如果你曾經(jīng)拆開任何一個(gè)手機(jī)充電器或開關(guān)電源，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一些很小的黑色IC封裝，引腳數(shù)量不尋常，大多為4或6個(gè)，都有SMD和通孔兩種。更不尋常的是，這些部件通常被發(fā)現(xiàn)在隔離槽和縫隙上，這使得它們的用途更加神秘。這些元件被稱為光耦合器或光隔離器或簡(jiǎn)單的光器件，它們執(zhí)行在電路的隔離部分之間傳遞信號(hào)的關(guān)鍵功能。他們用光在電路之間傳遞信號(hào)。

什么是光耦及其工作原理

正如我們已經(jīng)了解到的晶體管，一個(gè)理想的晶體管將不允許任何電流通過，如果基腳不觸發(fā)。但是，如果你小心地去蓋一個(gè)普通的分立晶體管，并在集電極和發(fā)射極引線上施加電壓，你會(huì)注意到仍然有微小的電流流過！這是因?yàn)楣庹赵诒┞兜木w管芯片底部。這意味著光子實(shí)際上能夠撞擊摻雜半導(dǎo)體材料中的空穴和電子。這就引出了一些非常有趣的可能性，第一種是光晶體管，基本上是一種沒有基極引線的雙端晶體管。它們看起來很像二極管，而且包裝清晰。在這里，光作為基極電流。光電二極管的工作方式非常相似；它們根據(jù)照射到它們身上的光量來改變它們的“電阻”。

光電二極管和晶體管被用在像近距離傳感器這樣的東西上，根據(jù)照射在這些設(shè)備上的光的量來檢測(cè)這些設(shè)備上電壓或電流的微小變化。如果我們能把一個(gè)LED和一個(gè)光電晶體管放在一個(gè)封閉的管里，來自LED的光（當(dāng)然，假設(shè)它是正確驅(qū)動(dòng)的）將照亮光電晶體管的“基座”并使其導(dǎo)電。這給我們留下了一個(gè)可以控制開關(guān)元件而不需要任何物理接觸的裝置！這樣的裝置已經(jīng)存在了，正如你所料，它就是光耦！

光耦輸入和輸出

光耦合器有許多不同的形狀、尺寸和速度（稍后將討論），但大多數(shù)具有相同的基本特性-二極管輸入和開關(guān)元件輸出。這種二極管和其他LED很相似，只是你看不見光線（首先是因?yàn)樗b在一個(gè)密封的塑料包裝中，其次是因?yàn)樗饕羌t外的）。它要求驅(qū)動(dòng)的電流和電壓與普通LED要求的相同，即幾伏和幾十毫安。

下面的動(dòng)畫將幫助您理解工作。這里使用的光耦是MCT2E光電晶體管IC。如你所見，LED的邏輯輸入控制晶體管的輸出。在這個(gè)集成電路中，輸出端由晶體管組成，但在任何情況下都必須如此。光電晶體管的輸出端有點(diǎn)有趣，因?yàn)樗ǔＳ蒒PN型晶體管組成，如上圖所示，但有時(shí)它也可以是SCR或TRIAC，有時(shí)甚至是完全邏輯兼容的輸出！

由于基極基本上是由光驅(qū)動(dòng)的，所以“基極電流”非常非常非常低——你不能期望這些類型的晶體管完全飽和，而且由于基極電流很小，上升和下降的時(shí)間通常慢得可憐，就像我從艱難的道路上學(xué)到的那樣。當(dāng)然，邏輯輸出（和匹配的速度）光是可用的，但需要一個(gè)單獨(dú)的電源輸出側(cè)。光輸出的好處是，由于它與輸入端完全電流隔離，所以它可以在任何電壓下浮動(dòng)——或者換句話說，它就像一個(gè)浮動(dòng)的“開關(guān)”，雖然不是一個(gè)很好的開關(guān)。

例如，你可以把晶體管的輸出放在低邊，并在集電極上加上一個(gè)拉高，這樣當(dāng)二極管被點(diǎn)亮?xí)r，晶體管就會(huì)把集電極拉低。你也可以把晶體管放在高邊，在發(fā)射極和輸出地之間加一個(gè)電阻，這樣當(dāng)輸入變高時(shí)，發(fā)射極的輸出也會(huì)很高。但請(qǐng)注意，由于基極驅(qū)動(dòng)的限制，大多數(shù)普通的光電管都有很高的飽和電壓，有時(shí)在1伏左右！由于其速度慢，常規(guī)的光被用作電源反饋回路的一部分，并附加了完全隔離的好處。

正如你可能已經(jīng)猜到的，光電管不能做變壓器能提供的電力。雖然變壓器可以為隔離的電路供電，但用目前的技術(shù)，我們不能通過光有效地傳輸電力。

但是光電管做的是變壓器不能做的事情——在電路之間傳遞信號(hào)非常高效和迅速，而不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器。我們可以直接將光電管的輸入連接到微控制器的引腳上，但是對(duì)于signa，我們不能這樣做光電晶體管的輸出端有些有趣，因?yàn)樗ǔＳ蒒PN型晶體管組成，如上所示，但是有時(shí)它也可以是SCR或TRIAC，有時(shí)甚至是完全邏輯兼容的輸出！

要記住的一件大事是，由于基極基本上是由光驅(qū)動(dòng)的，因此“基極電流”非常非常低–您無法期望這些類型的晶體管完全飽和，并且由于基極電流很小，因此正如我學(xué)到的那樣，上升和下降時(shí)間通常很慢。當(dāng)然，可以使用邏輯輸出（和匹配速度）的光電二極管，但是需要在輸出側(cè)使用單獨(dú)的電源。

光電輸出的好處是，由于它與輸入側(cè)完全電隔離，因此可以在任何電壓下浮動(dòng)-換句話說，它的作用就像浮動(dòng)的“開關(guān)”，盡管不是很好。

例如，您可以將晶體管輸出置于低端，并在集電極上添加一個(gè)上拉，因此當(dāng)二極管點(diǎn)亮?xí)r，晶體管導(dǎo)通并將集電極拉至低電平。您也可以將晶體管置于高側(cè)，并在發(fā)射極和輸出地之間連接一個(gè)電阻，因此當(dāng)輸入變高時(shí)，發(fā)射極的輸出也將變高。但要注意，由于基本驅(qū)動(dòng)器的限制，最常見的光電二極管具有很高的飽和電壓，有時(shí)約為1伏！由于速度較慢，常規(guī)光耦被用作電源反饋環(huán)路的一部分，并具有完全隔離的優(yōu)點(diǎn)。光電無法做變壓器可以做的事情–供電。盡管變壓器可以為隔離的電路供電，但是采用當(dāng)前技術(shù)，我們無法通過光有效地傳輸功率。

但是，光耦可以

做變壓器無法做到的事情-無需單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器，即可非?？焖?，高效地在電路之間傳遞信號(hào)。我們可以將光電輸入直接連接到微控制器引腳。

實(shí)用的光耦合器建議

對(duì)于所有“慢速”目的，即幾千赫茲的信號(hào)，我建議使用PC817，它是DIP4或SMD封裝中非常常見的單光子。為輸入提供至少5mA的電流。為了獲得更高的速度，我建議使用TLP117，它具有反向邏輯輸出，但在輸出側(cè)需要5V電源。我從這個(gè)脈沖中得到了10微秒的脈沖，應(yīng)該可以告訴您有關(guān)其速度的一些信息！