電器應(yīng)用中常用的隔離器件有光耦、繼電器、變壓器。

光耦屬于流控型元件，以光為媒介傳輸信號(hào)：電→光→電，輸入端是發(fā)光二極管，輸出端是光敏半導(dǎo)體。光耦的核心應(yīng)用是隔離作用，常用于輸入與輸出之間無共地的系統(tǒng)。所以輸入與輸出之間的耐壓可達(dá)上千伏特。

光耦合器由兩個(gè)部分組成，一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光源和一個(gè)光接收器組裝在同一封閉的外殼中，其結(jié)構(gòu)如圖所示。光源主要是發(fā)光二極管，并且光接收器可以是光敏晶體管或光敏場效應(yīng)管，光敏晶閘管和光敏集成電路。發(fā)光源和受光器彼此相對并且由透明絕緣材料隔離，從發(fā)光源引出的引腳是輸入端，從受光器引出的引腳是輸出端。當(dāng)將電信號(hào)添加到輸入端子時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，并且相應(yīng)的光接收器由于光敏效應(yīng)而產(chǎn)生光電流，該光電流由輸出端子輸出。“光”是一個(gè)方向上電信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋�設(shè)備的輸入和輸出端完全電絕緣。

光電耦合器的主要特性是：輸入輸出端之間的絕緣，絕緣電阻一般大于1010Ω，耐壓一般可以超過1.5kV，有的甚至可以達(dá)到10kV以上；由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐裕�因此，�?dāng)信號(hào)從光源傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)將沒有反饋，并且輸出信號(hào)不會(huì)影響輸入。另外，光耦合器可以很好地抑制干擾并消除噪聲。它的響應(yīng)速度快（時(shí)間常數(shù)通常在微秒或什至納秒級(jí)），非接觸，壽命長，體積小，耐沖擊，易于與邏輯電路配合使用，使其得到了廣泛的應(yīng)用。例如，作為計(jì)算機(jī)數(shù)字通信和實(shí)時(shí)控制中的信號(hào)隔離接口設(shè)備，它可以大大提高其工作的可靠性；在單芯片開關(guān)電源中，可以使用線性光耦合器構(gòu)成光耦合器反饋電路，并且可以通過改變占空比來調(diào)節(jié)控制端子電流，以達(dá)到精確穩(wěn)壓的目的。

光電耦合器的類型很多。如果根據(jù)輸出形式的不同將其分為光電二極管型，通用型（即光電晶體管型，分為無基礎(chǔ)引線和基礎(chǔ)引線兩種），達(dá)林頓（復(fù)合三極管）型，雙向?qū)ΨQ型，高速型，光敏電阻型，光電池型，光敏場效應(yīng)管型，光敏晶閘管型（分為單向晶閘管和雙向晶閘管），光學(xué)集成電路型等。

根據(jù)不同的傳輸信號(hào)，光電耦合器可分為兩類：非線性（數(shù)字）光電耦合器和線性（模擬）光電耦合器。根據(jù)傳輸信號(hào)的速度，可以將其分為低速光電耦合器（光電晶體管，光電管等輸出類型）和高速光電耦合器（帶信號(hào)處理電路的光電二極管或光電集成電路輸出類型）。根據(jù)隔離特性的不同，可分為普通隔離光耦合器（一般光絕緣膠灌封小于5kV，空氣密封小于2kV）和高壓隔離光耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。）。根據(jù)傳輸信號(hào)通道的數(shù)量，它可以分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

光電耦合器的輸入特性是內(nèi)部光發(fā)射器（主要是發(fā)光二極管）的特性，而輸出特性取決于內(nèi)部光接收器。此外，在輸入和輸出之間還有一些參數(shù)，例如電流傳輸比CTR和絕緣電阻RISO，可表征整體性能。傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，有一些參數(shù)，例如脈沖上升時(shí)間，下降時(shí)間和延遲時(shí)間。在傳輸交流信號(hào)時(shí)，還必須將諸如頻率特性之類的參數(shù)。

很多通訊模塊也是光耦隔離的，更容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的連接，完全不用考慮是否共地。

如圖1為光耦控制繼電器（小功率），為使光耦能有效驅(qū)動(dòng)繼電器，那么輸出端的阻抗應(yīng)較小，所以輸入端的電流應(yīng)較大，具體原因見下面分析。

圖1：光耦控制繼電器

如圖2為開關(guān)信號(hào)經(jīng)過光耦隔離輸入至單片機(jī)，圖中24V與3.3V不是共地的，且在控制系統(tǒng)中數(shù)字電壓3.3V驅(qū)動(dòng)能力有限，所以通常用開關(guān)電源的24V或12V作為開關(guān)信號(hào)的電源。

圖2：光耦在輸入輸出隔離

以上兩種普通的應(yīng)用看似簡單，但要正確使用光耦，就必須掌握光耦的輸入和輸出到底是什么關(guān)系？

光耦分為線性光耦和非線性光耦，實(shí)際常規(guī)應(yīng)用中線性光耦較多，因?yàn)榫�性光耦可以替代非線性光耦，現(xiàn)在以線性光耦（PS2561A）做以下實(shí)驗(yàn)，換種角度了解TA的魅力。

如圖3所示，調(diào)節(jié)光耦輸入電流IF，測量輸出的CE阻抗。

圖3：光耦輸入電流IF與輸出CE阻抗關(guān)系實(shí)驗(yàn)

左邊為輸入電流IF，右邊為輸出CE阻抗

如圖4所示，光耦輸入與輸出的限流電阻都是1k，且輸入電壓都相同，于是調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源的電壓值，可以得到光耦輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系。

圖4：輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系實(shí)驗(yàn)

左邊為輸入電流IF，右邊為輸出電流IC

如圖5得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出電流IC與輸入電流IF曲線趨勢基本一致，CE阻抗小于1k左右呈線性變化。且最低阻抗大于100Ω。

圖5：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

所以使用線性光耦傳遞開關(guān)信號(hào)時(shí)，需要合理匹配輸入電阻的大小，圖1中輸入電阻360Ω，光耦輸入正向壓降1V左右，所輸入電流IC為（5-1）/360≈11mA，光耦輸出CE阻抗200Ω多點(diǎn)，而繼電器HFD2線圈阻抗2880Ω，此時(shí)可正常驅(qū)動(dòng)繼電器，若IC電流變小，則CE阻抗變大后會(huì)導(dǎo)致不能正常驅(qū)動(dòng)繼電器。

線性光耦主要用于模擬信號(hào)的傳遞，輸出相當(dāng)于一個(gè)可變電阻。在開關(guān)電源中很常見，利用光藕做反饋，把高壓和低壓隔離。常用的有PC817、PS2561、PS2801。如前面例子也常用于開關(guān)信號(hào)。

圖7為圖6中開關(guān)電源內(nèi)部的線性光耦，開關(guān)電源的輸出電壓經(jīng)過線性光耦隔離并反饋到控制芯片達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。

圖6：光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用

非線性光耦主要用于開關(guān)信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）的傳遞，常用的4N系列的有4N25、4N26以及TIL117；另外還有高速光耦，如6N136、6N137、PS9714、PS9715等。多用于通訊隔離以及PWM波控制（可有效降低電磁干擾），判斷是不是高速光耦，看數(shù)據(jù)手冊是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。

要點(diǎn)

①光耦的核心應(yīng)用是隔離作用；

②相同電壓下線性光耦輸入電阻與輸出電阻相同時(shí)，輸出電流IC基本與輸入電流IF一致；即使輸入與輸出電壓不同，也可以匹配輸出與輸入的電阻來實(shí)現(xiàn)；

③用于開關(guān)信號(hào)線性光耦和非線性光耦都可以，反過來線性光耦電路中不能用非線性光耦代替。

④非線性光耦要比線性光耦響應(yīng)速度快，類似于比較器比運(yùn)算放大器響應(yīng)速度快一樣。