今天要和大家分享的是光耦及相关应用电路。
一、光耦合器
光耦合器是在两个隔离电路之间传输电信号的电子元件，即从一个电路传输到另一个电路。(具体如下图所示。)
光耦合器
光耦合器也称为光隔离器、光耦合器或光隔离器。通常，在电路中，尤其是在低压或高噪声敏感电路中，光耦合器用于隔离电路，以防止电气碰撞或消除不必要的噪声。
二、光耦合器的内部结构
光耦合器的内部结构
上图是光耦的内部结构。左边的引脚1和引脚2是裸露的，是LED。LED向右边的光电晶体管发射红外光。光电晶体管是一种通过其集电极和发射极切换输出的电路，与典型的BJT晶体管相同。LED的强度直接控制光电晶体管，因为光耦可以控制两个独立的电路。此外，光电晶体管和红外LED之间的空间是透明和不导电的材料，它隔离了两个不同的电路。LED和光电晶体管之间的空腔可以由玻璃、空气或透明塑料制成，电气隔离更高，通常为10 kV或更高。
三、光耦工作原理
光耦合器由作为LED的发射器和作为光敏元件的接收器组成。当LED发光，光线照射到光电传感器(光电二极管、光电晶体管、光电三极管)时，光电传感器开始流过电流。在这个系统中，输入光与输出端的电流成正比。
光耦的工作原理
当给LED供电时，LED发光，并且光落在光电晶体管的基极上。光线落在光电晶体管的基极后，它将被激活，并可以控制连接到晶体管的输出电路。这里，输入电路仅连接到光耦合器的LED引脚，输出电路连接到光电晶体管，输入和输出电路完全电气隔离。
光耦工作原理的移动画面
四、光耦合器的操作模式
1、饱和模式
在饱和模式下，LED将被打开或关闭，因此输出晶体管将被完全关闭或完全打开，这意味着导通或不导通模式。这种模式用于需要保护微控制器引脚免受输出电路高压影响的情况。例如，在使用微控制器的电机驱动中，电机需要高电流和高电压。在这种模式下，电机将完全打开或关闭。
2、线性模式
在这种模式下，LED将获得一个变化的信号脉冲。LED灯由电压或信号样本改变或控制，然后光电晶体管也为输出提供可变的传导。用于开关模式电源(SMPS)或控制输出端需要错误检测的不同电路。
3、光电二极管和光电晶体管光耦合器
光电二极管光电耦合器在电流和光的线性关系上优于光电晶体管光电耦合器。虽然光电晶体管光耦可以通过改变进入光电晶体管基极的LED光束来传输宽频的模拟音频信号。当光束到达基极时，晶体管的输出将发生变化而被放大。然而，高频时可能会出现一些失真。虽然光电二极管的输出信号幅度远小于光电晶体管提供的信号幅度，但在大多数音频和一些数字信号中，光电二极管光耦的输入光和输出电流的关系非常好。
光电二极管和光电晶体管光耦合器
五、光耦合器类型
1、光电晶体管光耦合器
基于晶体管的光耦合器用于DC电路相关的隔离。
在上图中，内部结构显示在光电晶体管光耦合器内部。晶体管类型可以是PNP或NPN。根据输出引脚的可用性，光电晶体管可以进一步分为两种类型。在左边的第二张图中，有一个额外的引脚输出，它内部连接到晶体管的基极。该引脚6用于控制光电晶体管的灵敏度。此引脚通常用于通过高电阻电阻器连接到地或负极。在这种配置中，可以有效地控制由噪声或电瞬变引起的错误触发。此外，在使用基于光电晶体管的光耦合器之前，必须知道晶体管的最大额定值。PC816、 PC817、 LTV 817、 K847 PH是少数广泛使用的基于光电晶体管的光电耦合器之一。
2、光学达林顿晶体管光耦合器
上图中，有两类符号，表示基于光学达林顿晶体管的光耦合器内部结构。达林顿晶体管是两个晶体管对，其中一个控制另一个晶体管的基极。在这种配置中，达林顿晶体管提供高增益能力。LED照例发射红外LED，控制晶体管的基极。这种类型的光耦合器也用于DC电路相关领域的隔离。第六引脚内部连接到晶体管的基极，以控制晶体管的灵敏度。4n 32、4 n33、 h21 b1、 h21 b2、 h21 b 3是基于光学达林顿的光学耦合器的几个例子。
3、基于光三端双向可控硅开关的光耦合器
基于光三端双向可控硅开关的光耦合器
光电管的三端双向晶体门主要用于需要交流控制或开关的场合。LED可以用DC控制，三端双向晶闸管用来控制交流电。这种情况下，光耦合器也能提供出色的隔离性能。这是一个双向可控硅应用。基于光三端双向逻辑门的光耦合器的例子有IL420、4N35等。
四、基于晶闸管的光耦合器
基于晶闸管的光耦
SCR代表可控硅整流器，也叫晶闸管。像其他光耦合器一样，led发射红外线。可控硅整流器由发光二极管的亮度控制。基于光电晶闸管的光电耦合器用于交流相关电路。基于光SCR的光耦合器的几个例子是：-MOC3071、IL400、MOC3072等。
六、光耦合器的功能
1、保护高灵敏度电路免受高压电路影响如果您需要使用微控制器的命令来驱动高压电机，光耦合器将为开关系统提供电机和微控制器输出之间的完全电气隔离连接。2、用于防止高压尖峰的光耦合器也用作保险丝，具有比保险丝更高级的功能。在电路中，光耦用于切换数字信号或极低电压的系统，但如果出现电压尖峰或浪涌电流，整个输出电路不会受到影响，因为光耦只会发生故障，停止向下一部分传输电流。3、利用光耦检测交流电源过零由于光耦的响应时间非常快(纳秒级)，所以光耦被广泛用于通过整流器检测交流电源过零，利用这个数字信号我们可以找到我们需要的波形变化。
用光耦检测交流电源的过零点
4、用于消除信号中的电气噪声。
七、光耦的应用
DC电路和交流相关操作中使用的光耦合器很少。因为光耦合器不允许两侧之间的直接电连接，所以光耦合器的主要应用是隔离两个电路。从切换到其它应用，正如可以使用晶体管切换应用一样，也可以使用光耦合器。它可以用于与微控制器相关的各种操作，其中需要来自高压电路的数字脉冲或模拟信息，可以使用光耦合器来实现它们之间的出色隔离。光耦合器可用于交流检测和DC控制相关操作。以下是光耦合器的一些应用。1、用于切换DC电路的光耦合器：
用于切换DC电路的光耦合器
在上述电路中，使用了基于光电晶体管的光耦电路，这是一种典型的晶体管开关。原理图中使用了基于低成本光电晶体管的光电耦合器PC817。红外LED将由S1开关控制。当开关打开时，9V电池电源将通过限流电阻器10k为LED提供电流。强度由R1阻力控制。如果我们改变数值，降低电阻，LED的强度就会高，从而使晶体管增益高。另一方面，晶体管是由内部红外led控制的光电晶体管。当LED发出红外光时，光电晶体管会接触，VOUT为0，关断与之相连的负载。根据数据表，晶体管的集电极电流为50mA，R2提供VOUT 5v，R2为上拉电阻。在这种配置中，基于光电晶体管的光耦合器可以与微控制器一起使用，以检测脉冲或中断。2、用于检测交流电压的光耦合器：
用于检测交流电压的光耦合器
这里显示了另一个电路来检测交流电压。红外LED由两个100k电阻器控制，并且使用两个100k电阻器而不是一个200k电阻器来在短路相关条件下提供额外的安全性。LED连接到墙上插座线(l)和零线(n)。当按下S1时，LED开始发射红外线。光电晶体管响应并将VOUT从5V转换为0V。在这种配置中，光耦合器可以连接在一个低压电路上，例如需要交流电压检测的微控制器单元，输出将产生一个方形高到低脉冲。3、使用DC电压控制交流电路的光耦合器：
利用DC电压控制交流电路的光耦合器
在上述电路中，9V电池通过10k电阻和开关状态再次控制LED。另一方面，基于光电三端双向可控硅开关的光耦合器用于从220V AC插座控制AC灯。68 R电阻用于控制BT136三端双向可控硅，由光耦单元中的光电三端双向可控硅控制。这种配置用于控制使用低压电路的电器。上图中使用的IL420是基于光三端双向可控硅开关的光耦合器。除了这种类型的电路之外，在SMPS中还可以使用光耦合器将次级侧的短路或过流信息发送到初级侧。
特别感谢：巩俐谈论组件。
