本文主要是關(guān)于光藕的相關(guān)介紹，并著重對(duì)光藕的原理及其選型進(jìn)行了詳盡的闡述。
光藕
光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。
光電耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)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。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。
光電耦合器是一種把發(fā)光器件和光敏器件封裝在同一殼體內(nèi)， 中間通過(guò)電→光→電的轉(zhuǎn)換來(lái)傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。其中，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管。 而光敏器件的種類較多，除光電二極管外，還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。 光電耦合器可根據(jù)不同要求， 由不同種類的發(fā)光器件和光敏器件組合成許多系列的光電耦合器。
圖1顯示了一個(gè)典型的光電耦合器驅(qū)動(dòng)電路。在該例中，右邊的5V副邊輸出將會(huì)被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。
比較器A1將ZDl（結(jié)點(diǎn)A）的參考電壓和通過(guò)分壓電路R7和R8的輸出電壓進(jìn)行比較，因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過(guò)光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。
隨著光電耦合器的使用時(shí)間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅(qū)動(dòng)電流裕量是很有必要的。
光電耦合器的種類較多，常見(jiàn)有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。
光耦的工作原理
工作原理
基本原理
在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。
光電耦合器主要由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。 光的發(fā)射部分主要由發(fā)光器件構(gòu)成，發(fā)光器件一般都是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管加上正向電壓時(shí)，能將電能轉(zhuǎn)化為光能而發(fā)光，發(fā)光二極管可以用直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)，但發(fā)光二極管在使用時(shí)必須加正向電壓。光的接收部分主要由光敏器件構(gòu)成，光敏器件一般都是光敏晶體管， 光敏晶體管是利用 PN 結(jié)在施加反向電壓時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小的原理來(lái)工作的。
光的信號(hào)放大部分主要由電子電路等構(gòu)成。發(fā)光器件的管腳為輸入端，而光敏器件的管腳為輸出端。工作時(shí)把電信號(hào)加到輸入端，使發(fā)光器件的芯體發(fā)光， 而光敏器件受光照后產(chǎn)生光電流并經(jīng)電子電路放大后輸出，實(shí)現(xiàn)電→光→電的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電路的電器隔離。由于光電耦合器輸入與輸出電路間互相隔離，且電信號(hào)在傳輸時(shí)具有單向性等優(yōu)點(diǎn)， 因而光電耦合器具有良好的抗電磁波干擾能力和電絕緣能力。
基本工作特性
1、共模抑制比很高
在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
2、輸出特性
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF》0時(shí)，在一定的IF作用下，所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無(wú)關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測(cè)試連線如圖2，圖中D、C、E三根線分別對(duì)應(yīng)B、C、E極，接在儀器插座上。
3、隔離特性
1．隔離電壓Vio（Isolation Voltage）
光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。
2．隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：
光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值
3．隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）
半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值。
4、傳輸特性：
1．電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）
輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。
2．上升時(shí)間Tr （Rise Time）& 下降時(shí)間Tf（Fall Time）
光電耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。
其它參數(shù)諸如工作溫度、耗散功率等不再一一復(fù)述。
5、光電耦合器可作為線性耦合器使用。
在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。
光藕如何選型
一、文檔說(shuō)明：
針對(duì)光偶選型，替代，采購(gòu)，檢測(cè)及實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的光偶特性變化引起的產(chǎn)品失效問(wèn)題，提供指導(dǎo)。
光耦屬于易失效器件，選型和使用過(guò)程中要特別的小心。
目前發(fā)現(xiàn)，因光偶的選型，光偶替代，光偶工作電流，工作溫度設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е庐a(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題，如何減少選型，設(shè)計(jì)，替代導(dǎo)致的產(chǎn)品問(wèn)題，這里將制訂出相關(guān)指導(dǎo)性規(guī)范。
二、原理介紹：
光電偶合器件（簡(jiǎn)稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過(guò)光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器分為很多種類，圖1所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。
當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過(guò)電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無(wú)信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，CE不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)調(diào)制要求。這種光耦合器性能較好，價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛。
光電耦合器之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號(hào)雜訊比大為提高，主要有以下幾方面的原因：
（1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒(méi)有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。
（2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒(méi)有電氣聯(lián)系，也沒(méi)有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。
（3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。
（4）光電耦合器的回應(yīng)速度極快，其回應(yīng)延遲時(shí)間只有10μs左右，適于對(duì)回應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及 CTR 的計(jì)算方法：
規(guī)格定義 CTR：Ice/IF *100%
（檢測(cè)條件：IF=5 ma Vce=5V， 2701，2801系列）
三、 光偶主要特性分析，設(shè)計(jì)選型替代要求：
1、 外觀尺寸：
設(shè)計(jì)，選型，替代注意：
? 封裝正確，本體MARK字跡要清晰，品牌正確，與技術(shù)規(guī)格書一致；
? 替代時(shí)，如都為標(biāo)準(zhǔn)件封裝，基本上裝配沒(méi)有問(wèn)題，但需注意厚度是否與原料相同，是否滿足整機(jī)的工藝要求。
2、 不同輸入控制電流 IF， CTR 值不同：
由圖表顯示，IF 在 5-15ma 時(shí) CTR 值最大；在小于 5mA 時(shí)（目前我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)大多如此），CTR 值一般小于正常額定規(guī)格值；
Cosmo KPS2801-B 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：
評(píng)注：IF 不同，CTR 不同，且差異非常大；不同 DATECODE 的也有差異，但在 IF=5ma 時(shí)，CTR 值都在規(guī)格（130-260）范圍內(nèi)；設(shè)計(jì)，選型，替代注意：設(shè)計(jì)時(shí)工作電流應(yīng)接近來(lái)料的檢測(cè)電流值（目前大多IF=5ma），否則應(yīng)用的 CTR 值無(wú)法保證，產(chǎn)品動(dòng)態(tài)性能將很差；
3、不同環(huán)境溫度，CTR值不同：
由圖表顯示，CTR值與光偶的工作環(huán)境有關(guān)，溫度太高或太低都小于常溫附近的檢測(cè)值；
評(píng)注：溫度不同，CTR 不同，溫度太高或太低都低于常溫，且差異很大；
? 設(shè)計(jì)，選型，替代注意：產(chǎn)品在高低溫 CTR 的值是否滿足產(chǎn)品反饋環(huán)路的增益？產(chǎn)品動(dòng)態(tài)穩(wěn)定嗎？開(kāi)關(guān)機(jī)，輸出是否產(chǎn)生震蕩掉溝等不良。
4、 光偶有RL阻值大小及工作頻帶帶寬要求：
由圖表可看出：光偶有頻帶要求，如上圖為 KPS-2801 光偶，工作頻率基本在500KHZ 以內(nèi)，且對(duì)于高頻工作時(shí)，RL（輸出分壓電阻）要小；
設(shè)計(jì)，選型，替代注意：產(chǎn)品工作頻率，RL選取阻值務(wù)必在帶寬內(nèi)，且考慮IF電流大小，VCE工作壓降；
5、不同環(huán)境溫度，輸入控制電流可能產(chǎn)生變化：
由圖表可看出：環(huán)境溫度超過(guò)55-60度后，輸入控制電流IF的最大值將隨著溫度上升而顯著減小；
設(shè)計(jì)，選型，替代注意：選取合適的IF電流，使輸入控制電流的變動(dòng)都能及時(shí)反饋到輸出端，保證產(chǎn)品反饋環(huán)的穩(wěn)定；
6、環(huán)境溫度與功耗特性曲線：
由圖表可看出：光偶的輸出部分（或集電極）功耗在低溫時(shí)，在溫度高時(shí)數(shù)值
變小；
設(shè)計(jì)，選型，替代注意：
1，器件常溫時(shí)可提供功耗值；
2，高溫過(guò)程變化曲線；
3，有必要計(jì)算產(chǎn)品在高溫工作時(shí)光偶功耗值；
4，替代時(shí)考慮常溫功耗，高溫狀態(tài)替代料是否優(yōu)于原料。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于光藕的相關(guān)介紹就到這了，希望通過(guò)本文能讓你對(duì)光藕有更全面的認(rèn)識(shí)。