低電流設備，LED非常適合作為狀態(tài)指示器，可以直接從微控制器和數字邏輯門(mén)或系統的輸出端口驅動(dòng)。微控制器端口和TTL邏輯門(mén)具有吸收或提供電流的能力，因此可以通過(guò)將陰極接地（如果陽(yáng)極連接到+5v）或通過(guò)適當的串聯(lián)電阻將+5v施加到陽(yáng)極（如果陰極接地）來(lái)點(diǎn)亮LED。

數字輸出接口LED

輸出接口LED

上述輸出接口電路適用于一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)LED，或任何其他電流要求小于25mA（最大LED正向電流）的設備。但如果輸出驅動(dòng)電流不足以操作LED，或者我們希望操作或切換具有更高電壓或電流等級的負載（如12v燈絲燈），該怎么辦？答案是使用額外的開(kāi)關(guān)設備，如晶體管、MOSFET或繼電器，如圖所示。

輸出接口高電流負載

輸出接口高電流

常見(jiàn)的輸出接口設備，如電機、電磁線(xiàn)圈和燈，需要大電流，因此最好通過(guò)晶體管開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行控制或驅動(dòng)，如圖所示。這樣，負載（燈或電機）不會(huì )過(guò)載開(kāi)關(guān)接口或控制器的輸出電路。

晶體管開(kāi)關(guān)非常常見(jiàn)，對于切換高功率負載或不同電源的輸出接口非常有用。如果需要，它們還可以每秒多次切換“開(kāi)”和“關(guān)”，如在脈寬調制PWM電路中。但在使用晶體管作為開(kāi)關(guān)之前，我們需要考慮一些事情。

流入基極-發(fā)射極結的電流用于控制從集電極到發(fā)射極的較大電流。因此，如果沒(méi)有電流流入基極端子，那么就沒(méi)有電流從集電極流向發(fā)射極（或通過(guò)連接到集電極的負載），那么晶體管被稱(chēng)為完全關(guān)閉（截止）。

將晶體管完全打開(kāi)（飽和），晶體管開(kāi)關(guān)有效地充當閉合開(kāi)關(guān)，即其集電極電壓與發(fā)射極電壓相同。但作為固態(tài)器件，即使飽和時(shí)，晶體管的端子之間也總是會(huì )有小的電壓降，稱(chēng)為VCE(SAT)。該電壓范圍約為0.1至0.5伏，具體取決于晶體管。

此外，由于晶體管將完全打開(kāi)，負載電阻將限制晶體管的集電極電流IC到負載實(shí)際所需的電流（在我們的例子中，通過(guò)燈的電流）。然后過(guò)多的基極電流可能會(huì )過(guò)熱并損壞開(kāi)關(guān)晶體管，這在一定程度上違背了使用晶體管的目的，即用較小的電流控制較大的負載電流。因此，需要一個(gè)電阻來(lái)限制基極電流IB。

使用單個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管控制負載的基本輸出接口電路如下所示。請注意，通常連接一個(gè)自由輪二極管，也稱(chēng)為飛輪二極管或反電動(dòng)勢抑制二極管，如1N4001或1N4148，以保護晶體管免受由感性負載（如繼電器、電機和電磁線(xiàn)圈等）在電流被晶體管關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢電壓的影響。

基本晶體管開(kāi)關(guān)電路

晶體管開(kāi)關(guān)電路

假設我們希望使用TTL 5.0v數字邏輯門(mén)的輸出通過(guò)適當的輸出接口晶體管開(kāi)關(guān)電路控制連接到12伏電源的5瓦燈絲燈的操作。如果晶體管的直流電流增益（集電極（輸出）和基極（輸入）電流之間的比率），β為100（您可以從您使用的晶體管的數據表中找到此Beta或hFE值），并且其VCE飽和電壓在完全打開(kāi)時(shí)為0.3伏，那么所需的基極電阻RB的值是多少。

晶體管的集電極電流IC將與通過(guò)燈絲燈的電流相同。如果燈的額定功率為5瓦，則完全打開(kāi)時(shí)的電流為：

燈絲燈電流

由于IC等于燈（負載）電流，晶體管的基極電流將與晶體管的電流增益相關(guān)，即IB = IC/β。電流增益先前給出為：β = 100，因此最小基極電流IB(MIN)計算為：

晶體管基極電流

找到所需的基極電流值后，我們現在需要計算基極電阻RB(MAX)的最大值。給定的信息指出，晶體管的基極將由數字邏輯門(mén)的5.0v輸出電壓（Vo）控制。如果基極-發(fā)射極正向偏置電壓為0.7伏，則RB的值計算為：

晶體管基極電阻

然后當邏輯門(mén)的輸出信號為低電平（0v）時(shí)，沒(méi)有基極電流流動(dòng)，晶體管完全關(guān)閉，即沒(méi)有電流流過(guò)1kΩ電阻。當邏輯門(mén)的輸出信號為高電平（+5v）時(shí)，基極電流為4.27mA并打開(kāi)晶體管，將11.7V施加到燈絲燈上?；鶚O電阻RB在傳導4.27mA時(shí)將耗散小于18mW，因此1/4W電阻將工作。

請注意，在輸出接口電路中使用晶體管作為開(kāi)關(guān)時(shí)，一個(gè)好的經(jīng)驗法則是選擇基極電阻RB值，使基極驅動(dòng)電流IB約為所需負載電流IC的5%甚至10%，以幫助將晶體管驅動(dòng)到其飽和區域，從而最小化VCE和功率損耗。

此外，為了更快地計算電阻值并減少一些數學(xué)計算，您可以在計算中忽略集電極-發(fā)射極結的0.1至0.5伏電壓降和基極-發(fā)射極結的0.7伏電壓降。最終的近似值將足夠接近實(shí)際計算值。

單功率晶體管開(kāi)關(guān)電路對于控制低功率設備（如燈絲燈）或用于切換繼電器（可用于切換更高功率設備，例如電機和電磁線(xiàn)圈）非常有用。

但繼電器是大型、笨重的機電設備，當用于輸出接口8端口微控制器時(shí)，可能會(huì )很昂貴或在電路板上占用大量空間。

克服這一點(diǎn)并直接從微控制器、PIC或數字電路的輸出引腳切換大電流設備的一種方法是使用由兩個(gè)晶體管組成的達林頓對配置。

功率晶體管用作輸出接口設備時(shí)的主要缺點(diǎn)之一是它們的電流增益（β），特別是在切換高電流時(shí)，可能太低。低至10。為了克服這個(gè)問(wèn)題并減少所需的基極電流值，可以使用兩個(gè)晶體管組成達林頓配置。

達林頓晶體管配置

達林頓晶體管配置

達林頓晶體管配置可以由兩個(gè)NPN或兩個(gè)PNP晶體管連接在一起組成，或者作為現成的達林頓設備，如2N6045或TIP100，它們在單個(gè)TO-220封裝中集成了兩個(gè)晶體管和一些電阻，以幫助快速關(guān)閉，用于開(kāi)關(guān)應用。

在這種達林頓配置中，晶體管TR1是控制晶體管，用于控制功率開(kāi)關(guān)晶體管TR2的導通。施加到晶體管TR1基極的輸入信號控制晶體管TR2的基極電流。達林頓配置，無(wú)論是單個(gè)晶體管還是單個(gè)封裝，都具有相同的三個(gè)引線(xiàn)：發(fā)射極（E）、基極（B）和集電極（C）。

達林頓晶體管配置可以具有數百到數千的直流電流增益（即集電極（輸出）和基極（輸入）電流之間的比率），具體取決于所使用的晶體管。然后，我們可以?xún)H用幾微安（uA）的基極電流控制我們上面的燈絲燈示例，因為第一個(gè)晶體管的集電極電流β1IB1成為第二個(gè)晶體管的基極電流。

然后TR2的電流增益將為β1β2IB1，因為兩個(gè)增益相乘為βT = β1×β2。換句話(huà)說(shuō)，一對雙極晶體管組合在一起形成一個(gè)達林頓晶體管對，它們的電流增益將相乘。

因此，通過(guò)選擇合適的雙極晶體管并正確偏置，雙發(fā)射極跟隨器達林頓配置可以被視為具有非常高β值和高輸入阻抗（數千歐姆）的單個(gè)晶體管。

幸運的是，有人已經(jīng)將幾個(gè)達林頓晶體管配置放入單個(gè)16引腳IC封裝中，使我們能夠輕松地輸出接口各種設備。

ULN2003A 達林頓晶體管陣列 

ULN2003A 是一種低成本、高效率且低功耗的單極達林頓晶體管陣列，非常適合作為輸出接口電路，用于直接驅動(dòng)各種負載，包括電磁線(xiàn)圈、繼電器、直流電機、LED 顯示器或燈絲燈等。它可以直接連接微控制器、PIC 或數字電路的端口。

達林頓陣列系列包括 ULN2002A、ULN2003A 和 ULN2004A，它們都是高電壓、高電流的達林頓陣列，每個(gè) IC 封裝內包含七個(gè)開(kāi)集電極達林頓對。ULN2803 達林頓驅動(dòng)器也可用，它包含八個(gè)達林頓對，而不是七個(gè)。

陣列的每個(gè)獨立通道額定電流為 500mA，可承受高達 600mA 的峰值電流，非常適合控制小型電機、燈具或高功率晶體管的柵極和基極。陣列還包含額外的抑制二極管，用于驅動(dòng)感性負載，并且輸入引腳與輸出引腳相對排列，以簡(jiǎn)化連接和電路板布局。

ULN2003 達林頓晶體管陣列 

ULN2003A 達林頓驅動(dòng)器具有極高的輸入阻抗和電流增益，可以直接由 TTL 或 +5V CMOS 邏輯門(mén)驅動(dòng)。對于 +15V CMOS 邏輯，可以使用 ULN2004A；對于高達 100V 的更高開(kāi)關(guān)電壓，最好使用 SN75468 達林頓陣列。

如果需要更高的開(kāi)關(guān)電流能力，可以將達林頓對的輸入和輸出并聯(lián)以實(shí)現更高的電流能力。例如，將輸入引腳 1 和 2 連接在一起，輸出引腳 16 和 15 連接在一起以切換負載。

功率 MOSFET 接口電路 

除了使用單個(gè)晶體管或達林頓對外，功率 MOSFET 也可用于切換中等功率設備。與雙極結型晶體管（BJT）不同，BJT 需要基極電流來(lái)驅動(dòng)晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，而 MOSFET 開(kāi)關(guān)幾乎不需要電流，因為柵極端子與主電流通道是隔離的。

基本 MOSFET 開(kāi)關(guān)電路 

N 溝道增強型（常關(guān)型）功率 MOSFET（eMOSFET）具有正閾值電壓和極高的輸入阻抗，使其成為直接連接微控制器、PIC 和數字邏輯電路的理想器件，這些電路能夠產(chǎn)生正輸出，如圖所示。

MOSFET 開(kāi)關(guān)由柵極輸入信號控制，由于 MOSFET 的輸入（柵極）電阻極高，我們可以幾乎無(wú)限制地將多個(gè)功率 MOSFET 并聯(lián)，直到滿(mǎn)足連接負載的功率處理能力。

在 N 溝道增強型 MOSFET 中，當器件截止（Vgs = 0）時(shí)，通道關(guān)閉，類(lèi)似于常開(kāi)開(kāi)關(guān)。當柵極施加正偏置電壓時(shí)，電流流過(guò)通道。電流的大小取決于柵極偏置電壓 Vgs。換句話(huà)說(shuō)，要使 MOSFET 在其飽和區工作，柵極-源極電壓必須足以維持所需的漏極電流，從而維持負載電流。

如前所述，N 溝道 eMOSFET 由施加在柵極和源極之間的電壓驅動(dòng)，因此在 MOSFET 的柵極-源極結之間添加一個(gè)齊納二極管（如圖所示），可以保護晶體管免受過(guò)高的正或負輸入電壓（例如，由飽和運算放大器比較器輸出產(chǎn)生的電壓）的影響。齊納二極管鉗位正柵極電壓，并充當常規二極管，當柵極電壓達到 -0.7V 時(shí)開(kāi)始導通，使柵極端子遠離其反向擊穿電壓極限。

MOSFET 和開(kāi)集電極門(mén)電路 

當使用具有開(kāi)集電極輸出的門(mén)電路和驅動(dòng)器時(shí)，從 TTL 輸出接口功率 MOSFET 會(huì )帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，因為邏輯門(mén)可能無(wú)法始終提供所需的 VGS 輸出。解決此問(wèn)題的一種方法是使用上拉電阻，如圖所示。

上拉電阻連接在 TTL 電源軌和邏輯門(mén)輸出之間，邏輯門(mén)輸出連接到 MOSFET 的柵極端子。當 TTL 邏輯門(mén)輸出為邏輯電平“0”（低電平）時(shí)，MOSFET 關(guān)閉；當邏輯門(mén)輸出為邏輯電平“1”（高電平）時(shí)，電阻將柵極電壓拉至 +5V 電源軌。

通過(guò)這種上拉電阻配置，我們可以通過(guò)將柵極電壓連接到上電源軌來(lái)完全打開(kāi) MOSFET。

電機輸出接口 

我們已經(jīng)看到，可以使用雙極結型晶體管或 MOSFET 作為輸出接口電路的一部分來(lái)控制各種設備。直流電機是一種常見(jiàn)的輸出設備，它產(chǎn)生旋轉運動(dòng)。電機和步進(jìn)電機可以通過(guò)單個(gè)晶體管、達林頓晶體管或 MOSFET 以數百種方式連接到微控制器、PIC 和數字電路。

問(wèn)題是電機是機電設備，使用磁場(chǎng)、電刷和線(xiàn)圈來(lái)產(chǎn)生旋轉運動(dòng)，因此電機（尤其是廉價(jià)玩具或電腦風(fēng)扇電機）會(huì )產(chǎn)生大量“電氣噪聲”和“電壓尖峰”，這些可能會(huì )損壞開(kāi)關(guān)晶體管。

通過(guò)在電機端子之間連接一個(gè)自由輪二極管或非極化抑制電容，可以減少電機產(chǎn)生的電氣噪聲和過(guò)電壓。但防止電氣噪聲和反向電壓影響半導體晶體管開(kāi)關(guān)或微控制器輸出端口的一種簡(jiǎn)單方法是通過(guò)合適的繼電器為控制和電機使用單獨的電源。

下圖顯示了將機電繼電器輸出接口到直流電機的典型連接圖。

直流電機開(kāi)關(guān)控制 

NPN 晶體管用作開(kāi)關(guān)，為繼電器線(xiàn)圈提供所需電流。與上述相同，自由輪二極管是必需的，因為當線(xiàn)圈斷電時(shí)，流過(guò)感性線(xiàn)圈的電流不能瞬間降為零。當基極輸入設置為高電平時(shí)，晶體管打開(kāi)，電流流過(guò)繼電器線(xiàn)圈，其觸點(diǎn)閉合，驅動(dòng)電機。

當基極輸入為低電平時(shí)，晶體管關(guān)閉，電機停止，因為繼電器觸點(diǎn)現在斷開(kāi)。斷電線(xiàn)圈產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢通過(guò)自由輪二極管流動(dòng)并緩慢衰減至零，從而防止晶體管損壞。此外，晶體管（或 MOSFET）是隔離的，不受電機運行產(chǎn)生的任何噪聲或電壓尖峰的影響。

我們已經(jīng)看到，可以通過(guò)電機和電源之間的一對繼電器觸點(diǎn)來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉直流電機。但如果我們希望電機在機器人或其他形式的電機項目中雙向旋轉，則可以使用兩個(gè)繼電器來(lái)控制電機，如圖所示。

可逆直流電機控制 

通過(guò)簡(jiǎn)單地改變電源連接的極性，可以反轉直流電機的旋轉方向。通過(guò)使用兩個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)，電機的旋轉方向可以通過(guò)兩個(gè)繼電器控制，每個(gè)繼電器具有單刀雙擲（SPDT）觸點(diǎn)，由單個(gè)電壓電源供電。通過(guò)一次操作其中一個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)，可以使電機朝任一方向（正轉或反轉）旋轉。

雖然通過(guò)繼電器的電機輸出接口允許我們啟動(dòng)和停止電機或控制旋轉方向，但使用繼電器會(huì )阻止我們控制旋轉速度，因為繼電器的觸點(diǎn)會(huì )不斷打開(kāi)和關(guān)閉。

然而，直流電機的旋轉速度與其電源電壓值成正比。直流電機的速度可以通過(guò)調整其直流電源電壓的平均值或使用脈寬調制來(lái)控制。即通過(guò)將其電源電壓的占空比從低至 5% 調整到超過(guò) 95%，許多電機 H 橋控制器正是這樣做的。

交流負載輸出接口 

我們之前已經(jīng)看到，繼電器可以將一個(gè)電路與另一個(gè)電路電氣隔離，即它們允許一個(gè)較小功率的電路控制另一個(gè)可能較大功率的電路。繼電器同時(shí)還可以保護較小電路免受電氣噪聲、過(guò)電壓尖峰和瞬態(tài)的影響，這些可能會(huì )損壞精密的半導體開(kāi)關(guān)設備。

但繼電器還允許具有不同電壓和接地電路的輸出接口，例如 5 伏微控制器或 PIC 與市電電壓電源之間的接口。除了使用晶體管（或 MOSFET）開(kāi)關(guān)和繼電器來(lái)控制交流電機、100W 燈或加熱器等市電設備外，我們還可以使用光耦和功率電子設備來(lái)控制它們。

光耦的主要優(yōu)勢在于它在輸入和輸出端子之間提供了高度的電氣隔離，因為它是光耦合的，因此需要最小的輸入電流（通常僅為 5mA）和電壓。這意味著(zhù)光耦可以輕松地從微控制器端口或數字電路接口，只要其輸出具有足夠的 LED 驅動(dòng)能力。

光耦的基本設計包括一個(gè)產(chǎn)生紅外光的 LED 和一個(gè)用于檢測發(fā)射紅外光束的半導體光敏器件。LED 和光敏器件（可以是單個(gè)光晶體管、光達林頓或光三端雙向可控硅）都封裝在一個(gè)不透光的殼體或封裝中，并帶有金屬引腳用于電氣連接，如圖所示。

不同類(lèi)型的光耦 

由于輸入是 LED，因此可以按照上述方法計算所需的限流串聯(lián)電阻 RS 的值。兩個(gè)或多個(gè)光耦的 LED 也可以串聯(lián)連接，以同時(shí)控制多個(gè)輸出設備。

光耦三端雙向可控硅允許控制交流供電設備和市電燈。光耦三端雙向可控硅（如 MOC 3020）的額定電壓約為 400 伏，非常適合直接連接市電，最大電流約為 100mA。對于更高功率的負載，光耦三端雙向可控硅可以通過(guò)限流電阻為另一個(gè)更大的三端雙向可控硅提供柵極脈沖，如圖所示。

固態(tài)繼電器 

這種光耦配置構成了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的固態(tài)繼電器應用的基礎，它可以直接從微控制器、PIC 或數字電路的輸出接口控制任何交流市電負載，如燈和電機。

輸出接口總結 

使用微控制器、PIC、數字電路和其他基于微處理器的固態(tài)軟件控制系統需要能夠連接到現實(shí)世界，以控制電機或開(kāi)關(guān) LED 指示燈和燈。在本電子教程中，我們已經(jīng)看到可以使用不同類(lèi)型的輸出接口電路來(lái)實(shí)現這一目的。

最簡(jiǎn)單的接口電路是發(fā)光二極管（LED）作為簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)指示燈。但通過(guò)使用標準晶體管或 MOSFET 接口電路作為固態(tài)開(kāi)關(guān)，即使控制器的輸出引腳只能提供（或吸收）非常小的電流，我們也可以控制更大的電流。通常，對于許多控制器，其輸出接口電路可能是電流吸收輸出，其中負載通常連接在電源電壓和開(kāi)關(guān)設備的輸出端子之間。

例如，如果我們希望在項目或機器人應用中控制多個(gè)不同的輸出設備，則使用 ULN2003 達林頓驅動(dòng)器 IC 可能更方便，它在一個(gè)封裝中包含多個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)?；蛘?，如果我們希望控制交流執行器，我們可以輸出接口繼電器或光耦（光隔離器）。

因此，我們可以看到，輸入和輸出接口電路為電子設計師或學(xué)生提供了靈活性，使他們能夠使用基于小信號或微處理器的軟件系統通過(guò)其輸入/輸出端口控制和與現實(shí)世界通信，無(wú)論是小型學(xué)校項目還是大型工業(yè)應用。