光耦合器是一種電子元件，可在許多不同的應(yīng)用中用作低壓數(shù)字或控制電路與大功率電子設(shè)備之間的接口。
　　從有關(guān)變壓器的教程中我們知道，它們不僅可以提供降壓（或升壓）電壓，而且還可以在初級側(cè)的較高電壓和次級側(cè)的較低電壓之間提供“電氣隔離”。
　　換句話說，變壓器使用電磁耦合將初級輸入電壓與次級輸出電壓隔離，這是利用疊片鐵芯內(nèi)循環(huán)的磁通量來實現(xiàn)的。
　　典型4n35光耦

　　但是，我們還可以通過使用一種非常常見且有價值的電子元件（稱為光耦合器），僅使用光來在輸入源和輸出負載之間提供電氣隔離。

　　光耦合器（也稱為光隔離器）的基本設(shè)計由產(chǎn)生紅外光的 LED 和用于檢測發(fā)射的紅外光束的半導(dǎo)體光敏器件組成。LED 和光敏器件都封裝在不透光的主體或封裝中，并帶有用于電氣連接的金屬腿，如圖所示。
　　光耦合器或光隔離器由光發(fā)射器、LED 和光敏接收器組成，光敏接收器可以是單個光電二極管、光電晶體管、光敏電阻、光 SCR 或光 TRIAC，其基本操作為光耦合器非常容易理解。
　　光電晶體管光耦合器

　　

　假設(shè)光電晶體管器件如圖所示。來自源信號的電流通過輸入 LED，該 LED 發(fā)出紅外線，其強度與電信號成正比。

　　發(fā)出的光落在光電晶體管的基極上，使其導(dǎo)通并以與普通雙極晶體管類似的方式傳導(dǎo)。
　　光電晶體管的基極連接可以保持開路（未連接），以獲得對 LED 紅外光能的靈敏度，或者通過合適的外部高值電阻連接到地，以控制開關(guān)靈敏度，使其更加穩(wěn)定并防止誤動作由外部電噪聲或電壓瞬變觸發(fā)。
　　當流經(jīng) LED 的電流中斷時，發(fā)出的紅外光被切斷，導(dǎo)致光電晶體管停止導(dǎo)通。光電晶體管可用于切換輸出電路中的電流。LED 和光敏器件的光譜響應(yīng)緊密匹配，并被玻璃、塑料或空氣等透明介質(zhì)隔開。由于光耦合器的輸入和輸出之間沒有直接的電氣連接，因此可以實現(xiàn)高達10kV的電氣隔離。
　　光耦合器有四種常見類型，每種類型都具有紅外 LED 光源，但具有不同的光敏器件。這四種光耦合器分別稱為：光電晶體管、光電達林頓、光電可控硅和光電雙向可控硅，如下所示。

　　不同的光耦合器類型

　　光耦合器類型
　　光電晶體管和光電達林頓器件主要用于直流電路，而光電可控硅和光電三端雙向可控硅開關(guān)元件則允許控制交流供電電路。還有許多其他類型的源-傳感器組合，例如 LED-光電二極管、LED-激光、燈-光敏電阻對、反射式和開槽光耦合器。
　　簡單的自制光耦合器可以使用單獨的組件構(gòu)建。如圖所示，將 LED 和光電晶體管插入剛性塑料管或封裝在熱縮管中。這種自制光耦合器的優(yōu)點是管子可以切割成任何你想要的長度，甚至可以在拐角處彎曲。顯然，具有反光內(nèi)部的管材比深黑色管材更有效。
　　自制光耦

　　自制光耦合器

　　光耦合器應(yīng)用
　　光耦合器和光隔離器可以單獨使用，也可以切換一系列其他較大的電子設(shè)備，例如晶體管和三端雙向可控硅開關(guān)元件，在較低電壓控制信號（例如來自 Arduino 或微控制器的信號）之間提供所需的電氣隔離。以及更高的電壓或電源電流輸出信號。
　　光耦合器的常見應(yīng)用包括微處理器輸入/輸出切換、直流和交流電源控制、PC 通信、信號隔離和受電流接地環(huán)路影響的電源調(diào)節(jié)等。傳輸?shù)碾娦盘柨梢允悄M（線性）或數(shù)字（脈沖）。
　　在此應(yīng)用中，光耦合器用于檢測開關(guān)的操作或其他類型的數(shù)字輸入信號。如果被檢測的開關(guān)或信號處于電噪聲環(huán)境中，這非常有用。輸出可用于操作外部電路、燈光或作為 PC 或微處理器的輸入。

　　光電晶體管直流開關(guān)

　　光電晶體管開關(guān)
　　在本例中，外部連接的 270kΩ 電阻用于控制光電晶體管基區(qū)的靈敏度?？梢赃x擇電阻器的值以適合所選的光電耦合器器件和所需的開關(guān)靈敏度。電容器可阻止任何不必要的尖峰或瞬態(tài)錯誤觸發(fā)光電晶體管基極。
　　除了檢測直流信號和數(shù)據(jù)外，還可以使用光電雙向可控硅隔離器來控制交流供電設(shè)備和電源燈。MOC 3020 等光耦合三端雙向可控硅開關(guān)元件的額定電壓約為 400 伏，非常適合直接電源連接，電流約為 100mA。對于更高功率的負載，光電三端雙向可控硅開關(guān)元件可用于通過限流電阻器向另一個更大的三端雙向可控硅開關(guān)元件提供柵極脈沖，如圖所示。

　　雙向可控硅應(yīng)用

　　三端雙向可控硅開關(guān)元件應(yīng)用
　　這種類型的光耦合器配置構(gòu)成了非常簡單的固態(tài)繼電器應(yīng)用的基礎(chǔ)，可用于控制任何交流電源供電的負載，例如燈和電機。與晶閘管 (SCR) 不同的是，三端雙向可控硅開關(guān)能夠在電源交流周期的兩個半周期內(nèi)導(dǎo)通，并具有過零檢測功能，允許負載在切換感性負載時接收全功率，而不會產(chǎn)生大浪涌電流。
　　光耦合器和光隔離器是出色的電子設(shè)備，可通過 PC 的輸出端口、數(shù)字開關(guān)或邏輯門等低壓數(shù)據(jù)信號來控制功率晶體管和三端雙向可控硅開關(guān)等設(shè)備。光耦合器的主要優(yōu)點是輸入和輸出端子之間的高電氣隔離，允許相對較小的數(shù)字信號控制很大的交流電壓、電流和功率。
　　光耦合器可用于直流和交流信號，光耦合器采用 SCR（晶閘管）或三端雙向可控硅開關(guān)元件，因為光電檢測器件主要設(shè)計用于交流電源控制應(yīng)用。光電 SCR 和光電三端雙向可控硅開關(guān)的主要優(yōu)點是完全隔離交流電源線上存在的任何噪聲或電壓尖峰，以及正弦波形的過零檢測，從而減少開關(guān)和浪涌電流，保護所使用的任何功率半導(dǎo)體免受熱應(yīng)力和沖擊。