什么是光电耦合器？一文详解工作原理和特点

以光信号为媒介连接电路的光电耦合器，由于其耐用性和绝缘性等高通用性和可靠性，它是一种活跃于声学、医疗和工业等高精度不可缺少的领域的元素。

但是，光电耦合器是在什么时候、在什么情况下工作的，其背后的原理是什么？或者你在自己的电子工作中实际使用到光电耦合器时，可能不知道如何选择和使用它。由于经常有人将光耦与“光电晶体管”和“光电二极管”混淆。因此，在本文中，英锐恩单片机开发工程师将介绍什么是光电耦合器。

一、什么是光电耦合器？

光电耦合器是一种电子元件，其词源是英文optical coupler，意思是“与光耦合”。有时也称为光耦、光隔离器、光绝缘等。它由发光元件和受光元件组成，通过光信号连接输入侧电路和输出侧电路。这些电路之间没有电气连接，换句话说，在绝缘状态。因此，输入和输出之间的电路连接是分开的，只传输信号。能够安全地连接输入和输出电压水平明显不同的电路，输入和输出之间采用高耐压绝缘材料。

此外，通过传递或阻止这种光信号，它起到了切换的作用。详细原理和机理将在后面说明，但光电耦合器的发光元件是LED（发光二极管）。

从60年代到70年代，当LED发明并且其技术进步显着时，光电子学成为了热潮。当时发明了各种光学器件，光电耦合器就是其中之一。随后，光电子学迅速渗透到我们的生活中。

①原理/机制

光电耦合器的原理是发光元件将输入的电信号转换为光，受光元件将光返回电信号传输到输出侧电路。发光元件和光接收元件在阻挡外部光的内部，两个彼此相对，以便传输光线。

用于发光元件的半导体是LED（发光二极管）。另一方面，受光元件中使用的半导体有多种，根据使用环境、外形尺寸、价格等而定，但一般而言，最常用的是光电晶体管。

当不工作的时候，光电晶体管几乎没有像普通半导体那样的电流传输。当光入射到那里时，光电晶体管在p型半导体和n型半导体结合的表面产生光电动势，n型半导体中的空穴流入p区，p区中的自由电子型半导体流入n区，电流将流动。

光电晶体管的响应不如光电二极管，但它们也具有将输出放大到输入信号数百到1000倍的效果（由于内部电场）。因此，它们足够灵敏，即使是微弱的信号也能捕捉到，这是优势。

事实上，我们看到的“光遮断器”是一种具有相同原理和机制的电子设备。 但是，光遮断器通常用作传感器，并通过在发光元件和光接收元件之间通过遮光物体来发挥其作用。例如，它可用于检测自动售货机和ATM中的硬币和纸币。

②特点

由于光电耦合器通过光传输信号，输入侧和输出侧之间的绝缘性是一大特点。高绝缘性不易受噪声影响，还能防止意外电流在相邻电路之间流动，在安全性方面极为有效。而且结构本身也比较简单，比较合理。

由于历史悠久，各厂商丰富的产品阵容也是光电耦合器特有的优势。由于没有物理接触，零件之间的磨损很小，寿命也比较长。另一方面，也有发光效率容易波动的特性，因为LED会随着时间的推移和温度的变化而慢慢恶化。

特别是当内部元件的透明的塑料时间久了，变得混浊时，它就不能很好地发光。但是，不管怎么说，与机械触点的接触式触点相比，寿命太长了。

光电晶体管通常比光电二极管慢，所以不用于高速通信。但是，这也不是缺点，因为有些元件在输出侧有放大电路来提高速度。事实上，也并不是所有的电子电路都需要提高速度。

③用法

光电耦合器主要用于开关操作。电路将通过打开开关通电，但从上述特性，特别是绝缘和长寿命的角度来看，它非常适合要求高可靠性的场景。例如，噪声是大敌的医疗电子设备和音频设备/通信设备。

它还用于电机驱动系统。电机的原因是驱动时由变频器控制转速，但由于输出高而产生噪音。这种噪音不仅会导致电机本身出现故障，还会流经“接地”影响外围设备。尤其是布线较长的设备容易拾取这种高输出噪声，因此如果发生在工厂中，会造成很大的损失，有时还会造成严重的事故。通过使用高绝缘光耦合器进行开关，可以最大限度地减少对其他电路和设备的影响。

二、如何选择和使用光电耦合器

如何使用适合的光电耦合器，以应用到产品设计中？下面英锐恩单片机开发工程师将解释如何选择和使用光电耦合器。

①常开常关

光电耦合器有两种类型：一种是在不施加电压时开关断开（断开），在施加电压时接通（闭合）的类型，以及在无电压时开关接通的类型。当施加电压时施加和关闭。

前者称为常开，后者称为常关。怎么选，先看你的电路所需哪一种。

②检查输出电流和施加电压

光电耦合器具有放大信号的特性，但并不总是可以随心所欲地通过电压和电流。当然，它是额定的，但需要根据所需的输出电流从输入侧施加电压。

如果查看产品数据表，我们可以看到一个图表，其中纵轴是输出电流（集电极电流），横轴是输入电压（集电极-发射极电压）。集电极电流根据LED光强而变化，因此请根据所需的输出电流施加电压。

但是，你可能会认为此处计算出的输出电流出乎意料地小。这是考虑到LED随时间的劣化后，依然能够可靠输出的电流值，因此小于最大额定值。

相反，也有输出电流不大的情况。因此，在选择光电耦合器时，一定要仔细核对“输出多少电流”，选择与之相匹配的产品。

③最大电流

最大导通电流是光耦导通时所能承受的最大电流值。同样，我们需要确保在购买之前知道项目需要多少输出以及输入电压是多少。确保最大值和使用的电流不是限制，而是要有一些余量。

④正确设置光电耦合器

选择了合适的光耦合器后，让我们在实际的项目中使用它。安装本身很容易，只需将连接到每个输入侧电路和输出侧电路的端子连接起来。但是，需要注意不要弄错输入侧和输出侧的方向。所以，还得检查数据表中的符号，免得画完PCB板子后才发现光电耦合器脚位不对。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“什么是光电耦合器？一文详解工作原理和特点”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。