什么是光电耦合器?其原理作用是什么?

光电产品是我们 现代 生活中必不可少的一种设备，它为我们的生活带来了诸多的便利。光电产品能够正常的使用，是离不开光电器件的。光电耦合器就是这样一种非常重要的光电器件。

什么是光电耦合器呢?它是一种以光为主要媒介的光电转换元件，它能够实现由光到电、再由电到光的转化。光电耦合器又叫光电隔离器。它能够对电路中的电信号产生很好的隔离作用，特别是在照明的电路中，它更是能够有效地保护电路和导线，使光信号和电信号互不干扰，各自进行工作，确保了电源和光源各自的正常有序工作，具有较好的电绝缘能力和防干扰能力。生活中常见的光电耦合器有很多种类，如光电 二极管 、三极管，光敏 电阻 、光控型晶闸管，这些都属于很不错的光电耦合器。

光电耦合器(optical coupler，英文缩写为OC)亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

光电耦合器是一种把发光器件和光敏器件封装在同一壳体内， 中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。其中，发光器件一般都是发光二极管。 而光敏器件的种类较多，除光电二极管外，还有光敏三极管、光敏电阻、光电晶闸管等。 光电耦合器可根据不同要求， 由不同种类的发光器件和光敏器件组合成许多系列的光电耦合器。

图1显示了一个典型的光电耦合器驱动电路。在该例中，右边的5V副边输出将会被左边原边电路的脉宽调制器控制。

比较器A1将ZDl(结点A)的参考电压和通过分压电路R7和R8的输出电压进行比较，因而控制Q2的导通状态，可以定义发光二极管D1的电流和通过光耦合在光敏晶体管Q1的集电极电流。然后Q1定义脉冲宽度和输出电压，补偿任何使输出电压改变的倾向。

随着光电耦合器的使用时间增加和传输比即增益的下降，为了防止控制失灵，给Q2提供充足的驱动电流裕量是很有必要的。

光电耦合器实物图 光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。(外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等)。

基本原理

在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

光电耦合器主要由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成，发光器件一般都是发光二极管，发光二极管加上正向电压时，能将电能转化为光能而发光，发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动，但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成，光敏器件一般都是光敏晶体管， 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。

光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端，而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入端，使发光器件的芯体发光， 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出，实现电→光→电的转换，从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离，且电信号在传输时具有单向性等优点， 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。

基本工作特性

1、共模抑制比很高

在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。

2、输出特性

光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。其测试连线如图2，图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极，接在仪器插座上。

3、隔离特性

1.隔离电压Vio(Isolation Voltage)

光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

2.隔离电容Cio(Isolation Capacitance)：

光耦合器件输入端和输出端之间的电容值

3.隔离电阻Rio：(Isolation Resistance)

半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

4、传输特性：

1.电流传输比CTR(Current Transfer Radio)

输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比CTR。

2.上升时间Tr (Rise Time)& 下降时间Tf(Fall Time)

光电耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流IFP的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的10%到90%，所需时间为脉冲上升时间tr。从输出脉冲后沿幅度的90%到10%，所需时间为脉冲下降时间tf。

其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一复述。

5、光电耦合器可作为线性耦合器使用。

在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。

在电路当中的作用是能够对电路中的光电进行转换，并对干扰进行一定的隔离。器件在使用的过程中终究会出现损坏的情况，那么如何检查光耦是否会损坏呢?

如果仅仅是一只光耦，那么检测还是很容易的，最简单的方法：

1、可以在板带电的情况下，测输入驱动波形和输出驱动波形;

2、如果仅有输入没有输出，那光耦肯定有问题;

3、如果输入和输出波形都有，那就说明光耦没问题。

4、这时可以查电源和驱动信号是否正常等等。

常用检测方法

1.更换法;

2.电压测试法，看电压与正常值是否一样;

3.电阻测试法，检查各脚的对地阻值;

4.直观法，用眼观察光耦的外观有无破损;

光耦的输入端可以看做一个发光二极管来计算。限流20mA。输入电压减去二极管压降再除以20mA就是R1的阻值。R2是个纯粹的上拉电阻，只要和输出端的设备匹配并不会使光耦输出三极管电流过大即可，一般1K-100K都可以，具体选多少，要看另一段的设备需要多少电流。

另外需要考虑的问题：

1、更换法是代换新的光耦型号;

2、电压测试一是看光耦的资料上各脚电压是多少，还有就是与正常的IC对比;

3、电阻与电压测试方法实际上是差不多的。

如果是工厂测试光耦的话那就可以做一个测试架专名测试光耦那就省事，就是做一个测试电路来测试光耦这是最好的测试的方法。原装的产品不良率是不会超过300PPM的。

光耦好坏的检测方法

两大类光耦器件的测量与检测方法

1.第一大类型的光电耦合器件即为6N137，输入端的工作压降约至1.5V左右，但是输入、输出最大电流只为mA级别，它只能起到对较高频率信号的一种传输作用，然而电路本身是不具备电流驱动能力，这样我们就只能用于对MHz级信号进行传输。此第一种类型光耦器件构成的电路，它的传输的信号频率相对高。

2.在线测量——1、操作时去需要减小或加大的去输入脚外接电阻，测量输出脚电压有没有出现相应的变化;2、可以用短接或开路2、3输入脚，同时测量输出6、5脚的电压变化; 3、从+5V供电或者其它的供电串限流电阻引入到输入脚，检测输出脚电压有没有出现相应的变化。这样来判断器件是否正常。

3.第二大类型的光电耦合器，输入端的工作压减小到1.2V，输入最大电流则为50mA，典型应用值为须为10mA;输出最大电流再1A上下，因此可以直接驱动小型电耦继电器，输出饱合压降小到0.4V以下。可用于几十kHz较低频率信号和直流信号的传输。对于输入电压/电流有极性要求。当形成正向电流通路的时候，输出侧两引脚呈现通路状态，正向电流需要小于一定值或承受一定反向电压时，输出侧两引脚之间为开路状态。

光耦合的检测方法

(1)检测发射管当向导电性能。

用万用表而R×1k档测量发射管的正向电阻，当红，黑表笔测正，反向电阻应有明显的差异，二者差值越大，说明发射管单向导电性越好。若正，反向阻值无差别，说明发射管已经损坏

(2)检测接收管是否正常

因为光耦合的接收方式不尽相同，所以测试时应针对不同结构进行测量和判断。测量接收管时，应按测试三极管的方法进行测量。即用万用表R×1k挡或R×100挡分别测量接收管的集电极与发射极的正，反向电阻，均应有单向导通的特性。另外，也要检查一下集电极C和发射极之间的电阻值，以判断穿透电流的大小。

(3)测量发射极与集电极之间的绝缘电阻。

用万用表的R×10k挡，依次测量输入端的两脚与输出端各引脚的电阻值都是无穷大。发射管与接收管之间不应有漏电阻存在。

双万用表测量法

测电路如图所示，表1和表2均设置于R×100挡。先不接一表，只将2表的黑表笔接5脚，红表笔接4脚此时接收管处于在截止状态，表2电阻读数无穷大。然后将表1接入，黑表笔接1脚，红表笔接2脚。此时，表2的电阻值应有几百欧的电阻，表明接收管已经导通。从表2指针摆动幅度可判断出被测光耦合器电流传送比的大小。表2的指针偏转的角度越大​​，说明光耦合器的CTR值越高。如果表2指针根本不摆动，说明光耦合器已经损坏。如是数字万用表可看读数的变化。